220kV/110kV桂林中南區電網的開環研究

黃玲玲

(廣西電網有限責任公司崇左供電局，廣西 崇左 532200)

220kV/110kV桂林中南區電網的開環研究

黃玲玲

(廣西電網有限責任公司崇左供電局，廣西 崇左 532200)

電磁環網是威脅電網安全運行的一個重要方面，因此在電網結構堅強、條件成熟時應盡量規避或者解開電磁環網運行。依據桂林電網的實際運行，探討了負荷中心和電源中心兩種電磁環網的打開方法，并應用于220kV/110kV桂林電磁環網的解環。對兩種開環方式，分別進行了N-1靜態安全分析、暫態穩定性分析、短路計算以及系統網損計算，最后綜合判別這兩種電磁環網的打開方法的可行性。

電磁環網；開環運行；220kV；110kV

1 引言

電磁環網的存在給現代電網的運行管理帶來了很大的麻煩，也給電網的發展帶來了很多不確定的因素。當電磁環網運行時，高一級電壓線路斷開后必然會造成潮流的轉移，低電壓等級線路承受更多輸電壓力，極易超過安全穩定極限而造成事故的擴大。因此在電網結構堅強，條件成熟時應盡量規避或解開電磁環網運行。

本文依據桂林電網的實際運行，探討了負荷中心和電源中心兩種電磁環網的打開方法，并應用于220kV/110kV桂林電磁環網的解環。對兩種開環方式，分別進行了N-1靜態安全分析、暫態穩定性分析、短路計算以及系統網損計算，最后綜合判別這兩種電磁環網的打開方法的可行性。

2 電磁環網研究現狀

很多學者和專家已經對電磁環網解環中的技術問題做了大量的研究與實踐工作。主要是從電網是否具備解環條件，以及解環前后的技術指標變化情況來分析某電網電磁環網解環的合理性。在電磁環網解環問題中，首先受到關注的是解環的時機和方式問題。其中，王加慶、吳迪、葉彬等提出了電磁環網解環的主要技術原則，并結合電網遠景規劃，對安徽省電網的電磁環網進行了分析論證，說明了其解環的必要性。王剛、王海林、鄭衛洪、陳玉濤針對天津電網目前的特點及短路電流超標日益突出的問題，闡述了天津電網解環的必要性，并提出了解環需分步進行及可實施的解環初步方案。張祖平、范明天、周莉梅文章提出了采取積極方式處理城市電網電磁環網問題的指導理念及相應的技術原則，提供了電網電磁環網選擇解環時機和解環點的理論依據。程海輝通過理論分析和實例計算，從影響電力網絡傳輸的幾個因素入手來研究500/220kV電磁環網，得出了無論從安全性能，還是從經濟性等方面考慮，電磁環網的解環都是必要的。成濤、成連生在文章中提出由于湖南電網500kV線路正在建設中，還未足夠完善，為保證供電需求和系統的安全穩定運行，現有的500/220kV電磁環網不能打開，目前，必須限制某些220kV網線上的傳輸功率，只能通過控制電網的負荷切換來保證其暫態穩定。

而對SCI，EI，IEL等數據庫，以及對國外較大的PJM、CAISO等電力市場網站進行檢索的過程中發現，國外對電磁環網的安全穩定運行研究不多見，尤其是針對解環運行的研究并不多，研究重點更多是集中于抑制電磁環網內可能出現的功率環流(loop flow或parallel flow)這一課題上。國外的幾次大停電事故，由于涉及的范圍較廣，波及的人口眾多，造成了巨大的經濟損失而引起國外的廣泛關注。很多學者和專業人士也從多個方面分析了造成事故的可能因素以及電網運行中存在的薄弱環節或不穩定隱患，提出了繼電保護及自動安全裝置等方面的改進措施。但是，他們并沒有把電磁環網的解環作為主要解決方式。究其原因在于：發達國家的配電網絡結構大都比較堅強，所使用電氣設備不僅熱穩定性能好而且容量大，且開關遮斷容量大，其網架結構布局也相對較為合理。所以，因電磁環網故障導致的潮流轉移所造成的結果并不嚴重，且其合環的運行方式尚具有一定的經濟性，因此，在電磁環網問題上他們的研究重點在于將統一潮流控制器 UPFC(Unified Power Flow Controller)、移相器(Phase-shifter)、相間功率控制器 IPC(Interphase Power Controller)、可控串補 TCSC(Thyristor Controlled Series Compensation)等裝置應用于環網中，這些電力電子設備可以通過調整電壓相角，以消除環流、限制短路電流，實現高、低壓網絡間的經濟功率分布，實現提高系統運行經濟性的目的。

