500/220 kV電磁環網解環與分區運行研究

南 哲，侯玉琤，寧遼逸

(國網遼寧省電力有限公司經濟技術研究院，遼寧 沈陽 110015)

500/220 kV電磁環網解環與分區運行研究

南 哲，侯玉琤，寧遼逸

(國網遼寧省電力有限公司經濟技術研究院，遼寧 沈陽 110015)

高電壓等級系統的建立必將導致電網經歷電磁環網過渡期。明確解環時機、制定解環原則與方案、實現地區間電磁環網解環與分區運行對電網安全穩定運行具有重要意義。明確了環網過渡期不同階段顯現特點，提出了500/220 kV電磁環網解環的主體思路、主要原則、解環時機及解環方案，并通過上述理論提出了遼寧省地區間220 kV聯絡線的解環方案與分區運行結論。旨在為省級電網500/220 kV電磁環網解環提供參考。

電磁環網;解環方案;分區運行

電磁環網是主干電網電壓等級由低向高發展過程中的必然產物，高電壓等級的出現使地區間送電通道電力送出能力、地區內部供電能力有極大提升，但在高電壓等級系統未完善的過渡期，電磁環網運行方式會帶來電力系統熱穩定、動穩定、短路電流超標、安全自動裝置復雜等影響電力系統安全穩定運行的問題［1-2］。高電壓等級系統逐步完善后，下級電網具備解列條件，電磁環網運行方式將逐漸解除。但在電磁環網過渡期間，如何定位電磁環網過渡階段，準確把握下級電網解環時機，得出符合電網終期目標網架的合理解環方案尤為重要，直接影響了電網在過渡期間的安全運行［3-5］。

目前遼寧各地區內部電網500/220 kV電磁環網面臨必須采取深入解環、分層分區運行問題，同時隨著“十二五”期間及“十三五”初期規劃的大批500 kV項目及大型電源密集接入，電磁環網狀態下短路電流超標將成為遼寧電網安全穩定運行的重大問題，明確解環方案、合理分區運行顯得緊迫而必要。

1 電磁環網類型與發展階段

電磁環網可根據發展階段及所處節點分為輸電斷面電磁環網與供電區內部電磁環網2種不同形式。輸電斷面電磁環網，供電區域間輸出斷面上出現2個電壓等級輸電線路，如省間斷面、供電分區斷面。該類型環網往往發生在高等級電網建設的初級階段，主要危害是高等級輸電線路故障后瞬間轉移潮流過大，易導致輸電斷面暫態穩定與熱穩定問題;供電區內部電磁環網，該類型電磁環網隨著高等級500 kV變電站密集投運，地區內部下級電網電氣聯系密集，區域內短路容量上升迅速，導致核心變電站母線短路電流接近或超過開關遮斷容量，影響電網安全運行。

電網發展過程為每當高等級電網出現即進入電磁環網期，輸電斷面電磁環網開始出現，隨著高等級電網逐步發展，提供了輸電斷面電磁環網解環條件，通過解列下級聯絡線消除輸電斷面電磁環網，同時加速了供電區內部電磁環網的產生，地區內部核心變電站母線短路電流快速上升，隨著高等級電網進一步完善，供電區內部下級電網完成分區運行，電網進入平緩發展期，直至更高等級電網出現進入新一輪電磁環網過渡期［6-8］。

綜上，電磁環網過渡期在電力系統發展過程中占據較長時間，發展各個階段有不同類型電磁環網出現，產生的主要危害也不同。根據電磁環網產生過程及發展狀態，可將電網所處環網過渡期分為3個階段:電磁環網初級階段、電磁環網中級階段、電磁環網成熟階段，3個階段詳細特點如表1所示。

階段之間循環往復，電磁環網供電區由初級階段經中級步入成熟階段，在條件成熟、深度解環分區后，原有供電區分為2個或者多個新的處于電磁環網初級階段的供電區，繼續重復上述階段。

表1 500/220 kV電磁環網發展階段及其特點

2 電磁環網解環措施

電網解環運行可以解決輸電通道熱穩定、暫態穩定問題，防止區域內部短路電流超標，但同時與供電區供電能力及可靠性對立。解環措施勢必導致供電區供電能力及可靠性下降，應根據實際電磁環網所處階段及具體電網結構考慮。對于常規電網結構，根據電磁環網復雜程度，可依次采取以下措施。

措施一:針對輸電斷面電磁環網，解列供電區間220 kV聯絡線。缺少聯絡線支援，相關供電區供電能力被削弱，需要對解環前后供電區進行潮流、穩定性等方面校驗。

措施二:解列供電區內部220 kV環網線路。在供電能力較弱，不能通過進一步分區解環時，可采取解列供電區內環網線路，該措施也需要對斷環前后電網進行校驗。

措施三:220 kV變電站母線分裂運行。通過分裂核心變電站母線，形成兩個相對獨立供電分區從而降低區域內部短路電流。該措施以降低母線分裂變電站供電可靠性及運行靈活性為代價，是將220 kV系統構成的電磁環網逐步過渡到分區供電的過渡模式。

