澧州輸變電工程對湘西北電網的影響分析

劉靜，李啟旺

(國網湖南省電力公司，湖南長沙410004)

2017年常德地區將投產500 kV澧州輸變電工程，包括新建500 kV澧州變，變電容量1×1 000 MVA，并剖入孱復ⅠⅡ線形成孱澧雙回〔1〕、澧復雙回。澧州輸變電工程投運將改變湘西北地區的網架結構，其穩定特性和供電能力將發生變化，安全穩定控制措施也將隨之發生變化。本文從電網結構、潮流分布、暫態特性等方面對湘西北電網靜態安全和暫態穩定進行了計算分析，論證500 kV澧州輸變電工程對湘西北電網安全穩定水平及供電能力的提升作用，并給出保障湘西北安全穩定運行的控制策略。

1 湘西北電網結構分析

1.1 2016年底湘西北電網結構

湘西北電網主要通過500 kV崗市變的2臺500 MVA主變、復興變1臺750 MVA主變以及兩回220 kV聯絡線與主網聯網，主要電源有江埡、皂市、石門、益陽及常德電廠，湘西北地區電網如圖1所示。

圖1 2016年底湘西北電網結構

常德、益陽北部及岳陽西部的窯坡、蘆家、七重堰、蔡家溪、沅江、明山等9個220 kV變電站構成的洞庭湖區電網結構較為薄弱，主要由盤蘆Ⅰ線和Ⅱ線、石七、迎沅Ⅰ線及崗明線供帶。

1.2 2017年湘西北電網結構

湘西北地區電網結構如圖2所示。澧州輸變電工程投運后，新增了澧州1臺1 000 MVA的主變，澧州變增加了5回220 kV出線，主供洞庭湖區。澧州變投運加強了湘西北220 kV電網與主網的聯系，增加了湖區電網供電通道，對湘西北電網和洞庭湖區電網結構有明顯的改善作用。

圖2 2017年湘西北電網結構

2 湘西北500 kV主變供電能力分析

2.1 潮流分析

500 kV澧州變投產前，湘西北電網大量電力由500 kV崗市變的2臺500 MVA主變、復興變1臺750 MVA主變提供。在常德、益陽、張家界地區機組均勻開機方式下，其外來電力70%左右由崗市及復興主變下網。為防止崗市、復興任一臺主變故障導致運行主變過載，需控制崗市、復興3臺主變下網潮流之和不超1 100 MW〔2〕，500 kV主變供電能力有限。冬季大負荷方式下，大唐石門電廠、江埡電廠、常德電廠等220 kV并網機組均需保持大方式運行，才能確保崗市復興主變下網在控制功率之內。湘西北電網安全穩定對該地區220 kV并網機組依賴較大。

500 kV澧州變投產后，大負荷方式下湘西北地區近40%左右的電力通過澧州主變下網，并送至相鄰220 kV變電站，減輕了崗市、復興主變下網的壓力。相同負荷水平及開機方式下，澧州主變運行與停運湘西北500 kV主變下網潮流見表1。

表1 澧州主變運行/停運湘西北主變下網潮流 MW

為防止澧州主變跳閘，崗市主變及220 kV石盤Ⅱ線、石七線過載，湘西北地區220 kV并網機組需保持一定開機方式，控制澧州主變下網潮流不超650 MW，并控制澧州主變與崗市主變、澧州主變與相關220 kV線路構成的電磁環網斷面潮流，以確保澧州主變通過N-1校核。此外，還需控制崗市2臺主變下網潮流不超690 MW，復興主變下網潮流不超500 MW。若同桿并架的澧復雙回同跳，約50%的潮流轉移至澧州主變，湘西北地區受電電力70%以上由澧州主變下網，可能導致澧州主變重載甚至過載，需聯合控制澧復雙回及澧州主變下網潮流。

2.2 暫穩分析

暫態穩定問題主要與輸電極限、負荷動態特性及受端系統電壓支撐三方面相關〔3〕。目前電力系統仿真計算中，一般采用綜合負荷模型，湖南電網采用65%恒阻抗＋35%感應電動機模型。

澧州主變投運前，湘西北地區電網結構不強，末端負荷較重。大量采用異步電動機作為關鍵設備的電排集中運行時，對電網的無功功率需求進一步增加。若發生故障導致負荷節點電壓跌落，電動機吸收的無功功率將增加，進一步加大了無功功率缺額，導致電壓跌落更為嚴重。

