春季大負荷期間電網存在的問題及應對措施

張 磊，王一峰，何亞坤，王 維，閆 麗

(1.河北省電力公司，石家莊 050021；2.石家莊供電公司,石家莊 050051)

為迎接夏季電網大負荷時期的到來，確保迎峰度夏工作的順利完成，春季往往是電網集中安排設備檢修、消缺的階段，通常被稱為“春檢預試”時期。近年來，河北省南部電網(簡稱“河北南網”)負荷迅猛增加，給正常檢修預試工作的安排帶來很大困難，也給電網正常運行調整帶來許多新的課題。以下結合河北南網近幾年春季負荷特性，分析春季大負荷對電網的影響。

1 河北南網春季負荷特性

河北南網自3月份開始，季節性負荷由冬季的采暖負荷過渡到春季的灌溉負荷，各地區灌溉負荷陸續啟動，電網負荷也開始逐步增加。

1.1 電網負荷快速增加

近幾年，河北南網春季負荷增長迅猛，尤其是2011年，電網春季負荷增長尤為明顯。

以3月份為例，表1列出了2007-2011年河北南網全網3月最大負荷及同比增長情況。通過表1可以看出，除2008年3月份電網負荷增速較慢外，其余年份3月份最大負荷均高速增長，2011年3月份全網最大負荷同比增長達到20.5%。

表1 2007-2011年3月份河北南網最大負荷及同比增長情況

年份20072008200920102011最大負荷/MW13 71516 19816 73318 28922 035同比增長/%18.13.39.320.5

2011年3月份春灌負荷高峰期間，各地區的電網負荷均達到了較高水平，其中邢臺、衡水、滄州3個地區的電網負荷創歷史新高。2011年4月是河北南部地區小麥、果樹和棉花灌溉的高峰期，電網負荷持續在高位運行，電力供應偏緊，大部分高峰時段供應不足；上旬最大缺口900 MW，平均缺口700 MW，張河灣抽水蓄能電廠開機3～4臺后，電力供需基本平衡。5月時值春夏之交，河北南部地區陸續迎來小麥孕穗、灌漿期，灌溉需求未減；隨著氣溫的升高，中旬以后部分制冷負荷出現，電網負荷水平繼續保持高位運行。4月全月電力供應偏緊，大部分高峰時段供應不足；上旬最大缺口1.2 GW，平均缺口500 MW，張河灣開機及增加外購電力后，電力供需基本平衡，中下旬尤其23-31日，外網送電及增購已達極限，張河灣也已用滿，但電力供應仍存在一定缺口。23-31日，實施需求側管理9天，期間最大調控消減了高峰用電負荷1.016 GW，累計調整電量2 088萬kWh。

1.2 農灌負荷比重大

春季負荷最大特點是春灌負荷所占比重較大，且春灌負荷大多集中在白天。由于2011年河北南部各市普遍干旱，因此春灌負荷在全網負荷中所占比重很大，以2011年4月4日為例，把同年3月17日河北南網全網負荷為基準負荷日(3月17日全網負荷構成中可以看做沒有春灌負荷的成分)。4月4日和3月17日的低谷負荷相差不大，考慮到春灌負荷主要集中在白天，高峰增長的負荷絕大部分為春灌負荷；數據顯示，4月4日早峰負荷比3月17日增長了3.03 GW,因此可以認為，當日春灌負荷為3.03 GW，比去年春灌負荷最大值(2.80 GW)增長了230 MW。當日局部地區農灌負荷達到407 MW。

1.3 日調峰緊張的局面有所緩解

電網峰谷差是電網運行中的一項重要指標，某日負荷的峰谷差是指當日最大負荷與最小負荷的算術差值。通常，由于春季灌溉負荷較大，且灌溉作業一般都集中在白天進行，因此春季負荷峰谷差往往較大。但是，由于2011年春季河北南網負荷整體水平較高，電網負荷相對比較平穩，以2011年3月為例，最小低谷負荷出現在14日，為12.727 GW，同比增長25.2%，而當日電網最小技術出力在1.23 GW左右；整個3月份平均峰谷差為6.728 GW，同比增長24.8%，全月負荷低谷時段電網基本都有400 MW以上降備用儲備。加之河北南網由張河灣抽水蓄能電廠4臺250 MW機組作為調峰備用，因此，以往春季電網低谷時段經常出現的發電機組深度降出力調峰，甚至兩班制啟停調峰的情況在2011年春季沒有出現，調峰困難的局面在一定程度上得到了緩解。

