一種典型220kV/110kV局域電磁環網運行方式分析

喬 愷 劉寧超 張 磊 丁藝峰

（國網平頂山供電公司，河南 平頂山467000）

電力系統的電磁環網是指不同電壓等級的輸電線路通過變壓器磁或電磁耦合構成的環形電網。環網運行會導致繼電保護系統復雜，故障切除時間長，短路電流過大，可靠性差，影響主網穩定以及供電設備安全，國內、國外都曾多次發生過環網突然解環導致停電事故［1-2］。但我們不能“談環色變”，在某些網架薄弱的區域電網，本文中所述的典型220kV/110kV局域電磁環網，就可盡量消除環網運行的弊端，發揮其優勢。

1 局域電磁環網的可行性

1.1 局域電磁環網概況

該案例為平頂山市汝州地區，由兩座220kV變電站構成的典型220kV/110kV局域電磁環網，環網接線如圖1所示：

圖1 王寨變——霍莊變220kV/110kV局域電磁環網一次簡圖

霍莊變高壓側僅由一條220kV王霍線單獨供電，是典型的末端站，且僅由霍221一臺斷路器作為高壓側電源開關，網架十分薄弱，供電可靠性難以保證。110kV魏霍線是構成該典型局域電磁環網的聯絡線，魏霍2開關則為合、解環點，霍莊變110kV側無其他電源，全站負荷僅由220kV王霍線供電。

1.2 可行性分析

本文通過電磁環網的弊端逐一分析該典型局域電磁環網的可行性。

1.2.1 電磁環網可能導致線路過負荷，破壞系統熱穩定性，易造成距離保護誤動。霍莊變高壓作為末端站，所帶負荷較為穩定，110V魏霍線作為聯絡線，其設計供電能力大于霍莊變高壓近期規劃內可能出現的最大負荷，避免了220kV王霍線斷線導致110kV魏霍線過負荷，該局域電磁環網開環前后潮流變化情況如表1所示：

表1 2013年霍莊變最大運行方式下開環前后環網潮流變化情況

1.2.2 電磁環網開環前后系統間聯絡阻抗將突然增大，容易超過該聯絡線的暫態穩定極限，可能引發系統振蕩［3-4］。該典型局域電磁環網聯絡線長度較短，線路阻抗很小，并設有單相重合閘，霍莊變所帶負荷不大，突然解環也不足以引起系統的劇烈振蕩。

1.2.3 由于220kV與110kV線路自然功率和電阻相差較大，環網運行情況下，系統潮流難以達到最經濟狀態。末端站現今的負荷水平無法讓220kV或110kV線路單獨以最經濟的自然功率運行，在20km的短距離線路下，220kV和110kV線路之間的電阻差異不明顯。相對于經濟性，該典型局域電磁環網給該網架薄弱地區帶來的供電可靠性更為重要。

1.2.4 由于各變電站的負荷不同，各站之間將出現相當大的電壓差，電磁環網運行時將會產生環流，導致變壓器的損耗增大，輸出容量減少，降低保護裝置的靈敏性和斷路器的開斷能力。可以通過調整兩側變壓器的電壓分接頭使王寨側電壓適當高于霍莊變，避免出現環流。如圖2所示可見，聯絡線魏霍線沒有出現環流情況。

圖2 2013年7月-11月魏霍線A相電流曲線

通過以上分析，我們能夠得出，在該案例中局域網架薄弱導致供電可靠性不高的情況下，可以采取該種典型電磁環網運行方式來提高電網的供電可靠性。

2 局域電磁環網運行方式分析

2.1 該典型局域電磁環網的不同運行方式

2.1.1 霍莊變負荷所需功率全部由220kV王霍線輸送，作為局域電磁環網聯絡線的110kV魏霍線基本不輸送功率，相當于開關斷開，處于合環運行下的“開環運行”狀態，其實這就是該典型局域電磁環網的理想運行方式。這樣，既保證了環網運行的經濟性，避免了環流，又保障了薄弱網架情況下的供電可靠性，但在實際運行中較難實現。

2.1.2 霍莊變負荷所需功率全部由110kV魏霍線輸送，而220kV王霍線不輸送功率。此種運行方式下霍莊主變輕載運行，損耗較大，同時引起王寨主變負荷壓力增大。220kV線路保護更完善、接線更簡單，運行相對更可靠，所以此種運行方式僅在因事故導致220kV王霍線跳閘時臨時采用。

