黑龍江省西部電網電磁環網解環方案研究

張 睿，郝文波，胡遠婷，劉 進，張美倫

(國網黑龍江省電力有限公司電力科學研究院，哈爾濱 150030)

0 引 言

電網實現分層分區，避免電磁環網，是電網運行的一個重要原則，特別是在高一級電網建成以后，應盡快實現低一級電網開環分片運行，以限制其短路電流，避免高低壓電磁環網，充分發揮高一級電壓電網輸送容量大的優勢[1-2]。黑龍江西部電網500 kV主網架在城網區域內成環，220 kV電網環網結構復雜，電網間高低壓電磁環網已經形成。

隨著黑龍江西部電網500 kV和220 kV電網的發展和完善，電磁環網運行可能會引起部分500 kV變電站及部分220 kV變電站母線斷路容量達到或超過斷路器的額定容量，對系統的安全和穩定運行十分不利。因此，實現黑龍江西部電網500 kV/220 kV電網分層分區運行是必然趨勢。結合黑龍江西部電網的特點，以黑龍江西部電網2020年冬季大負荷數據為基礎，針對220 kV電磁環網提出一套合理的解環方案，并在解環情況下對短路電流以及電網靜態穩定性做出計算分析，為黑龍江省西部電網順利實施電磁解環提供參考。

1 黑龍江西部電網狀況

西部電網通過500 kV華興1、2號線與蒙東興安盟電網相連，通過500 kV伊馮甲、乙線、嶺馮1、2號線與蒙東呼倫貝爾電網相連，通過500 kV大松1號線、大松2號線、大松3號線、五富1號線、五富2號線與中部電網相連，通過220 kV馮烏線(烏拉線)、馮拉甲線與北部電網相連。西部電網包括大慶和齊齊哈爾2個地區電網。黑龍江西部500 kV電網是黑龍江省500 kV電網骨干網架的重要組成部分。黑龍江省西部電網500 kV變電站共有4座，分別為大慶站、國富站、馮屯站和華民站；220 kV電網由紅旗站、齊一站、火炬站、北郊站等變電站及相應220 kV線路構成，區域內主要由220 kV齊熱廠、富二廠、新華廠等火電廠以及若干新能源廠站供電。基本形成以500 kV變電站以及地區內電廠為供電中心的環狀電網，詳見圖1。

圖1 黑龍江省西部電網接線圖

2 黑龍江西部電網解環方案

在電網發展的不同階段，電磁環網對電力系統的影響也不相同，大致可歸納為形成利大于弊-發展-弊大于利-消亡的過程。實現分層分區供電是大電網發展的方向和目標[3-5]。

2.1 解環原則

為保證系統的安全可靠性，城市電網電磁環網解環點的確定原則為[6]：

1)按最終目標網架確定的220 kV分區電網是電力平衡的。

2)應保證解環后城市電網的供電可靠性和供電安全性無明顯降低。

3)解環后城市電網的220 kV母線短路電流水平應滿足導則要求。

4)解環線段的潮流應較輕，解開后對整個系統的潮流分布影響不大。

通過對上述原則的把握，根據電磁環網的實際構成情況，以及計算得到的電網運行指標，即可對電網進行解環操作。

2.2 解環實施目標

解環實施的目標為：

1)大慶電網與齊齊哈爾電網220 kV系統解環運行；

2)大慶電網區域內220 kV系統解環運行。

2.3 解環方案

根據電磁環網解環原則，在能保證城市供電可靠性與安全性的前提下[7-8]，針對黑龍江省西部電網電磁環網解環方案設計如下：

1)斷開220 kV昂慶甲線，昂昂溪側開關熱備用；斷開220 kV昂綱線，綱要側開關熱備用；斷開220 kV齊讓甲乙線，齊一側開關熱備用；斷開220 kV鋒繁甲乙線，先鋒側開關熱備用；斷開220 kV龍旗甲乙線，龍祥側開關熱備用；斷開220 kV火開甲乙線，開發側開關熱備用。

2)新建220 kV昂昂溪、富二雙回線路；新建220 kV先鋒、紅旗雙回線路；新建220 kV紅旗、臥里屯雙回線路；新建220 kV開發、國富雙回線路；新建220 kV龍祥、讓變雙回線路。

解環后黑龍江西部220 kV電網劃分為3個供電區，分別為齊齊哈爾供電區、大慶供電區、國富供電區。分區后的電網接線如圖2所示。

圖2 分區后黑龍江省西部電網接線圖

3 黑龍江西部電網短路電流水平

根據2020年電網狀況，進行黑龍江西部電網母線短路電流計算。經計算分析，2020年西部電網500 kV最大短路電流出現在馮屯變500 kV母線三相短路，短路電流為35.55 kA；220 kV最大短路電流出現在大慶變220 kV母線三相短路，短路電流為48.823 kA，在現有斷路器遮斷容量(50 kA)之內；總體來看，2020年西部電網的短路電流基本控制在斷路器遮斷容量以內，但最大短路電流基本接近斷路器遮斷容量，會影響系統安全、穩定運行。通過對西部電網的解環操作，西部電網的短路電流值明顯下降，全部低于遮斷容量并留有裕度。因此，針對黑龍江西部電網解環運行的研究具有必要性。黑龍江西部電網500 kV及220 kV系統變電站母線最大短路電流情況詳見表1。

