雄村銅礦負荷對西藏電網穩定運行的分析研究

郭三軍 金川集團股份有限公司

引言：雄村銅礦地理位置較為偏遠，負荷從電網末端日喀則多林電站接入西藏中部電網。給電網結構尚不十分堅強的西藏電網帶來一定的安全隱患。用電設備安裝功率為140914.8kW（工作功率123450.8kW），計算有功功率為86723.7kW，年耗電量約為512508.5MWh。

一、西藏中部電網概況及邊界條件

西藏中部電網電源總裝機容量為1786.67MW。其中水電機組裝機容量134.14MW，占全網總裝機容量的63.48%；抽水蓄能裝機為90MW，占總裝機的5.04%；火電機組裝機容量348.75MW，占19.2%；地熱機組裝機容量27.18MW，占1.52%；太陽能光伏裝機容量160MW，占8.96%；風電裝機容量7.5MW，占0.42%；余熱裝機容量19.1MW，占1.07%。

2020年豐大方式下，西藏電網總負荷1840MW，總發電出力2090MW，青藏直流向西北電網送電180MW。

2020年枯大方式下，西藏電網總負荷（包括昌都電網）2130MW，總發電出力900MW，青藏直流從西北電網受入電力660MW。

已建成SVC按照全部按投入共325 Mvar考慮。根據西藏電力經研院的批復，雄村銅礦配置30Mvar SVC裝置，在兩臺專用變10kV側并聯電容器總容量為30Mvar。

