河北南部電網網架規劃研究

摘 要：依據國家電網公司特高壓發展規劃和河北南網目標網架要求，“十三五”期間，河北南部電網肩負著特高壓落地消納、西電東送等多重任務。為確保“十三五”期間河北南網規劃建設的有序進行，文章在對輸電網網架結構及特征進行梳理和總結的基礎上，對河北南網500kV、220kV網架規劃方案提出合理化建議。

關鍵詞：河北南網；網架規劃；220kV分區

引言

根據河北南網“十三五”電網發展規劃，河北南網長期依賴區外受電，與此同時，河北南部電網承擔著將山西電力轉送至山東和京津唐電網以及北京西和石家莊特高壓交流變電站的落地消納工作。面對河北南網區外受電規模的持續增加和特高壓電力受入對500kV電網潮流大范圍轉移能力的苛刻要求等新形勢和新問題，亟需深化網架規劃研究，解決河北南部電網與特高壓電網的可靠銜接，網絡分層分區供電等問題。

針對上述問題，文章在對輸電網網架結構及特征進行梳理和總結的基礎上，對河北南網網架規劃方案進行探討，結合河北南網現狀特征，提出合理的500kV、220kV網架規劃方案。

1 輸電網網架結構規劃

1.1 500kV網架規劃

500kV電網普遍采用環型結構和網格型結構的電網結構型式。

環型結構具有以下特點：環網結構上的變電站相互支援能力強，可從多個方向受入電力，便于采取解環或擴大環網的方式調整結構。環型結構可細分為單環網、半環網和雙環網，逐一對應城市電網發展的不同階段，最終由單環網或半環網過渡到雙環網。

網格型結構具有以下特點：網絡內電氣距離短、相互支援能力強、網架更為堅固，可從多點受電，但一般短路電流水平較高且難以控制，當發生電網事故時，難以通過解列的措施控制事故范圍。網格結構可細分為日字型、目字型、田字型和網絡型，由圍繞城市多個中心區或多個城市的500kV環網疊加而成。日字型、目字型等網絡結構分別對應城市發展的不同階段，隨著城市發展，電網結構最終過渡為網絡型。

1.2 220kV網架規劃

220kV電網具有較高的研究價值。因為220kV電網分區規劃和運行在分解系統的同時，對降低系統短路電流水平、控制潮流流向等方面具有重要的工程實踐意義。

通常來說，當500kV網架為環網運行且網架堅強時，為確保電網結構優化，220kV電網可分區規劃和運行，同時，分區間應保持合理聯絡和支援。此時，城市高壓110kV配電網應采用環網或輻射運行，此時要注意宜優先在同一220kV分區電網內形成環網結構，盡量減少不同220kV分區間110kV網架的電氣聯系。

（1）220kV電網分區原則。220kV分層分區是指打開500kV/220kV電磁環網結構，依據電壓序列將電網分成若干層次，并考慮供電能力，劃分出若干包含不同層次的供電區域，在各供電區域內根據電力負荷安排相應的電廠出力，確保區域內電力供需大致平衡。分區應遵循如下原則：

獨立原則：合理的分區應當盡量使區內的負荷與裝機基本平衡。

聯絡原則：保持分區之間保持適度聯絡。區與區之間界面要清晰。

可靠原則：電網結構的簡化使得熱備用線路減少可能會導致可靠性降低。

（2）220kV電網分區類型。根據供區內500kV變電站個數和運行方式的不同，220kV電網可分為獨立分區和互聯分區兩種模式。

獨立分區以一座500kV變電站和若干220kV地方電廠作為電源點，運行時只有一座500kV變電站與大網進行聯絡，一般呈圍繞500kV變電站220kV母線的放射網或自環網結構，如圖1所示。

互聯分區以兩座及以上500kV變電站和若干220kV地方電廠作為電源點。運行時有兩座及以上500kV變電站作為與電網的聯絡點，一般呈日字形、目字型、田字形或網絡等網格結構，如圖2所示。各分區之間在正常方式下相對獨立，事故情況相互支援。

2 區域電網聯絡方案研究

網架和方案是電力系統規劃設計的核心。電網經過簡化分析可分為8種網絡形式。

（1）容量有余額的系統與大容量系統相連。需避免系統功角穩定事故的發生。其原因通常是由于：當重載聯絡線故障跳開后，易引發其他聯絡線過載，此時送端輸出受阻，進而引起送端系統頻率升高，此時，由于受端系統調節容量大，可有效降低頻率波動，從而造成聯絡線兩端系統的功角和功率振蕩，嚴重時將破壞系統的安全穩定。針對系統穩定事故的產生原因，可在受端切負荷，在送端切機以平衡兩端系統功率，或采取措施將聯絡線解列，以平息振蕩。

（2）大容量系統向功率缺額系統輸送功率。上述網絡結構易引起功角穩定和電壓穩定事故。其原因是由于：當有功功率不足的系統發生故障引起頻率急劇降低后，由于大容量系統調節能力較強從而維持頻率保持不變，導致受端與送端的功角穩定失步。也可能是由于受端系統內無功功率的嚴重缺額造成受端電網電壓崩潰。上述情況，應迅速切斷聯絡線，并在受端電網中采取切除不重要的負荷的措施。此時，須在受端系統內加裝低頻減負荷、低壓減負荷裝置，并可考慮加裝發電機組自起動裝置。