依據穩定導則，考慮最惡劣情況，即高負荷時段，湘西北220 kV并網電源小方式，對湘西北電網進行暫態穩定分析。

澧州輸變電工程投運加強了湘西北地區的電網結構，故障時提供了一定的無功功率支撐。相同負荷水平和開機方式下，澧州投運前后，崗市主變中壓側三相故障，明山變110 kV母線電壓曲線如圖3所示。計算表明，澧州投產后相同故障導致的電壓跌落深度較小，電壓恢復速度較快，暫穩水平有所提升。

圖3 崗市中壓側故障明山變電壓曲線

經計算，控制澧州主變下網不超過650 MW，澧州主變中壓側三相故障將造成湖區電網穩態電壓跌落15 kV左右如圖4所示，并在故障切除后0.8 s電壓即恢復至0.85 p.u，不會造成暫態電壓失穩。

圖4 澧州主變中壓側故障湖區電壓曲線

上述計算分析表明，500 kV澧州輸變電工程投產后，提高了湘西北地區供電能力和暫穩水平，減輕了對湘西北地區220 kV并網機組的依賴。

3 洞庭湖區供電能力分析

3.1 潮流分析

澧州輸變電工程投運前，洞庭湖區電網由盤蘆雙回、石七、迎沅Ⅰ線及崗明線供電，為確保任一元件能夠通過N-1校核〔3〕，需控制盤蘆斷面、崗明迎沅斷面潮流在一定范圍內，其輸送能力有限，最大約950 MW。上述供電區存在大量的排澇泵站，總容量約1 000 MW〔4〕。2016年汛期后持續高溫天氣，大量排漬負荷與居民空調負荷疊加，導致上述廠站負荷較重，盤蘆斷面、崗明迎沅斷面持續重載，供電能力難以滿足負荷增長需求。

澧州輸變電工程相關220 kV線路投產后，加強了湖區的電網結構。高負荷時段，大量電力通過澧州主變下網經澧窯ⅠⅡ線、澧蔡ⅠⅡ線送至相鄰的湖區廠站，減輕了盤蘆斷面、崗明與迎沅Ⅰ線等斷面潮流。澧州主變及配套220 kV線路的投運使得湖區供電能力約提高了200 MW，有效地緩解了洞庭湖電網供電緊張形勢。相同負荷水平及開機方式下，澧州主變運行與停運湖區供電相關斷面潮流見表2。

表2 澧州主變運行/停運湖區主要斷面潮流 MW

3.2 暫穩分析

洞庭湖區負荷集中，且區內無電源，為典型的受端網絡。高負荷時段電壓水平偏低，2016年220 kV最低母線電壓為湖區的護城變，為216 kV。澧州輸變電工程投產前，石盤Ⅱ線、石七線、迎沅Ⅰ線等線路任一回三相故障系統均能保持穩定，但高負荷時段同桿并架的石盤Ⅱ線和石七線異名相故障同時跳閘可能導致湖區變電站電壓失穩，如圖5所示。

圖5 石盤Ⅱ線和石七線異名相故障湖區電壓曲線

澧州投產后相同故障導致的電壓跌落深度較小，電壓恢復速度較快。以迎沅Ⅰ線沅江側三相接地故障為例，澧州投運前故障后穩態電壓跌落0.042 p.u，澧州變投運后故障導致明山變穩態電壓跌落約0.031 p.u，如圖6所示。

圖6 澧州投產前后迎沅Ⅰ線故障湖區電壓曲線

上述計算分析表明，500 kV澧州輸變電工程投產后，提高了湖區電網的供電能力和暫態電壓穩定水平。

4 結語

澧州輸變電工程投運后，湘西北地區500 kV主變下網能力由1 100 MW提高至1 840 MW，減輕了崗市主變下網的壓力，也提高了湘西北電網的暫態穩定水平。同時，澧州輸變電工程投運，加強了湖區電網的網架結構，湖區電網的供電能力提高了約200 MW，能夠滿足近期負荷增長的需求。但高負荷時段，仍需關注澧州主變及相關電磁環網斷面潮流，合理安排運行方式，確保電網安全穩定運行。

〔1〕國網湖南省電力公司.2017年湖南電網運行方式 〔R〕.2017.

〔2〕國網湖南省電力公司.湖南電2017年安全穩定運行規定 (第1版) 〔R〕.2017.

〔3〕湯涌.電力系統電壓穩定性分析 〔M〕.北京:科學出版社，2011.

〔4〕中華人民共和國國家經濟貿易委員會.電力系統安全穩定導則:DL 755—2001〔S〕.北京:中國電力出版社，2011.

〔5〕姜仁義.洞庭湖區大型排澇泵站更新改造與管理實踐 〔J〕.大科技，2016(34).