220 kV/110 kV電磁環網閉環試驗對象的選擇

何禹清，謝欣濤，徐超

(國網湖南省電力公司經濟技術研究院，湖南長沙 410007）

220 kV/110 kV電磁環網閉環試驗對象的選擇

何禹清，謝欣濤，徐超

(國網湖南省電力公司經濟技術研究院，湖南長沙 410007）

文中以湖南電網為基礎，結合電網運行的經驗確定閉環區域選定的基本原則，以此為基礎選定可閉環的電磁環網，并從短路電流水平、N-1校核、網損和保護通信等方面分析初選對象的可行性并確定待選對象。針對待選對象，在多負荷水平下對其網損、沖擊電流和暫態穩定進行校核，并制定有針對性的預控措施。

電磁環網;閉環運行;網損;短路電流;潮流計算;穩定校核

電磁環網是指2組不同電壓等級運行的線路，通過兩端變壓器磁回路的聯接而并聯運行，它是在電網發展過程中的一種特殊的網架結構。在某些情況下，電磁環網運行對系統傳輸極限、熱穩定電流、保護配合和短路電流造成負面作用〔1-4〕。因此，目前國內對電磁環網的研究主要集中在如何優化解環方面，對于絕大部分220 kV/110 kV電磁環網采取開環運行的方式〔5-8〕。

然而，220 kV/110 kV電磁環網解環運行是一把“雙刃劍”，一方面它可減少220 kV電壓等級電網嚴重故障下潮流轉移引起的穩定破壞問題;但另一方面又會降低正常運行方式下大電網的穩定裕度和局部110 kV 電網的供電安全可靠性〔9，10〕。隨著電網精細化管理要求的提高，在日常的電網規劃、電網運行等工作中已經逐漸感到不加選擇地將所有220 kV/110 kV電磁環網一律打開運行的模式可能對系統安全、經濟運行帶來不利影響〔11〕。

1 閉環對象的初選

1.1 閉環對象的初選原則

1)考慮到220 kV/110 kV電磁環網閉環運行時，會在一定程度上增大短路電流，因此網絡密集、短路電流本身較大的地區，不納入220 kV/110 kV電磁環網閉環運行選定區域。

2)考慮到目前尚未開展220 kV/110 kV電磁環網閉環運行，運行經驗欠缺，因此環網內110 kV變電站供帶重要用戶的不納入本次220 kV/110 kV電磁環網閉環運行選定范圍。

3)考慮到目前110 kV線路保護基本以距離保護為主，極少配置快速保護，且故障切除和恢復供電以備自投為主，因此通過多個110 kV串接形成的220 kV/110 kV電磁環網不列入選定范圍。

1.2 初選對象

湖南省電網可納入初選范圍的220 kV/110 kV電磁環網見表1。

表1 初選的220 kV/110 kV電磁環網

2 初選對象分析

對初選對象從約束條件和優選條件2個方面進行可行性分析。不能滿足約束條件的初選對象不能采取閉環運行。在滿足約束條件的前提下通過優選條件的對比分析來確定待選對象。約束條件主要包括短路電流和N-1校核。優選條件主要包括網損、保護與通信改造工程量和實施難易程度。

2.1 短路電流分析

對初選的220 kV/110 kV電磁環網進行短路電流計算，結果見表2。從計算結果可見，備選的16個環網，閉環后110 kV變電站母線的短路電流約增加2～5 kA，經校核，均未超過所對應斷路器的遮斷容量，且還有較大裕度。這也說明通過初選原則的篩選對限制短路電流的水平是有效的。

2.2 N－1校核分析

對初選的220 kV/110 kV電磁環網進行N-1分析計算，主要分析選定220 kV/110 kV電磁環網內的220 kV線路和主變故障情況下，110 kV的熱穩定問題，結果見表2。從計算結果可見，初選的220 kV/110 kV電磁環網均能滿足220 kV線路的N-1校核，110 kV閉環線路在故障情況下不會出現熱穩定問題。

2.3 網損分析

對初選的220 kV/110 kV電磁環網進行網損計算，結果見表2。從計算結果可見，在2013年豐大典型方式下，新市—安園—袁家鋪、蓉城—珺山—城前嶺、濂溪—螞蝗塘—女書、鵝塘—游家—上渡、漳江—陬市—鐵山等8個電磁環網閉環后較閉環前網損出現下降，其他電磁環網出現網損增大情況。為體現電磁環網閉環運行的經濟性，暫將網損增大的對象剔除出本次閉環實驗范圍。

表2 初選220 kV/110 kV電磁環網指標分析

2.4 保護與通信狀態分析

對初選的220 kV/110 kV電磁環網的保護與通信進行分析。所選對象涉及的線路雙側均配置有距離保護，所涉及的變電站均有直達光纜，均無保護配置改造工程量和光纖改造工程量。

2.5 待選環網對象

結合對初選的220 kV/110 kV電磁環網進行的網損、線路N-1校核、保護與通信的分析和工程實施的難易程度，選定濂溪—螞蝗塘—女書為實驗對象，接線示意圖如圖1所示。

圖1 濂溪—螞蝗塘—女書環網接線示意圖

3 待選對象校核

3.1 網損分析

圖2為螞蝗塘110 kV變不同負荷水平下，閉環前、后網損相對值的變化情況。由圖2可見，隨著螞蝗塘下網負荷的增大，閉環運行后的網損基本呈指數減少，閉環運行后的降損效果明顯。同時，通過螞蝗塘110 kV變負荷特性分析，其負荷基本穩定在40 MW附近水平，高峰負荷約為73 MW，低谷負荷約為19 MW。因此，從理論線損的分析看，該環網的閉環運行有較好的降損效果。

