500/220 kV電磁環(huán)網(wǎng)開環(huán)策略及鄂西北電網(wǎng)開環(huán)方案研究

喬 立，趙紅生，魏 聰，趙雄光

（國網(wǎng)湖北省電力公司經(jīng)濟技術(shù)研究院，湖北 武漢 430077）

0 引言

電磁環(huán)網(wǎng)是主干電網(wǎng)電壓等級由低向高發(fā)展過程中的必然產(chǎn)物，高電壓等級的出現(xiàn)使地區(qū)間送電通道電力送出能力、地區(qū)內(nèi)部供電能力得到極大提升，但在高電壓等級系統(tǒng)未完善的過渡期，電磁環(huán)網(wǎng)運行方式會帶來電力系統(tǒng)熱穩(wěn)定、動穩(wěn)定、短路電流超標、安全自動裝置復(fù)雜等影響電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的問題。“十三五”期間全國將形成東、西兩個特高壓交流電網(wǎng)，屆時1 000/500/220 kV電磁環(huán)網(wǎng)將不斷出現(xiàn)，對500/220 kV電磁環(huán)網(wǎng)開環(huán)提出了新的需求[1]。

本文對電磁環(huán)網(wǎng)開環(huán)基本原則、主要開環(huán)方式以及開環(huán)方案制定步驟進行了闡述，并以鄂西北500/220 kV電磁環(huán)網(wǎng)為例，結(jié)合現(xiàn)狀和遠景電網(wǎng)規(guī)劃，對其實施逐步開環(huán)，在解決鄂西北電網(wǎng)存在的電磁環(huán)網(wǎng)運行風(fēng)險的同時，將電網(wǎng)規(guī)劃與開環(huán)策略統(tǒng)籌考慮，以指導(dǎo)電網(wǎng)的發(fā)展，加強了近、中、遠期規(guī)劃的銜接性。

1 電磁環(huán)網(wǎng)開環(huán)原則

1）供電區(qū)內(nèi)部的500/220 kV電磁環(huán)網(wǎng)在條件允許的情況下，可保持合環(huán)運行，以提高電網(wǎng)供電可靠性。當(dāng)短路電流超標或電磁環(huán)網(wǎng)存在安全運行隱患時，應(yīng)考慮500/220 kV電網(wǎng)開環(huán)運行。

2）位于電網(wǎng)主干通道上（全國聯(lián)網(wǎng)通道、省網(wǎng)主干通道），特高壓落點附近或是與特高壓線路形成“三級電磁環(huán)網(wǎng)”的500/220 kV電磁環(huán)網(wǎng)應(yīng)優(yōu)先開環(huán)運行，不具備開環(huán)條件的應(yīng)加快電網(wǎng)建設(shè)，盡快滿足開環(huán)要求。

3）電磁環(huán)網(wǎng)開環(huán)方案應(yīng)遠近結(jié)合，既要根據(jù)電網(wǎng)現(xiàn)狀采取相應(yīng)的開環(huán)措施，又要結(jié)合遠景年電網(wǎng)規(guī)劃，將電網(wǎng)規(guī)劃與開環(huán)策略統(tǒng)籌考慮，盡量避免電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的頻繁變化和開環(huán)斷面的過度加強。

4）開環(huán)后的供電區(qū)宜形成具有2～3座500 kV變電站為核心的供電區(qū)域，并與外區(qū)有3回及以上的500 kV聯(lián)絡(luò)線，分區(qū)內(nèi)最好有一定容量的電源作為支撐[2]。

5）在選擇開環(huán)點時，應(yīng)貫徹最小解環(huán)原則，最大程度保持分區(qū)電網(wǎng)的完整性。同時應(yīng)優(yōu)先考慮在不同的行政分區(qū)的電網(wǎng)之間實施開環(huán)，以便調(diào)度和管理。

6）開環(huán)方案需通過充分的安全穩(wěn)定校核，滿足《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則》中關(guān)于潮流轉(zhuǎn)移、靜態(tài)穩(wěn)定、暫態(tài)穩(wěn)定、動態(tài)穩(wěn)定、電壓穩(wěn)定的相關(guān)要求。

2 電磁環(huán)網(wǎng)開環(huán)措施

1）解列供電區(qū)間的220 kV聯(lián)絡(luò)線。該措施應(yīng)優(yōu)先考慮開斷分區(qū)電網(wǎng)間的220 kV聯(lián)絡(luò)線及老舊線路。