2 春季大負荷期間電網存在的問題

2.1 檢修預試工作安排困難

春檢預試工作的目的是消除電網缺陷，把電網設備調整到一個良好的狀態來迎接夏季大負荷情況的到來。設備檢修預試工作的安排前提是盡量保證電力的持續、可靠供應以及電網安全、穩定運行。但是，隨著春季電網負荷的快速增長，春季電網檢修方式的安排也開始面臨困難局面。以2011年為例，由于3月份有“兩會”保電任務，保電期間電網基本保持全方式運行，保電工作完成后電網進入全面春檢預試階段，但同時電網還要配合如“南水北調”、“邯黃鐵路施工”等大型遷改工程的施工進度進行停電改造，再加上農灌負荷的迅速增長，一般春檢預試工作安排起來就會出現變壓器負載率高、供電負荷無處倒供或電網設備在檢修方式下N-1過載。如，2011年5月19日，根據檢修計劃安排220 kV和張線停電檢修，但由于邢臺地區戶營、寧晉、隆堯等變電站農灌負荷較大，邢臺東部幾條220 kV線路負載率較重，和張線停電后，出現了負荷高峰時段，如果220 kV彭戶線掉閘，220 kV柏寧線超過熱穩定極限6%。

2.2 500 kV主變壓器負載重

500 kV主變壓器負載較重是2011年河北南網在春檢預試期間面臨的最主要安全隱患之一。以2011年4月份為例，4月份大負荷期間，全網25臺500 kV主變壓器平均負載率61.4%；剔除慈云變電站外，平均負載率為63.9%。N-1情況下，主變壓器過載一般會超過10%。彭村主變壓器過載達22%，其次依次為辛安、滄西和藺河變電站，分別達15%、14%和8%。其中，因為設備自身設計及絕緣老化等原因，辛安2號主變壓器、滄西2號主變壓器、藺河2號主變壓器為限制運行變壓器，正常運行負載率不得超過90%，故障情況下過載不能超過20%。按照限制運行變壓器負載的實際允許運行值僅為設計值的90%計算，辛安變電站2號主變壓器N-1情況下超過實際允許運行值達到25%，滄西變電站2號主變壓器N-1情況下超過實際允許運行值24%，藺河變電站2號主變壓器N-1情況下超過實際允許運行值18%。而一旦在電網大負荷時發生500 kV主變壓器掉閘情況，這對主變壓器的安全運行將帶來極大威脅。

2.3 局部地區電壓較低

2011年3月，邢臺東南部地區賈莊、清河、南宮變電站，在負荷高峰時段電壓水平較低，主要原因是春灌期間上述3站有功功率及無功功率均比較重(春灌負荷多為異步電動機負荷，無功功率需求較大)，而且均處于電網末端，供電距離較遠，僅靠電容器難以支撐220 kV母線電壓，屬于典型的順調壓。上述3座變電站高峰時段的最低電壓均低于220 kV，其中清河變電站220 kV母線電壓最低至211 kV。到4月份，隨著電網負荷進一步變大，無功功率需求持續增加。石家莊、保定、邯鄲、邢臺地區高峰時段無功功率儲備都較少，其中辛安變電站由于電容器配置較少，峰段220 kV母線電壓較低，徘徊在229 kV左右，接近電壓曲線下限。邢臺東南部地區的清河、南宮等變電站由于地處電網末端，無功功率支撐較少，在高峰時段無功功率需求較大時，電壓水平較低，最低電壓均低于220 kV，其中清河變電站220 kV母線電壓低于215 kV。

3 采取的措施

3.1 調度預警與應急演練

河北省電力調度通信中心(簡稱“調通中心”)針對電網薄弱環節，配合電網設備檢修，每周進行至少一次反事故演習，通過反事故演習，強化了廣大調度運行人員對電網薄弱環節的認知，為可能發生的電網事故做好應急處置的準備工作。

2011年11月，調通中心 “互聯電網在線動態安全預警與決策系統”通過驗收，該系統在電網在線整合潮流計算方法、調度輔助決策計算方法等方面均有突破性創新，并首次使用適用于多種應用軟件計算環境、考慮自動故障設置的穩定極限切除時間并行求取的方法，可實現基于預警平臺的WAMS、故障錄波系統三態數據整合。該系統的應用可全面提升河北南部電網的安全、經濟運行水平，對河北南網迎接2012年的春季大負荷提供了重要的技術支撐。

3.2 合理安排檢修計劃

為確保春檢預試工作的順利完成，調通中心在保證電網安全前提下，充分利用電網現有設備條件，力求合理、科學的安排電網設備檢修，盡量減小因設備停電檢修給電網帶來的安全壓力。在做好檢修計劃安排的同時，大力推行“檢修操作標準化作業流程”，推廣檢修操作預令和預報竣工等發明成果，使設備檢修操作中預令發布、措施落實、倒閘操作、現場作業、竣工送電各個環節緊密銜接，大大縮短了設備停電時間，保證了設備檢修操作的優質、安全、高效。通過這些措施的落實，在春檢預試期間，河北南網未出現大面積停電、運行設備過載等惡性電網事故，未出現電網運行重大安全隱患。