二、研究條件及計算工具

（一）運行方式

雄村銅礦為西藏電網末端，設備按照已經規劃的方式運行，51%同步電動機和49%異步電動機負荷。

（二）故障類型

a.交流線路三永N-1故障；

b.交流線路單相瞬時故障；

c.直流單極閉鎖。

（三）穩定判據

功角穩定：電網遭受每一次大擾動后，引起電力系統各機組之間功角相對增大，在經過第一、第二搖擺不失步。

電壓穩定：在電力系統受到擾動后的暫態過程中，負荷母線電壓能夠在10秒以內恢復到0.80p.u.以上。

頻率穩定：系統頻率能迅速恢復到額定頻率附近繼續運行，不發生頻率崩潰，事故后的系統頻率不會長期懸浮于某一過高或過低的數值。

（四）計算工具

中國電力科學研究院開發的“PSD電力系統軟件工具（PSD Power Tools）”系列軟件包：

a.PSD-PFNT潮流計算程序；

b.PSD-SWNT暫態穩定計算程序；

c.PSD-CLIQUE地理接線圖繪制程序；

d.PSD-MYCHART多曲線對比程序。

三、主要元件模型

（一）發電機模型

發電機模型采用考慮次暫態過程的和變化模型，考慮了發電機勵磁系統、原動機及調速系統的作用。

（二）負荷模型

1.西藏電網負荷模型

西藏電網負荷模型為30%異步電動機和70%靜態負荷，靜態負荷模型中恒阻抗負荷、恒電流負荷、恒功率負荷所占比例為0.25:0.55:0.2。參數如表3-1。

表3-1 西藏電網負荷模型異步電動機參數

2.雄村銅礦負荷模型

所示，使用的同步電動機及勵磁系統參數為銅礦業主從設備供應商收集的部分電動機參數，如表3-2和表3-3所示。

表3-2 西藏電網雄村銅礦負荷模型同步電動機參數

勵磁系統均采用BPA程序中的EB無刷它勵旋轉勵磁系統模型，結構如圖3-1。

圖3-1 BPA軟件中的EB無刷它勵旋轉勵磁系統模型結構框圖

其主要參數如表3-3所示。

表3-3 西藏電網大型銅礦負荷模型同步電動機勵磁系統主要參數

（三）SVC裝置模型

研究使用的BPA程序中SVC結構如圖3-2所示，其主要參數如表3-4所示。

圖3-2 SVC結構

表3-4 銅礦負荷SVC裝置主要參數

四、銅礦負荷接入對西藏聯網通道穩定性的影響分析

（一）銅礦負荷接入點系統強度分析

雄村銅礦專用變接入西藏藏中電網謝通門110kV變電站。2020年枯大和豐大方式下，銅礦負荷接入點的短路電流及短路容量分別如表4-1所示。

表4-1 西藏電網2020年銅礦負荷接入點系統強度

（二）2020年枯大方式安全穩定分析

1.交流線路三永N-1故障校核

（1）采用70%異步電動機+30%靜態負荷模型，西藏電網主要500kV、220kV和110kV多條交流線路發生三永N-1故障，電壓失穩。如表4-2所示。

（2）采用實際比例的同步電動機+異步電動機負荷模型（51%同步電動機和49%異步電動機），主要500kV、220kV和110kV線路三永N-1故障，全部穩定。

（3）采用100%異步電動機負荷模型

主要500kV、220kV和110kV線路多條交流線路發生三永N-1故障，電壓失穩。

2.交流線路單相瞬時故障校核

采用70%異步電動機+30%靜態負荷模型，西藏電網主要500kV、220kV和110kV線路單相瞬時故障校核穩定；

采用同步電動機模型，以及100%異步電動機負荷模型對線路單相瞬時故障進行校核，電網均能在故障后恢復穩定運行。

3.銅礦負荷近區35kV線路故障校核

無SVC， 70%異步電動機+30%靜態負荷模型，銅礦近區35kV線路三永N-1故障校核穩定，采用同步電動機模型，以及100%異步電動機負荷模型對銅礦近區35kV線路三永N-1故障進行校核，結果也全部穩定。

4.青藏直流單極閉鎖故障校核

沒有SVC，青藏直流發生單極閉鎖故障，由于沒有短路接地故障造成的電壓跌落情況，線路穩定。

（三）2020年豐大方式安全穩定分析

電網各電壓等級多條交流線路發生三永N-1故障、青藏直流檢修停運、川藏聯網通道檢修、西藏電網孤島運行、雄村銅礦故障退出運行，校核主要500kV、220kV和110kV線路穩定運行。

五、負荷接入西藏電網的分析

在2020年枯大方式和豐大方式下：

（一）青藏直流發生單極閉鎖后、銅礦負荷接入點近區35kV線路發生三永N-1故障、各電壓等級交流線路發生單相瞬時故障后，電網穩定。

（二）采用實際比例的“同步電動機+異步電動機負荷”模型，配置30Mvar的SVC。主要線路三永N-1故障后穩定運行；部分交流線路三永N-1故障造成銅礦少量負荷切除、其他交流線路三永N-1故障、檢修方式下川藏聯網通道上的各段500kV聯絡線路三永N-1故障，電網均穩定運行。

（三）采用西藏電力調度的70%異步電動機+30%靜態負荷和采用100%異步電動機負荷模型，電網各電壓等級多條交流線路發生三永N-1故障，電壓失穩。配置馬達低壓脫扣裝置，500kV、220kV和110kV的全部交流線路三永N-1故障均不會造成電網電壓失穩。但銅礦的少量一般負荷有可能會在故障后的電壓跌落期間被切除。

六、應對措施

1.雄村銅礦負荷模型按照實際比例的同步電動機和異步電動機考慮。

2.在雄村110kV變電站配置容量30Mvar的SVC裝置，專用變低壓側配置并聯電容器容量30Mvar。

3.配置低壓脫扣裝置，合理設置動作延時和各級所切負荷量。

七、結論

雄村銅礦位于西藏電網末端，為避免無功長距離傳輸，減少電網電壓降，按照雄村銅礦同步電動機和異步電動機負荷比重及其相關電機參數，結合生產工藝設備啟動程序，在雄村110kV變電站安裝30Mvar的SVC，在兩臺專用變10kV側并聯電容器總容量為30Mvar，專用變電站內無功損耗和無功負荷需就地補償，滿足西藏電網安全穩定運行。同時，為了適應銅礦負荷變化和西藏電網發展的需要，配置馬達低壓脫扣裝置十分必要。

表4-2 西藏電網2020年枯大方式主要線路N-1