2）改接或站外串接220 kV輸電線路。該措施最大程度利用了現(xiàn)有電力走廊資源，但降低了分區(qū)電網(wǎng)間的事故支援能力，需重點校核檢修方式下的安全穩(wěn)定特性。

3）解列供電區(qū)內(nèi)部220 kV環(huán)網(wǎng)線路。該措施對電網(wǎng)供電能力及可靠性犧牲較大，必要時可配套新建變電和線路工程。

4）220 kV變電站母線分裂運行。該措施降低了變電站的供電可靠性及運行靈活性，需確保110 kV電網(wǎng)在事故后的負荷轉(zhuǎn)移能力。

5）220 kV電廠母線分裂運行。該措施一方面大幅降低了電廠電力送出可靠性，另一方面有利于解決大機組集中接入時的暫態(tài)穩(wěn)定問題。因此應(yīng)結(jié)合實際情況使用。

6）500 kV變電站母線分裂運行。該措施短路電流控制效果顯著，但會大幅降低供區(qū)的供電能力，通常用于發(fā)展相對成熟的220 kV電網(wǎng)。

3 開環(huán)方案制定的步驟

3.1 目標電網(wǎng)收資及問題分析

步驟1明確目標電網(wǎng)現(xiàn)狀和遠期規(guī)劃目標，完成收資工作。

步驟2通過仿真計算程序?qū)δ繕穗娋W(wǎng)進行校核，搜索目標電網(wǎng)近中期存在的安全穩(wěn)定風(fēng)險，明確開環(huán)方案的目標。

3.2 開環(huán)方案制定

步驟3整理電磁環(huán)網(wǎng)開環(huán)必要性（搜索到的安全穩(wěn)定風(fēng)險的急迫性）及可行性（開環(huán)的基本條件是否具備），明確電磁環(huán)網(wǎng)開環(huán)順序和時機。

步驟4參照上述開環(huán)原則和方法制定不少于2個的開環(huán)方案。

步驟5對開環(huán)方案從以下三個方面進行分析比選：

a.進行區(qū)域電力電量平衡分析，確定各供電區(qū)內(nèi)變電容量、電源和負荷是否匹配；

b.對目標電網(wǎng)進行安全穩(wěn)定校核，校核結(jié)果需滿足開環(huán)原則6的要求；

c.分析開環(huán)方案與現(xiàn)狀電網(wǎng)及遠景規(guī)劃的銜接性。

步驟6通過分析比較，選取最優(yōu)方案。若不存在可行方案，則返回步驟3，重新分析電磁環(huán)網(wǎng)開環(huán)順序及時機是否合理。

3.3 開環(huán)方案過渡期分析

步驟7在過渡期存在安全穩(wěn)定問題的情況下，需通過穩(wěn)定控制措施或電網(wǎng)優(yōu)化方案滿足電網(wǎng)過渡年的安全穩(wěn)定運行需求。

4 鄂西北電網(wǎng)500/220 kV電磁環(huán)網(wǎng)開環(huán)方案

4.1 鄂西北電網(wǎng)基本情況

步驟1鄂西北電網(wǎng)含襄陽、十堰、隨州、神農(nóng)架4個地區(qū)電網(wǎng)，目前有樊城、臥龍和十堰3座500 kV變電站，主變6臺，變電容量5 250 MV·A。目前鄂西北220 kV電網(wǎng)與周邊仍保持合環(huán)運行，通過3回220 kV線路與荊門電網(wǎng)相連，2回220 kV線路與廣水（隨州）、孝感電網(wǎng)相連。在內(nèi)部，十堰丹江口電網(wǎng)、神農(nóng)架電網(wǎng)和襄陽電網(wǎng)形成聯(lián)合供電格局，并分別通過2回和4回220 kV線路與十堰電網(wǎng)和隨州電網(wǎng)相連，電磁環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜。

2017年隨州輸變電、雙河主變擴建工程投產(chǎn)后，開斷隨姚線、曾永線，解開鄂西北電網(wǎng)與鄂東電網(wǎng)間的電磁環(huán)網(wǎng)；開斷喬胡線、雙余線、雙水線，解開鄂西北電網(wǎng)與鄂西電網(wǎng)間的電磁環(huán)網(wǎng)。

鄂西北電網(wǎng)遠景年規(guī)劃分6片運行：十堰供區(qū)、丹江供區(qū)、南三縣供區(qū)、臥龍襄東供區(qū)、樊城襄東供區(qū)、曾都隨縣供區(qū)。