由于春季電網負荷持續高位運行，為做好負荷預測工作，4月份以來，調通中心與省氣象部門密切合作，創新發布“春季灌溉用電負荷指數”，用于輔助負荷預測和電力平衡。該指標綜合考慮了降水、氣溫、風力及土壤墑情等因素，分為“-3級”至“3級”共7個等級，用于預報次日灌溉用電負荷較前一日的變化情況。該指標的發布，為提高負荷預測準確率，做好電力平衡工作提供了更直接的依據。

2011年12月，河北南網省地一體智能化調度計劃管理系統在全網范圍內實現了正式上線運行。該系統通過進行省地兩級電網調度計劃全過程一體化管理，可實現調度計劃的省地兩級聯合安全校核，還可實現調度停電計劃信息與基建、生產、安全、營銷等部門的共享和互動。這一系統的上線運行，對于省調在2012年春季大負荷期間安排計劃檢修，將帶來很大幫助，為電網安全運行提供了更全面的技術保障。

3.3 調整電壓調控策略

針對2011年春季尤其4月份以來河北南網部分地區電壓偏低的情況，調通中心采取卓有成效的應對措施：優化了全網主要電壓控制點自動電壓調節裝置(AVC)的調控策略，使之更好的適應了春灌期間無功負荷多為異步電動機負荷，無功功率需求較大的現狀；加強了全網無功補償裝置的管理力度，確保了春灌期間，低壓補償電容器等無功補償裝置的可用率、投入率；針對500 kV辛安變電站周邊地區電壓偏低的具體情況，省調通中心及時采取調整辛安主變壓器分頭措施，抬升辛安變電站220 kV母線電壓，保證了周邊220 kV變電站的電壓質量。

為了保證2012年春季大負荷期間河北南網電壓控制在正常范圍內，2011年，河北南網大力推行AVC系統(即自動電壓調節系統)建設工作。2011年年底，河北南網6個地區AVC系統建設工作全面完成，形成了目前國內體系最完備，功能最先進，覆蓋110 kV至500 kV電網，實現網、省、地三級協調優化的自動電壓控制系統，從而給河北南網在2012年春季大負荷時保證網內電壓正常、穩定提供了重要的技術保證。

4 建議

由于2011年冬季開始一直持續到2012年春節前夕，河北南部地區天氣普遍干旱，如果這種干旱天氣一直持續到2012年春天，則河北南網2012年春灌負荷將會出現較大增長。因此，2012年春季，電網負荷很可能會出現繼續較快增長的局面。2011年河北南網春季負荷特性很可能會在2012年春季重現甚至加劇。此外，從2011年秋天開始，電網負荷峰谷差逐漸變大，在電網基礎負荷變化不大的情況下，2012年春季的部分時段，很可能出現日調峰緊張的局面。針對上述分析，提出以下建議。

4.1 盡快消除變壓器設備缺陷

目前，河北南網有些500 kV變電站主變壓器因為自身設計及絕緣等方面原因，只能在低于額定容量90%的負載情況下運行；有些220 kV變壓器因抗短路容量不足，只能在低于額定容量90%的負載情況下運行,有的甚至只能在低于額定容量75%的負載情況下運行。以上限制運行變壓器的存在，給電網安全運行，尤其春季大負荷條件下電網檢修方式的安排，帶來很大壓力。利用合理時間，盡快消除以上設備缺陷，以充分利用發供電

設備能力，提高電網運行安全裕度。

4.2 加快電源點建設

2011年，河北省南部電網電力總體供需情況比較緊張，缺電局面時有出現。2012年，河北南網電力總體供需情況對比2011年呈現更加緊張的局面。在這種背景下，加快電源點建設，提高河北南網發、供電設備能力就成了當務之急。

4.3 爭取靈活、主動的購電模式

針對2011年春季的嚴重缺電局面，調通中心積極向上級匯報，爭取到最大限度的支援。一是陜西錦界、府谷送河北電力電量達到了最高能力；二是華北電網在自身平衡也不寬裕的情況下，采取日前交易、臨時增供、實時支援等形式，給予河北南網有力支援。至2011年5月底累計增購電量7 700萬kWh。在此基礎上，2012年春季，如何在2011年基礎上建立更加常態、靈活的購電模式，充分發揮區域互聯電網的優勢，對應對目前缺電局面意義重大。

4.4 積極應對可能出現的調峰困難局面

首先對2012年春季可能出現的日調峰緊張的局面引起足夠的重視，以河北南網已經全面推行“兩個細則”(即“并網發電廠輔助服務管理細則”和“并網發電廠并網運行管理細則”)為契機，提升現有并網發電機組調峰能力，提高發電廠調峰積極性。同時，充分發揮互聯電網優勢，發掘潛力，爭取妥善解決可能出現的調峰緊張情況。