黑龍江220 kV環網線路電壓運行分析

郭 裊，張 浩，徐冰亮，孫承志，胡遠婷，王 旭

(1.黑龍江省電力科學研究院，黑龍江哈爾濱150030;2.東北電力大學電氣工程學院，吉林吉林132012)

0 引言

黑龍江電網位于東北電網的最北端，按地理位置、運行特點可以分成東部網、中部網、西部網部分。東部網與中部網及省間通過四回500 kV線路聯系，西部網與中部網間通過三回500 kV線路相聯。黑龍江電網日益復雜化，使電壓穩定性問題越來越受到調度和運行部門的密切關注。黑河電網、大興安嶺環網，220 kV雙-和-饒-前-建環網及雙-和-虎環網從結構上看，都為遠距離單回大環網，電壓穩定性突顯重要，所以運行中要根據環網內負荷變化及時調整相關無功補償設備，保證環網的安全穩定運行［1-2］;對此，本文對以上環網線路的電壓運行情況進行了計算分析，并針對電網電壓薄弱環節提出了解決方案和實施措施。

1 電力系統分析綜合程序PSASP

1.1 PSASP的簡要介紹

電力系統分析綜合程序(Power System Analysis Software Package)，簡稱PSASP，是具有中國自主知識產權的大型軟件包，開發至今，已被國內電力設計院、研究院和調度、規劃部門廣泛使用。PSASP不僅功能強大而且具有方便友好的圖形界面，便于操作和使用。隨著軟件的不斷完善和升級，目前PSASP可實現電力系統的潮流、暫態穩定、小干擾穩定、網損等各種計算，涉及了穩態、暫態、線性、非線性各種分析。

1.2 潮流計算分析方法

潮流計算是根據給定的電網結構、參數、發電機、負荷等元件的運行條件，確定電力系統各部分穩定運行狀態的參數計算。潮流計算是否收斂，不僅與被計算的系統有關，而且和所選用的計算方法也緊密相關。牛頓法(功率式)的數學模型是在基于節點功率平衡方程式的基礎上應用牛頓法形成修正方程，再求每次迭代的修正量在保證精度的前提下具有很好的收斂性［3-4］，所以，目前主要采用牛頓法(功率式)進行潮流計算分析，其計算流程如圖1所示。

圖1 牛頓法(功率式)潮流計算流程

2 黑龍江環網線路電壓計算分析

采用2010年黑龍江冬季大負荷數據作為運行方式計算分析的基礎數據，利用N-1原則對黑龍江主網進行潮流計算，分析薄弱線路;并計算任一線路、變壓器及發電機組斷開前后主網中每個變電站母線電壓變化，從海量數據中篩選出變化最大的5個變電站母線，即得到某個元件斷開對主網電壓影響最大的5個變電站及電壓變化量，然后用其繪制電壓變化曲線，力求母線電壓變化規律。

2.1 大興安嶺環網電壓計算分析

大興安嶺電網由總長1 041 km單回220 kV線路環網方式供電，其潮流、電壓問題都很突出，在環網N-1分析中極具代表性。大興安嶺環網N-1電壓變化如圖2所示。

由圖2(a)可知:興漠線斷開對漠河變220 kV母線影響最大，使其電壓下降18.9 kV;塔漠線斷開對漠河變母線影響也是最嚴重的，使其電壓下降40.8 kV;塔興線斷開對興安變影響最大，使其高壓側母線電壓下降39.4 kV。

圖2 大興安嶺環網N-1電壓變化

由圖2(b)可知:拉嫩線斷開后，漠河變、興安變母線電壓降低近43 kV。從計算結果來看，大興安嶺環網中部分線路跳閘后，負荷通過長距離單回線路帶送，末端系統電壓調整存在較大困難;拉嫩線、塔漠線、塔興線跳閘后，末端系統甚至存在電壓崩潰的可能。

2.2 雙-和-饒-前-建環網電壓計算分析

黑龍江東部網中的220 kV雙-和-饒-前-建環網及雙-和-虎環網內部網架結構比較薄弱，雙-和-饒-前-建環網中部分線路跳閘后，會對該環網系統電壓造成嚴重影響。在春灌期間負荷變化較大，電壓問題較為復雜，需結合計算結論采取相應的安全控制措施，以保證電網穩定運行。雙-和-饒-前-建環網N-1電壓變化如圖3所示。