步驟2通過計算、分析、梳理鄂西北電網(wǎng)主要存在3個與電磁環(huán)網(wǎng)相關(guān)問題

a.500 kV臥龍變投運后，樊城變短路電流水平達到55 kA，超過開關(guān)遮斷容量，目前通過開斷米東雙回僅能將樊城最大開關(guān)側(cè)短路電流控制在49.3 kA。

b.臥龍變π入鄂豫500 kV聯(lián)絡(luò)線，形成了1 000/500/220 kV三級電磁環(huán)網(wǎng)，當(dāng)1 000 kV、500 kV線路故障時，部分潮流將轉(zhuǎn)移至220 kV電網(wǎng)。經(jīng)校核，樊臥N-2后，部分220 kV線路易超過熱穩(wěn)極限，比之電磁環(huán)網(wǎng)出現(xiàn)前鄂豫斷面南、北向輸電能力均降低約1 000 MW。

c.受十樊雙回線路N-2后，220 kV線路熱穩(wěn)限制，十堰電網(wǎng)豐期外送能力不能超過900 MW，枯期受電能力不能超過450 MW。

4.2 開環(huán)方案擬定

步驟3確定開環(huán)時機

2017年鄂西北電網(wǎng)將斷開與周邊電網(wǎng)的220 kV聯(lián)絡(luò)線，可降低樊城220 kV母線短路電流3.7 kA。

臥龍-樊城500/220 kV電磁環(huán)網(wǎng)與特高壓線路形成“三級電磁環(huán)網(wǎng)”，處于重要的輸電通道，影響了省間斷面的輸電能力。按照開環(huán)原則2，應(yīng)盡快滿足開環(huán)要求，優(yōu)先開環(huán)運行。在隨州變投產(chǎn)前，該區(qū)域僅3座500 kV變電站，按照開環(huán)原則4尚不具備分片的基本條件。開環(huán)時機暫定為隨州變投產(chǎn)后的2018年。

目前十堰電網(wǎng)僅有2臺500 kV主變和2回500 kV線路（部分同桿并架）與主網(wǎng)相連，按照開環(huán)原則4該區(qū)域尚不具備分片的基本條件。十堰-樊城500/220 kV電磁環(huán)網(wǎng)開環(huán)需在十堰漢水500 kV變電站投產(chǎn)后，開環(huán)時機暫定為“十四五”期間。

步驟4、5解環(huán)方案制定

十堰-樊城500/220 kV電磁環(huán)網(wǎng)有明顯的段面——汾當(dāng)線、順當(dāng)線，亦是襄陽市和十堰市的行政分界，符合開環(huán)原則3和開環(huán)原則5。因此，開環(huán)方案為開斷220 kV汾當(dāng)線、順當(dāng)線。

針對臥龍-樊城500/220 kV電磁環(huán)網(wǎng)，提出以下兩種開環(huán)方案。方案一，臥龍與十堰成片運行，樊城與隨州成片運行；方案二，臥龍與隨州成片運行，樊城與十堰成片運行。

經(jīng)分析校核，兩種開環(huán)方案都存在致命缺點：

方案一，在鄂豫斷面南送方式下樊臥雙回同跳后15.9%的潮流（272 MW）通過500 kV十樊雙回轉(zhuǎn)移到龍當(dāng)線和十當(dāng)線，形成了新的500/220 kV電磁環(huán)網(wǎng)。同時，由于分片后臥龍供區(qū)負荷缺口增大，十堰外送斷面500 kV和220 kV分電比變化為7∶8，進一步惡化了十堰電網(wǎng)的水電外送能力。在維持鄂豫斷面北送4 300 MW的前提下，考慮龍當(dāng)線或十當(dāng)線N-1故障，十堰水電外送能力只能達到目前的一半，約450 MW。

方案二，南北兩片負荷和電源分布極度不均，臥龍變下網(wǎng)重而樊城變下網(wǎng)輕，由于220 kV電網(wǎng)電氣距離長，隨州變對襄陽北部功率支援能力較弱，臥龍主變N-1后，無法滿足襄陽北部供區(qū)的供電需求。

步驟6根據(jù)分析結(jié)果得出，僅依托樊城、臥龍、十堰、隨州4座變電站，臥龍-樊城500/220 kV電磁環(huán)網(wǎng)不具備開環(huán)條件，返回步驟3。

