四川省大渡河安谷水電站接入系統(tǒng)調(diào)整方案研究

楊 有 清, 楊 天 亮

(1.四川西星電力科技咨詢有限公司，四川 成都 610041；2.中國(guó)水電建設(shè)集團(tuán)圣達(dá)水電有限公司，四川 樂山 614013)

安谷水電站位于四川省樂山市，為大渡河干流梯級(jí)開發(fā)中的最后一級(jí)。電站裝機(jī)容量為772 MW(4×190 MW+12 MW)。

2008年，四川省電力公司批復(fù)了安谷水電站接入系統(tǒng)方案。四川省電力公司的批復(fù)有效期為兩年，而因安谷水電站建設(shè)推遲，該批復(fù)已過期。原《四川省大渡河安谷水電站接入系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)報(bào)告》是基于《樂山電網(wǎng)“十一五”規(guī)劃優(yōu)化調(diào)整報(bào)告》和《四川省“十一五”電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)及2020年目標(biāo)網(wǎng)架規(guī)劃》的網(wǎng)架編制的。2010年，四川省電力公司組織編寫了《四川省電網(wǎng)“十二五”發(fā)展規(guī)劃報(bào)告》和《樂山電網(wǎng)“十二五” 發(fā)展規(guī)劃報(bào)告》，報(bào)告對(duì)四川和樂山電網(wǎng)的2015年和2020年規(guī)劃網(wǎng)架進(jìn)行了調(diào)整，并且岷江航電的犍為、東風(fēng)巖和老木孔電站(總裝機(jī)約1 175.4 MW)也將在“十三五”期間接入嘉州500 kV站或嘉州500 kV站附近的220 kV變電站，因此，不宜再將安谷水電站接入500 kV嘉州變電站供電區(qū)域。

基于上述變化，有必要重新研究安谷水電站的接入系統(tǒng)方案。

1 接入系統(tǒng)調(diào)整方案

1.1 送電方向

筆者對(duì)樂山電網(wǎng)2011～2015年逐年進(jìn)行了供電平衡，平衡結(jié)果表明：大渡河安谷水電站建成投產(chǎn)后，補(bǔ)充了樂山電網(wǎng)逐年增大的電力缺額，從而減小了從四川主網(wǎng)下網(wǎng)的電力。從地理位置看，安谷水電站地處樂山電網(wǎng)負(fù)荷中心區(qū)域的樂山市區(qū)、峨眉山市附近，安谷水電站應(yīng)就近考慮接入樂山電網(wǎng)，在樂山電網(wǎng)內(nèi)消納。

1.2 出線電壓等級(jí)和回路數(shù)

由于安谷水電站已經(jīng)完成了項(xiàng)目核準(zhǔn)，國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)文件批復(fù)：安谷水電站以220 kV電壓接入四川電網(wǎng)。故此次調(diào)整方案中出線電壓等級(jí)仍采用220 kV。根據(jù)電站裝機(jī)容量，建議電站采用2～4回220 kV線路接入電網(wǎng)。

1.3 并網(wǎng)點(diǎn)分析

嘉州500 kV站短路電流較高、主變?nèi)萘繅毫^大，安谷水電站不宜再接入嘉州500 kV變電站供區(qū)。而南天500 kV站供區(qū)是負(fù)荷中心，目前南天500 kV站豐水期和枯水期主變均為下網(wǎng)。因此，安谷水電站可考慮就近在南天500 kV站的供區(qū)消納。

安谷水電站周圍可以選擇的并網(wǎng)點(diǎn)有南天500 kV變電站、城西220 kV變電站、松林220 kV變電站和綠心220 kV變電站。南天500 kV變電站220 kV間隔已經(jīng)全部安排完畢，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)踏勘得知：南天500 kV變電站站外可以征地?cái)U(kuò)建兩個(gè)220 kV間隔。城西220 kV變電站已經(jīng)完成了可行性研究報(bào)告，計(jì)劃2015年投產(chǎn)，220 kV間隔本期3回，終期6回。松林220 kV變電站220 kV間隔共8回，已用6回。綠心220 kV變電站目前處于規(guī)劃階段。