表1 2020年黑龍江西部電網變電站短路電流計算結果

4 黑龍江西部電網靜態穩定計算分析

根據黑龍江西部電網解環后網架結構、負荷預測、電力平衡等進行典型運行方式潮流計算，選取2020年冬季大方式為典型方式。

4.1 黑龍江西部電網典型方式潮流分布狀況

預計2020年黑龍江西部電網冬季大負荷約為3 812 MW(不包括廠用負荷)，地區火電機組共4 980 MW。解環前，西部電網部分線路存在線路N-1故障過載問題，較為嚴重的是：

1)220 kV大火甲乙線。大火甲乙線主要承擔大慶變下網潮流，當西城熱電廠開機較大時，部分有功潮流也將通過大北甲乙線向大火甲乙線匯集，造成大火甲乙線N-1故障后過載。該文解環方案斷開火開甲乙線，開發變與中本變負荷不再由大火甲乙線承擔，減輕大火甲乙線潮流壓力，解決了大火甲乙線N-1故障后過載問題。

2)富二廠與富熱廠發電潮流通過220 kV富光甲乙線、富雅甲乙線、二振甲乙線、二華甲乙線送出(均為同塔線路)，其中二振甲乙線N-1故障后，運行線路過載問題較為嚴重。該文解環方案新建220 kV昂昂溪、富二雙回線路，用來分擔發電潮流，線路過載問題得以解決。解環后，讓變負荷主要由讓繁甲乙線與新建龍祥、讓變雙回線路承擔，當龍鳳電廠不開機時，讓繁甲乙線存在N-1故障后過載風險。詳見表2 、表3及圖3。

表2 解環前后主要線路有功潮流對比

表3 解環前后主要變電站電壓對比

圖3 黑龍江西部電網典型潮流圖

對比結果顯示，解環前后齊齊哈爾地區線路潮流以及各變電站母線電壓均未發生較大變化；大慶地區線路潮流變化較大，變電站母線電壓小幅度下降，但潮流和電壓都保持在正常范圍內。

4.2 黑龍江西部電網主變N-1開機方式要求

解環后，黑龍江西部220 kV電網劃分為3個供電區，分別為齊齊哈爾供電區、大慶供電區、國富供電區。其中在解環過程中，形成齊齊哈爾供電區主要由齊熱廠、富二廠、富熱廠以及馮屯變和華民變220 kV變壓器下網潮流供電，大慶供電區主要通過西城熱電廠、龍鳳熱電廠以及大慶變220 kV變壓器下網潮流供電，國富供電區主要依靠宏偉熱電廠、大慶油田A、B廠、新華熱電廠以及國富變220 kV變壓器下網潮流供電的情況，并且齊齊哈爾供電區、大慶供電區與國富供電區之間失去聯絡。

4.2.1 齊齊哈爾地區主變N-1開機方式要求

典型方式下，馮屯變1號主變發生N-1情況，為保證齊齊哈爾地區電壓與潮流處在合理范圍，要求齊齊哈爾地區最小開機700 MW。開機方式：齊熱廠1臺機300 WM，富二廠2臺機400 MW。潮流圖如圖4所示。

圖4 齊齊哈爾地區最小開機方式潮流圖(馮屯變1號主變N-1)

典型方式下，華民1號主變檢修且2號主變發生N-1情況，齊地區僅剩1臺馮屯500 kV主變(801 MVA)與主網連接，為保證齊齊哈爾地區電壓與潮流處在合理范圍，要求齊齊哈爾地區需要最小開機方式為富二廠與富熱廠聯合出力不小600 MW，否則馮郊甲乙線存在N-1過載問題。開機方式為：富熱B廠1臺200 MW，富二廠2臺400 MW。詳見圖5。

圖5 齊齊哈爾地區最小開機方式潮流圖(華民1號主變檢修且2號主變N-1)

4.2.2 大慶地區主變N-1開機方式要求

典型方式下，大慶變1號主變(801 MW)發生N-1情況，為保證大慶地區電壓與潮流處在合理范圍，要求大慶地區最小開機1 280 MW。開機方式為：西城熱電1臺機350 MW，油田熱電廠2臺機400 MW，新華廠2臺機530 MW。詳見圖6。

圖6 大慶地區最小開機方式潮流圖(大慶變1號主變N-1)

典型方式下，國富變1號、2號主變(1 000 MW)發生N-1情況，為保證大慶地區電壓與潮流處在合理范圍，要求大慶地區最小開機1 280 MW。開機方式為：西城熱電1臺機350 MW，油田熱電廠2臺機400 MW，新華廠2臺機530 MW。詳見圖7。

圖7 大慶地區最小開機方式潮流圖(國富變1號主變N-1)

5 結 語

1)通過對黑龍江西部電網電磁環網進行分析，根據文中所提解環方案，實現了電網的分層分區運行。仿真結果表明，解環分區后西部電網220 kV母線短路電流明顯減小并留有足夠裕度，提高了電網的供電能力，保障了電網的安全穩定運行。

2)黑龍江西部電網解環后潮流分布合理，電壓保持在正常水平，解決了大火甲乙線、二振甲乙線N-1后潮流過載問題，同時出現了讓繁甲乙線過載問題，解環后西部地區主變N-1后其余元件滿足運行要求。