結(jié)合中遠期電網(wǎng)規(guī)劃，將谷城500 kV輸變電工程提前，使臥龍變與谷城變單獨成片。考慮到輸變電工程的前期工作及建設(shè)周期，解環(huán)時機暫定為2020年。按照以上思路提出開環(huán)方案三（圖1），新建谷城500 kV輸變電工程。500 kV接入系統(tǒng)方案暫定為：分別新建1回500 kV線路至臥龍變和十堰變，谷城-十堰500 kV線路途經(jīng)漢水站址；220 kV接入系統(tǒng)方案暫定為分別新建2回220 kV線路至汾陽變和老河口變。將烈山至臥龍線路改接至韓崗，開斷臥龍-韓崗線路，將航空兩臺主變分母運行，分別由米莊和東津供電，開斷喬順1回，另1回線與汾順線對接形成汾喬線，將汾當(dāng)線與汾翁線對接形成翁當(dāng)線。

電氣計算表明：若考慮臥丹、臥均線的增容改造，開環(huán)方案三能通過主變N-1、線路N-1、重要廠站母線N-1及同通道線路N-2故障校核。并能有效抑制襄陽電網(wǎng)220 kV短路電流，周邊電網(wǎng)500 kV和220 kV母線短路電流均可控制在開關(guān)遮斷容量內(nèi)。

圖1 鄂西北電網(wǎng)分片方案三Fig.1 Northwest Hubei Power Grid split scheme three

將襄陽南北開環(huán)后，棗陽北部暫由南部電網(wǎng)供電，未來依托襄東變220 kV接入系統(tǒng)可過渡到北部電網(wǎng)；臥丹、臥均線為原丹江電廠送出的線路，輸送能力及可靠性都不能滿足未來電網(wǎng)的需求，對其增容改造符合遠期電網(wǎng)規(guī)劃，因此方案三與目標網(wǎng)架結(jié)合較好。

排除開環(huán)方案一、二，推薦開環(huán)方案三。

4.3 過渡方案

開環(huán)方案實施前，500 kV電網(wǎng)N-2后的潮流穿越問題將一直存在。電網(wǎng)目前通過控制十堰送出和受入功率以及新建臥龍變穩(wěn)控系統(tǒng)的方式來控制，運行風(fēng)險較大[3]。

步驟7為滿足過渡期鄂豫斷面的送電需求，可以考慮在2018年底，提前建設(shè)臥龍-十堰500 kV線路（途經(jīng)谷城、漢水站址），同時對220 kV襄順I(yè)/II回進行80℃溫升改造。過渡方案實施后，能同時加強臥龍-樊城和十堰-樊城兩個斷面。

經(jīng)校核，該方案能大大提升十堰外送和受入能力，在無穩(wěn)控措施時“十三五”期能保持鄂豫斷面現(xiàn)有輸電能力。因此，建議將其作為實施開環(huán)前的過渡方案。

5 結(jié)論

1）電磁環(huán)網(wǎng)開環(huán)不是一次性工作，而要提前規(guī)劃、分步實施。

2）在220 kV電網(wǎng)規(guī)劃時要體現(xiàn)分層分區(qū)的理念，制定電磁環(huán)網(wǎng)解環(huán)方案時應(yīng)與目標網(wǎng)架相銜接。

3）鄂西北電網(wǎng)500/220 kV電磁環(huán)網(wǎng)開環(huán)方案建議：

a.2017年隨州輸變電、雙河主變擴建工程投產(chǎn)后，解開鄂西北電網(wǎng)與鄂東、鄂西電網(wǎng)間的電磁環(huán)網(wǎng)；

b.爭取2018年底投產(chǎn)臥龍-十堰500 kV線路（途經(jīng)谷城、漢水站址），并同期對220 kV襄順I(yè)/II回進行80℃溫升改造，滿足電網(wǎng)過渡階段的運行需求；

c.2019-2020年，將臥龍-丹江、臥龍-均州220 kV輸電線路進行增容改造，為鄂西北電網(wǎng)南北分片創(chuàng)造條件；

d.2020年前后，投產(chǎn)谷城500 kV輸變電工程，通過一系列220 kV線路改接、串接工程，使臥龍變與谷城變單獨成片運行，實現(xiàn)鄂西北電網(wǎng)南北分片運行；

e.“十四五”期間，投產(chǎn)漢水500 kV輸變電工程，開斷汾當(dāng)線、順當(dāng)線，實現(xiàn)十堰-襄陽電磁環(huán)網(wǎng)開環(huán)運行；

f.根據(jù)地區(qū)負荷增長情況，逐步過渡到遠景年分片方案。

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