1.4 調(diào)整方案的擬定

通過以上對(duì)送出方向、出線電壓等級(jí)、出線回路數(shù)和并網(wǎng)點(diǎn)的分析擬定了以下三個(gè)方案(圖1、2、3)。

方案一：安谷水電站出兩回220 kV線路接入南天500 kV變電站，導(dǎo)線型號(hào)為L(zhǎng)GJ-2×720，長(zhǎng)度約15 km。

方案二：安谷水電站出兩回220 kV線路接入南天500 kV變電站，導(dǎo)線型號(hào)為L(zhǎng)GJ-2×400，長(zhǎng)度約15 km；另外，出兩回220 kV線路接入城西變電站，導(dǎo)線型號(hào)為L(zhǎng)GJ-2×400，長(zhǎng)度約10 km。

方案三：安谷水電站出兩回220 kV線路接入綠心220 kV變電站，導(dǎo)線型號(hào)為L(zhǎng)GJ-2×400，長(zhǎng)度約20 km；另外，出兩回220 kV線路接入松林220 kV變電站，導(dǎo)線型號(hào)為L(zhǎng)GJ-2×400，長(zhǎng)度約12 km。

2 經(jīng)濟(jì)與技術(shù)性比較

根據(jù)對(duì)潮流、施工可行性、可靠性及綜合經(jīng)濟(jì)性等多方面進(jìn)行分析比較可知：

(1)安谷水電站位于樂山電網(wǎng)負(fù)荷中心，方案一、二中安谷水電站將電力送至南天500 kV變電站就近消納，安谷水電站出力的變化對(duì)樂山電網(wǎng)的影響相對(duì)較小，三個(gè)方案中方案一、二均相對(duì)較好，方案三最差。

(2)安谷水電站～綠心220 kV變電站線路沒有通道，從方案施工可行性看：方案一、二可行，方案三不可行。

(3)方案二中，安谷水電站、城西220 kV站和南天500 kV變電站形成小環(huán)網(wǎng)，方案二是三個(gè)方案中送電可靠性最高的。

(4)方案一、二中安谷水電站直接或通過小環(huán)網(wǎng)將電力送至南天500 kV站，與其它220 kV變電站沒有直接的電氣聯(lián)系，使樂山電網(wǎng)結(jié)構(gòu)清晰、簡(jiǎn)單，樂山電網(wǎng)運(yùn)行更可靠、靈活，并且有利于今后樂山電網(wǎng)220 kV網(wǎng)絡(luò)解環(huán)運(yùn)行。而方案三中安谷水電站接入樂山220 kV電網(wǎng)中，使樂山220 kV電網(wǎng)結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，增加了運(yùn)行的難度。由此可見：方案一、方案二使樂山電網(wǎng)總體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)于方案三。

(5)三個(gè)方案中方案一投資最省，綜合經(jīng)濟(jì)性相對(duì)最好。

圖1 安谷水電站接入系統(tǒng)調(diào)整方案一

圖2 安谷水電站接入系統(tǒng)調(diào)整方案二

圖3 安谷水電站接入系統(tǒng)調(diào)整方案三

因此，推薦方案一為安谷水電站接入系統(tǒng)方案。

3 潮流計(jì)算

潮流計(jì)算結(jié)果表明：2015年豐水期，南天500 kV站、嘉州500 kV站主變滿足N-1，各條220 kV線路滿足N-1。2015年枯水期南天500 kV站、嘉州500 kV站主變不滿足N-1，沫水～南天和朱坎～南天線路不滿足N-1，建議在這種檢修方式下由調(diào)度轉(zhuǎn)移或限制部分供電負(fù)荷。

2020年豐水期南天500 kV站、嘉州500 kV站和樂山北500 kV站主變滿足N-1，沫水～南天、松林～綠心、佛光～嘉州、佛光～范壩和范壩～樂山北線路不滿足N-1，沫水～松林兩回線路已經(jīng)超過持續(xù)極限輸送容量，建議逐步在“十三五”規(guī)劃中更換小截面老線路或調(diào)整電網(wǎng)規(guī)劃網(wǎng)架。2020年枯水期南天500 kV站、嘉州500 kV站和樂山北500 kV站主變不滿足N-1，佛光～嘉州線路不滿足N-1。