圖2 螞蝗塘110 kV變不同負荷水平下相對網損變化

3.2 壓差和沖擊電流分析

正常方式下，110 kV女螞線在螞蝗塘側開環運行，開環點螞蝗塘側110 kV母線與110 kV女螞線線路側電壓差為0.021 8 kV，電壓相角差為1.56度，沖擊電流為 0.082 01 p.u.(即 71.31 A)，同時沒有設備過載，也不會引起保護動作，因此滿足閉環條件，可以進行閉環操作 (調度規程的原則性要求為:閉環前閉環點兩側相位需一致，閉環點兩側電壓差220 kV及以下電壓等級最大不超過額定電壓的30%，相角差不超過30度，500 kV最大不超過額定電壓的20%，相角差不大于30度，且閉環后環網內設備不過載，保護可靠動作)。

3.3 N－1及暫態分析

濂溪—螞蝗塘—女書環網所處地區小水電非常豐富，豐水期還承擔廣西水電的輸送，運行方式受水電出力影響較大，因此必須同時對其正常豐大方式和水電大發方式進行穩定性校核、分析。

1)正常方式。在正常方式下，對濂女線、女水線、紫濂線、紫水線、濂溪主變、女書主變故障進行分析。結果表明在各種故障條件下，系統均能保持穩定運行。同時考慮到110 kV濂螞線、女螞線2條線路無縱聯保護、螞蝗塘變電站無110 kV母差保護，螞蝗塘110 kV母線三相故障對該區域的穩定水平影響最大。考慮女書變女螞線、濂溪變濂螞線距離Ⅱ段動作時限為1.2 s，計算暫態穩定，其暫態過程如圖3所示。計算結果表明，螞蝗塘110 kV母線故障時，系統可保持穩定。

圖3 螞蝗塘110 kV母線三相故障暫態圖

2)水電大發方式。結合該地區歷史各變電站豐水期的電力上送情況，水電大發時，女書變上送約80 MW，螞蝗塘上送約1.5 MW，水灣變上送約150 MW，廣西通過水灣變向永州電網送約60 MW。對各故障情況進行分析，計算表明在各種故障發生后，系統均能保持穩定運行。其中紫水線雙回(為同塔雙回線路，見圖4)同時三相故障對該區域的穩定水平影響最大，計算結果表明此時系統亦能保持穩定。

圖4 紫水線雙回三相故障暫態圖

4 預控措施

為保證濂溪—螞蝗塘—女書閉環后電網的安全穩定運行，須從幾個方面制定預控措施。

1)熱穩定問題的預控措施:考慮到女書主變跳閘后，女書變負荷轉由濂溪—螞蝗塘—女書的110 kV線路供帶，為防止該線路出現熱穩定問題，女書變供帶負荷最大為82.0 MW，大于82.0 MW時，需考慮負荷連切;考慮到女書主變跳閘后，女書變上送的潮流轉由濂溪—螞蝗塘—女書的110 kV線路供帶，為防止該線路出現熱穩定問題，女書變上送的潮流最大為82.0 MW，大于82.0 MW時，需考慮上網線路的連切。

2)閉環操作的預控措施:通過調整女書變、螞蝗塘變主變檔位、電容器和電抗器的投退，盡可能減少閉環點的電壓差及相角差，從而減少閉環電流;為控制閉環聯絡線的閉環電流，閉環時應盡量選擇在負荷較低的時間進行。

3)運行方式的預控措施:密切關注220 kV濂溪變、女書變供區的負荷變化，適時調整運行方式，避免由于220 kV電網重、過載引發系統穩定問題。

5 結論

文中以湖南電網為基礎，分析了220 kV/110 kV電磁環網閉環試驗對象選擇的基本原則、方法和步驟。將環網選擇區分為初選和校核2個階段，大大減少了合環對象的分析個數。根據文中所述方法和步驟所選擇的濂溪—螞蝗塘—女書環網目前已閉環運行2個多月，實驗表明閉環運行后系統運行穩定性好、可靠性大幅提高、經濟效益明顯。

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Test object selection of closed-loop operation for 220 kV/110 kV electromagnetic loop network

HE Yu-qing，XIE Xin-tao，XU Chao
(State Grid Hunan Electric Power Corporation Economical＆ Technical Research Institute，Changsha 410004，China)

Combining with the power grid operation experience，the basic principle to determine the loop region selection is determined in Hunan power grid.On the basis of the principle，electromagnetic loop network is selected，and the candidate test object is selected based on the analysis of the short-circuit current level，N-1 check，network loss，protection configuration and communication configuration of the primary object.The power loss，the impulse current and transient stability are checked at different load level，and the specific pre-control measures are established.

electromagnetic loop network;closed-loop operation;power loss;short-circuit current;flow calculation;stability check

TM715

A

1008-0198(2014)02-0007-04

10.3969/j.issn.1008-0198.2014.02.003

2013-06-17 改回日期:2013-07-22

國網湖南省電力公司科技項目 (KZ12K16003)

何禹清 (1982)，男，博士，工程師，從事電力系統規劃、運行及管理工作。

謝欣濤 (1972)，男，高級工程師，從事電力系統規劃、運行及管理工作。