由圖3可見，雙興甲線斷開對雙-和-饒-前-建環網電壓影響不大，但平饒線斷開會使饒河變電壓下降16.1 kV;正常方式前繞線的無功由饒河變流至前鋒變，給前鋒變提供電壓支撐，前饒線斷開后，前鋒變失去此無功支撐，使其電壓下降15.1 kV，而同時使饒河變電壓升高3.1 kV，因此可考慮在前鋒變投切無功補償設備。

圖3 雙-和-饒-前-建環網N-1電壓變化圖

2.3 雙-和-虎環網電壓計算分析

雙-和-虎環網是黑龍江省東部網中另一遠距離單回大環網，雙-和-虎環網N-1電壓變化如圖4所示。

圖4 雙-和-虎環網N-1電壓變化圖

由圖4可知雙平線對該環網的電壓支撐作用非常明顯。一旦雙平線故障斷開，就意味著該環網失去雙A廠的無功支撐，各變電站電壓將急劇下降。

3 提高環網電壓水平的方案和措施

依據上述對環網電壓穩定性的分析提出以下3種方案和措施對環網電壓水平進行優化。

a.針對拉嫩線故障，可采取解列呼黑線或在塔河變安裝無功補償裝置，使該地區電壓調整能力得到增強。

b.前饒線、平饒線故障斷開后，可采取在前鋒變加裝無功補償裝置以保證雙-和-饒-前-建單環網的電壓穩定。

c.雙平線故障后，可采取切除前鋒變、建三江變、富錦變負荷的方案來保證電網安全穩定運行。

4 效果對比

a.通過計算，拉嫩線出現故障后，在塔河變加裝容量為28 Mvar的無功補償裝置，可有效改善大興安嶺地區的電壓質量。塔河變加裝無功裝置前后的電壓幅值波動數據對比如表1所示。

表1 塔河變加裝28 Mvar無功補償前后電壓波動 kV

b.通過計算，前饒線出現故障后，在前鋒變加裝容量為24 Mvar的無功補償裝置，對雙-和-饒-前-建單環網的電壓穩定具有積極意義。加裝無功裝置前后電壓幅值波動數據如表2所示。

表2 前鋒變加裝24 Mvar無功補償前后電壓波動 kV

c.通過計算，平饒線出現故障后，在前鋒變加裝容量為20 Mvar的無功補償裝置，加裝前后電壓幅值波動數據如表3所示。

表3 前鋒變加裝20 Mvar無功補償前后電壓波動 kV

d.雙平線出現故障后，由于缺少雙A廠的無功支持，和平變及其附近的變電站母線電壓下降幅度偏大，此時切除前鋒變、建三江變、富錦變負荷，可有效加強該地區的電壓穩定性。切負荷前后電壓幅值波動數據如表4所示。

表4 切負荷前后電壓波動 kV

5 結論

應用PSASP軟件對黑龍江220 kV線路環網電壓進行了潮流計算分析，并根據計算分析數據找到220 kV線路環網電壓變化規律，提出了相應解決辦法。實踐證明，該方法可有效地提高黑龍江電網的電壓穩定性，改善電能質量，使電網系統電壓合格率能夠維持在較高的水平，保障了電網的安全穩定運行。

［1］ 才洪全，邊二曼.黑龍江電網無功優化研究［J］.黑龍江電力，2006，28(1):28-34.

［2］ 劉洋，甄威，唐永紅，等.四川電網靜態電壓穩定分析［J］.四川電力技術，2007，30(6):35-38.

［3］ 王偉勝，王建全，朱振青，等.應用潮流雅可比矩陣判別小干擾電壓穩定性的原理及條件［J］.電力系統自動化，1996，20 (9):8-11.

［4］ 吳濤，王偉勝，王建全，等.用計及機組動態時的潮流雅可比矩陣計算電壓穩定極限［J］.電力系統自動化，1997，21(4): 13-16.