3 電磁環網產生的機理

不同電壓等級的供電線路通過變壓器電磁回路的聯結并列運行所形成的環形網絡被稱為電磁環網。它通常在兩個相鄰電壓等級的電氣設備間形成，而兩個以上電壓等級的電氣設備間形成電磁環網的情況一般僅在事故處理等過渡時期才暫時出現。典型電磁環網圖1所示。

圖1 典型電磁環網示意圖

4 電磁環網解環的條件及其必要性

4.1 解環運行條件

在供電網絡中，當高電壓等級電網較為成熟時，就可以考慮電磁環網開環運行，實現電網的分層、分區運行。要順利的解開電磁環網，需進行潮流、短路電流、穩定性、N-1、網損等指標的多方面的分析比較，綜合判斷解環前后的電網狀態做出決定。

4.2 解環運行的必要性

解環運行的好處有以下幾點：

(1)易于安全穩定控制；

(2)便于潮流控制；

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(3)有利于限制短路容量；

(4)簡化繼電保護和安全自動裝置；

(5)降低網損，提高輸電效率。

5 電磁環網解環方法

從蘇州電網的分區、鎮江電網的分區來看，電網結構的分區根據各相關因素，具有多種不同的分區方式。

方案一：要分區的節點完全劃到一個區域內。這種分區的原因很多，可能是由于某個分區電源不足，另一個分區電源比較充足。這種情況下通常是斷開聯絡節點的另一供電路徑，完全由電源充足的區域供電。如圖2所示。這種情況下，要分區的變電站有可能是雙主變，也有可能是單主變。圖中電網分區運行后，線路DE在斷開，作為備用。

圖2 解環方案一

方案二：要分區的節點帶有雙主變，解開母聯，由不同的供電分區進行供電,如圖3所示。這種情況下，要分區的變電站一定是雙主變運行。

圖3 解環方案二

6 實例研究

桂林電網的地理接線圖如圖4所示。

圖4 桂林電網地理接線圖

根據上面的解環方法結合青島電網、棗莊電網的解環案例，分析桂林中南區侯寨-檔村-東江-大化-侯寨線構成的220kV/110kV電磁環網。電源的中心在大化側，負荷的中心在檔村側。因而解環的方案有2種，方案一是在負荷的中心處解環(解開大化-東江110kV線)，可參考青島電網與外界電磁環網的解環；方案二是在電源中心處解環(解開東江-檔村110kV線)，可參考棗莊電網與外界電磁環網的解環。下面分別對這兩種開環方式進行電壓水平分析、N-1靜態安全分析、暫態穩定性分析、短路計算以及系統網損計算，最后綜合判別這兩種電磁環網的打開方法的可行性。

(1)系統電壓水平

正常運行方式下如圖5所示。

圖5 正常運行方式下系統電壓圖

解開大化-東江110kV線方式下如圖6所示。

圖6 方案一運行方式下系統電壓圖

解開東江-檔村110kV線方式下如圖7所示。

由上可知，方案1、2的解環使得系統的電壓pu均維持在0.9～1.1之間，合格率為100%。

(2)N-1靜態安全分析

在電磁環網合環運行方式和各開環方案下，經校驗，按照方案一、方案二的分區解環方案對桂林中南區電網進行解環后，桂林電網的樞紐站能夠滿足N-1校驗，即在樞紐站的母線或變壓器分別檢修的情況下，斷開電網中的一個線路或變壓器，高壓輸電線路和主變壓器均能正常運行，而不會滿載或過載現象。