（3）容量相當的兩個系統經較強聯絡線相連。該網絡結構穩定運行水平高，網架堅強，不容易發生穩定破壞事故。在發生嚴重的聯鎖故障時，可能引起聯絡線過載或功角失步，此時可采取電廠減出力、切負荷等策略。

（4）兩個系統由弱聯絡線相連。該種結構多存在于互聯系統的初期階段。由于兩個系統間的電氣聯系較弱易發生動態穩定性失步。此時，系統由于負阻尼或弱阻尼的影響而發生長過程的振蕩不衰減和發散。針對以上問題，應盡快加強互聯系統間聯絡，降低聯絡線阻抗值，通過加裝設備，如PSS，以提高系統正阻尼，同時可考慮故障時采取切機切負荷措施以減少聯絡線功率。

（5）鏈形接線。此種接線結構部分聯絡線功率傳輸方向總是一致的，而其他聯絡線的輸送功率隨時間周期變化。

其特點是：故障時聯絡線功角、功率波動受系統運行方式影響較大，可能發生功角穩定、電壓穩定和頻率穩定問題，也可能由于鏈形結構中個別環節危險過載，引發電網事故擴大。

（6）放射型結構。對于放射型結構，中心系統容量通常較大，可根據外側系統功率盈缺情況，中心系統選擇外送或接收功率。當某一子系統與中心系統失步時，可解列聯絡線，防止事故的進一步擴大。但由于子系統間缺乏聯絡，系統可靠性較低。

（7）環形接線。環形接線的優勢是系統運行方式多樣。任一節點斷開，會引起環內各節點間輸送功率的大小和方向發生變化。此時，“危險斷面”將決定整個環網的運行方式。必要時可考慮加裝備自投裝置。

（8）多回路系統。多回路系統屬于較為理想的電網結構型式。此結構可抵御多種類型故障，確保系統穩定。

上面所說的網架認識，是制定電力系統方案的基礎。實際工程中方案的制定，既要考慮技術性，又要考慮經濟性。技術性要求工程滿足負荷需求，電氣計算滿足條件，具有一定的遠景適應性，更高的要求就是網架美觀；經濟性，就是投資費用盡可能低。綜合技術和經濟性，然后得出推薦方案。

3 河北南網網架規劃方案研究

3.1 河北南網特高壓建設規劃

根據國家電網公司特高壓發展規劃，“十三五”期間，河北南網將建成石家莊和北京西2座交流特高壓變電站，至2020年前形成交流特高壓“兩站三通道”。同時，規劃在2020年前建成俄羅斯-霸州±800kV直流送電線路。

3.2 500kV網架研究

（1）“十二五”末河北南網500kV網架特點。500kV電網已形成沿京廣鐵路縱貫南北的雙回路，中東部形成環網，實現“三橫兩縱”布局，達到“一區兩站”，已基本取代220千伏電網成為地區間功率交換的主通道。

（2）“十三五”末河北南網500kV網架規劃。到“十三五”末，河北南部500kV電網將進一步得到完善和加強，在適應包括特高壓在內的區外電力受入需要的同時，具備較強的東西向、南北向電力交換能力，獨立擔負河北南網內跨地市輸送電力的功能，真正成為全網范圍內的骨干輸電網。

3.3 220kV網架研究

（1）“十二五”末河北南網220kV網架特點。2015年，河北南網220kV網架大體形成4個供電分區：慈云分區、石保分區、衡滄分區、邯邢分區，基本達到“一縣至少一站”，其功能向為各地市供電的供電網方向轉化。

（2）“十三五”末河北南網220kV網架規劃。“十三五”末，需進一步完成地區之間和地區內部分區供電。在實現河北南網六地市分區供電的基礎上，對負荷較為集中的石家莊和保定地區進行南北分區，通過打開500kV/220kV電磁環網，實現電網的分層分區供電，有效降低河北南網短路電流水平。

4 結束語

“十三五”期間，河北南網輸電網規劃、建設面臨著嚴峻挑戰。文章在對輸電網網架結構及特征進行梳理和總結的基礎上，對河北南網500kV和220kV網架結構進行探討，依據國家電網公司特高壓發展規劃和河北南網目標網架要求，對“十三五”期間河北南網500kV、220kV網架規劃方案提出合理化建議。

（1）做好特高壓落點與河北南網500kV電網的銜接，確保特高壓電力落地，滿足地區經濟社會發展需要；（2）完善和加強500kV電網，促進河北南網主網架的提升，使500kV網絡能獨立擔負河北南網內跨地市輸送電力的功能，真正成為全網范圍內的骨干輸電網；（3）以堅強的500kV網架為基礎，逐步實施220kV電網分區供電，實現220kV電網與500kV電網的合理分工，提高電網安全穩定水平。

參考文獻

[1]國網河北省電力公司.河北南網“十三五”電網發展規劃總報告[R].2015.

[2]劉振亞.全球能源互聯網[M].北京：中國電力出版社，2015.

[3]嚴同.電力系統設計隨筆[EB/OL].https：//www.zhihu.com/people/yan-tong-70/posts.

作者簡介：齊曉光（1989，02-），男，籍貫：河北省石家莊市，職稱：助理工程師，研究方向：新能源接入特性分析。