2.1.3 霍莊變負荷所需功率同時由220kV王霍線和110kV魏霍線輸送，以前者為主，后者為輔。此種運行方式也是本文所述局域電磁環網的運行現狀，大量功率通過220kV王霍線向霍莊變輸送，少量功率通過魏霍線輸送，“矯枉過正”以避免電磁環網中出現環流。

2.1.4 霍莊變負荷所需功率全部由220kV王霍線輸送，同時有功率通過110kV魏霍線倒送回王寨變。此種運行方式下電磁環網中就出現了危害很大的環流，應盡量避免電磁環網在此種方式下長期運行。

2.2 現有運行方式存在的問題及解決辦法

雖然該局域電磁環網正常運行兩年多，但也存在一些問題導致運行不合理、不經濟。

2.2.1 雖未出現環流，但有較大的電流由王寨變經110kV魏霍線流向霍莊變，經濟性不佳。可以通過調整魏霍線兩端110kV母線電壓，縮小聯絡線兩端電壓差，讓功率盡量沿經濟性更好地220kV王霍線輸送。

2.2.2 無功調整不合理，王寨變通過110kV魏霍線與霍莊變之間有較大無功互供情況，如下頁圖3所示。站內無功補償裝置應補償本站負荷所消耗無功，不宜遠距離輸送至同電壓等級的它站進行補償，應調整聯絡線兩端站內無功補償裝置的投入，讓110kV魏霍線中傳輸的無功功率降到最小。

圖3 2013年7月-11月魏霍線A相電流曲線

2.2.3 電壓調整不合理，沒有考慮局域電磁環網的特殊性。此類典型局域電磁環網的電壓調整不能簡單地單獨考慮，當霍莊變和王寨變110kV母線電壓都偏高，且110kV聯絡線魏霍線有較大功率輸送至霍莊側時，應先降低王寨變主變電壓擋位，待王寨變110kV母線電壓正常后，此時霍莊變110kV母線電壓也將隨之降低，若依然沒有恢復正常，再降低霍莊主變電壓擋位。

3 事故異常處理

此種典型局域電磁環網事故處理可分為以下兩大類：

3.1 220kV王霍線事故

若王霍1開關重合成功，則保持正常環網運行方式通報相關方面。若王霍1開關重合失敗，則保持魏霍線帶霍#1主變中、低壓運行方式。檢查魏霍1開關、保護及重合閘運行正常，退出魏霍2開關保護及重合閘。密切監視王寨主變和魏霍線負荷情況，魏霍線負荷電流按照不大于400A來控制，應盡量維持霍莊變110kV母線電壓不低于113kV。

3.2 110kV魏霍線事故

若魏霍1開關重合成功，則手動合上魏霍2開關，恢復正常環網運行方式。若魏霍1開關重合失敗，則維持霍莊變開環運行方式，退出霍221開關線路保護跳閘出口壓板和重合閘壓板，通報相關方面。

4 局域電磁環網運行注意事項

當“王寨變—霍莊變”實施220kV/110kV電磁環網運行時：應投入220kV王霍線兩端開關（霍221和王霍1）線路保護跳閘出口壓板和重合閘，且投入方式均應為“單重”。應投入110kV魏霍線兩端開關（魏霍1和魏霍2）線路保護跳閘出口壓板，投入魏霍1重合閘，但由于魏霍2為該電磁環網斷開點，所以應退出魏霍2重合閘。當電磁環網打開時：若王霍線做充電運行，應退出霍221開關線路保護跳閘出口壓板及重合閘；若魏霍線做充電運行，應退出魏霍2開關線路保護跳閘出口壓板及重合閘。

5 結語

本文論述了局域電磁環網在網架薄弱地區應用的可行性，分析其運行方式和存在的問題，并給出相應的解決方法，以及局域電磁環網的事故異常處理方法。為解決此類區域電網網架薄弱而導致供電可靠性不高的問題提供了寶貴的實踐經驗。

［1］張厚煥.變電運行技術問答（第二版）［M］.北京：華北電業管理局，1976：400-405.

［2］艾新法.變電設備異常運行及事故處理［M］.鄭州：華中電業管理局，1992：80-85.

［3］劉治全.主變中性點接地方式的選［J］.自動控制，2008（1）：20-21.

［4］曹亞旭，邵鵬，景中熠.變壓器中性點運行方式分析［J］.2010（3）：115-118.