4 短路計(jì)算

筆者分別對(duì)南天500 kV變電站高壓、中壓母線及周邊相關(guān)廠站母線發(fā)生三相短路故障和單相短路故障時(shí)短路電流的大小進(jìn)行了校核，計(jì)算水平年選擇為2020年。計(jì)算結(jié)果見表1，通過計(jì)算可以看出：

2020年相關(guān)母線三相短路電流均在斷路器的遮斷容量以內(nèi)。2020年南天500 kV站中壓母線發(fā)生單相故障時(shí)，短路電流超過了斷路器遮斷容量，必須采取措施加以限制。目前通用的辦法有分母運(yùn)行、解環(huán)、中性點(diǎn)加小電抗等方式。分母運(yùn)行和220 kV電網(wǎng)解環(huán)運(yùn)行雖然能夠有效降低短路電流，但同時(shí)也大大限制了電網(wǎng)運(yùn)行方式，降低其安全可靠性。因此，筆者建議：采用中性點(diǎn)安裝小電抗的方式加以解決。

經(jīng)計(jì)算，南天500 kV變電站每臺(tái)主變中性點(diǎn)各安裝16 Ω小電抗后，能將南天500 kV站中壓側(cè)的單相短路電流限制在50 kA以內(nèi)。

5 穩(wěn)定計(jì)算

安谷水電站水頭低、流量大，電站采用軸流式機(jī)組。由于發(fā)電機(jī)組已經(jīng)訂貨，根據(jù)廠家提供的發(fā)電機(jī)參數(shù)，機(jī)組次暫態(tài)電抗Xd’=0.33(不飽和值)，慣性時(shí)間常數(shù)Tj=7.16 s。由于多種原因，機(jī)組參數(shù)已無法修改。慣性時(shí)間常數(shù)偏小會(huì)影響機(jī)組并網(wǎng)的穩(wěn)定性，電站并網(wǎng)點(diǎn)相鄰線路發(fā)生故障會(huì)導(dǎo)致電站機(jī)組失穩(wěn)而切機(jī)，既影響機(jī)組安全，又降低經(jīng)濟(jì)效益。筆者從保證安谷水電站機(jī)組安全運(yùn)行的角度出發(fā)，研究了樂山電網(wǎng)各種故障情況下是否會(huì)對(duì)安谷水電站造成影響；若產(chǎn)生影響，電站和電網(wǎng)應(yīng)該采取什么樣的措施。

筆者仿真了正常運(yùn)行方式和檢修運(yùn)行方式下發(fā)生故障后暫態(tài)穩(wěn)定情況。正常運(yùn)行方式仿真時(shí)樂山電網(wǎng)220 kV及500 kV線路發(fā)生單相、三相短路和異名相故障；檢修運(yùn)行方式仿真了安谷～南天兩回線路一回檢修，一回發(fā)生單瞬故障(圖4)；南天500 kV站主變一臺(tái)檢修，另一臺(tái)主變500 kV母線故障(圖5、6)。

計(jì)算結(jié)果表明：發(fā)生以上故障時(shí)，樂山電網(wǎng)能夠保持穩(wěn)定運(yùn)行，機(jī)組參數(shù)能夠滿足電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的要求。

表1 2020年樂山電網(wǎng)短路電流計(jì)算表 /kA

圖4 安南線路一條檢修，另一條單瞬故障功角圖

圖5 南天一臺(tái)主變檢修，另一臺(tái)主變高壓短路故障功角圖

圖6 南天一臺(tái)主變檢修，另一臺(tái)高壓短路故障母線電壓圖

6 自勵(lì)磁計(jì)算

筆者校核了安谷水電站4臺(tái)大機(jī)組全停，生態(tài)機(jī)組單獨(dú)運(yùn)行的情況下生態(tài)發(fā)電機(jī)組是否會(huì)發(fā)生自勵(lì)磁的情況。根據(jù)( DL/T 5429-2009)《電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》中的方法進(jìn)行計(jì)算得知：生態(tài)機(jī)組單獨(dú)運(yùn)行的情況下不會(huì)產(chǎn)生自勵(lì)磁過電壓。