圖7 方案二運行方式下系統電壓圖

(3)暫態穩定性分析

校驗采用的故障類型是三相接地短路，220kV侯寨-檔村線發生故障的時刻為第0個周波，在第10個周波時故障切除。分別討論并比較正常運行方式下、方案一下、方案二下暫態穩定性水平。

正常運行方式下如圖8、圖9所示。

圖8 正常方式下系統發電機功角

圖9 正常方式下系統監視曲線

方案一下，如圖10、圖11所示。

圖10 方案一下系統發電機功角

圖11 方案一下系統監視曲線

方案二下，如圖12，圖13所示。

圖12 方案二下發電機功角

由上可知，正常運行方式下最大發電機功角差(永福電廠-桂林)為19.0771，最低母線-雉山電壓(pu)為0.94406，最低母線(日新)頻率為49.915424；方案一下，最大發電機功角差(永福電廠-桂林)為18.7247，最低母線-雉山電壓(pu)為0.937994，最低母線(日新)頻率為49.915321；方案二下，最大發電機功角差(永福電廠-桂林)為18.8232，最低母線-雉山電壓(pu)為0.941550，最低母線(日新)頻率為49.912006；比較開環前后系統在功率輸出端發生短路故障時系統的穩定性結果是開環前后系統都可以保持穩定。

圖13 方案二下系統監視曲線

(4)短路計算分析

由BPA仿真計算可知，此地區系統短路電流遠小于斷路器的額定開斷電流。并且正常運行方式、方案一、方案二的短路電流均變化不大，如表1所示。

表1 系統短路電流結果表/pu

(5)系統網損計算分析

在正常運行方式下，開環前系統的有功網損為9.19MW，系統的無功損耗為236.21MVAR；在方案一下，開環后系統的有功網損為11.61MW，系統的無功損耗為233.60MVAR；在方案二下，開環后系統的有功網損為10.08MW，系統的無功損耗為235.74MVAR。

綜上考慮，高壓線路斷開的功率轉移對系統的安全穩定性幾乎沒有影響，可以不開環，但考慮到管理方便，開環操作也是可取的。而且選擇方案二解開東江-檔村110kV線，可使得系統網損更小。

7 結論

電磁環網的存在給現代電網的運行管理帶來了很大的麻煩，也給電網的發展帶來了很多不確定的因素，因此在電網結構堅強，條件成熟時應盡量規避或解開電磁環網運行。本文依據桂林電網的實際運行，探討了負荷中心和電源中心兩種電磁環網的打開方法，并應用于220kV/110kV桂林電磁環網的解環。通過對兩種開環方式的討論，最后綜合判別選擇解開東江-檔村110kV線，可使得系統安全、穩定而且經濟。本文的研究對電磁環網的解環具有一定的參考意義。

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Research on 220kV/110kV Open Loop Power Grid on Guilin South Central

HUANGLing-ling

(Chongzuo Bureau of Guangxi Power Grid Co.Ltd.,Chongzuo 532200,China)

It should try to avoid or solve electromagnetic loop network operation when the grid structure is strong and the conditions are ripe because electromagnetic loop network is a threat to the safety of power grid.According to the practical operation in Guilin power grid,this paper discusses the two kinds of the open methods of electromagnetic loop network in the load center and the power center,and applies to the 220 kV / 110 kV electromagnetic loop network in GuiLin.For two types of open loop mode,respectively for N - 1 static security analysis,transient stability analysis,short-circuit calculation and system network loss calculation,finally comprehensive judging the two open of electromagnetic loop network methods are feasible.

electromagnetic loop network;open loop operation;220kV;110kV

1004-289X(2015)03-0067-05

TM72

B

2015-01-30

黃玲玲(1987-)，女，廣西陸川人，助理工程師，主要從事變電站運行。