措施四:500 kV變電站母線分裂運行。500 kV變電站220 kV母線通常是一個供電區電磁環網短路電流爆發點，通過分裂500 kV變電站220 kV母線，緩解突出爆發點，在上述3項措施都無法采取可行的措施，大幅降低了地區正常方式及檢修方式供電能力，通常在電磁環網成熟階段才具備該措施的實施條件。

措施五:電廠以單元式并網。220 kV發電機組接入系統方式采用單元式接入電網，對限制局部電網220 kV短路電流有較大作用。同時大幅降低了電廠電力送出可靠性，屬極端方式，通常不宜采用。

3 電磁環網解環主體原則

a. 電網分區的近期方案，應緊密結合電網現狀，根據實際情況決定采取相應的解環措施。貫徹最小解環原則，最大程度保持電網完整性，為特殊方式下的功率支援提供便利，盡量采取單一措施解決問題。

b. 電網分區的遠期方案應綜合考慮電網結構合理、調度運行靈活和投資規模適當等因素，解環后的供電區宜形成具有2～3座500 kV變電站為核心的供電區域，并在特殊方式下能夠與其它供電區域“手拉手”運行。

c. 為確保在某個供電區域發生重大事故時，與相鄰區域電網之間具有充足的跨區供電能力，電磁環網解環后，盡量保留原有區域電網之間的220 kV備用聯絡線路。500 kV變電站變壓器的配置容載比應達到2.0左右，跨區備用的220 kV線路輸送能力一般不低于1 000 MW，即具備2條及以上的LGJ-2×300聯絡線。

d. 處于電磁環網中級階段或成熟階段地區，新建及擴建500 kV變電站主～變壓器的高中阻抗宜選取為16%～18%，并加裝中性點小電抗;新建接入220 kV電網的電廠應選取高阻抗主變壓器，阻抗宜選取為16%～18%。

4 電磁環網時機選擇及流程

電磁環網發展到一定階段必須采取解環措施，措施方案及解環時機直接影響環網過渡期系統安全穩定運行，針對電磁環網發展的不同階段及類型，在一般性電網結構條件下解環條件的確定及時機的選擇如表2所示。

明確了解環措施與實施時機后，應經過合理的計算分析流程確定最終解環方案。計算分析流程如圖1所示。

5 遼寧500/220 kV電磁環網方案

遼寧省際500/220 kV電磁環網目前已全部實現解環運行，遼寧省西部與中部斷面、南部與中部斷面均形成500 kV輸送通道，不存在輸電斷面電磁環網問題。大部分地區已進入電磁環網中級階段或以上階段，隨著未來幾年大批500 kV項目及大型熱電項目陸續投產，遼寧電網供電區內部電磁環網問題將越來越嚴重，短路電流水平將快速提升，成為影響3～5年內遼寧電網安全穩定運行重要問題之一［8］。

遼寧電網按電氣關系目前可分為遼西系統、沈鐵系統、撫本系統、鞍遼營系統、遼南系統5個大供電區。

5.1 遼西系統

遼西系統現狀為500 kV電網未形成遠景年2個單環網結構，與蒙東斷面、遼寧中部斷面電磁環網均已解環，形成完全獨立供電區域，500 kV變電站布點密集程度低，220 kV電網電氣聯系松散，目前電網處于電磁環網中級階段。隨著“十二五”、“十三五”規劃中500 kV鶴鄉變、利州變、寬邦變、阜新變、松山變、錦州電廠、盤錦熱電廠相繼投運，2個500 kV單環網結構形成，地區內部短路電流超標，遼西系統進入電磁環網成熟階段，通過逐步解列盤錦阜新與朝陽兩錦間3回220 kV聯絡線，在2018年前后形成遠景年規劃3個供電區:遼西西部供電區、盤錦阜新供電區、阜新北部供電區。遼西系統電網解環方案如表3所示。

表2 電磁環網解環時機選擇

5.2 沈鐵系統

目前沈鐵供電區內500 kV形成密集布點，遼寧中部500 kV雙環網結構基本形成，區域內220 kV電網密集，目前已處于電磁環網中級階段，現形成沈陽北部供電區、沈陽城網與鐵嶺供電區。沈南變投運后供電能力滿足解環條件但短路電流未超標，可暫緩實施解環工程。隨著規劃的渾南熱電、沈陽撫順連接帶熱電廠連續投運，沈陽電網進入電磁環網末期階段，應及時采取解環措施，經計算可采取沈南變主變分裂的單一措施解決地區整體短路電流超標情況。采取該措施后，遠景年沈鐵系統分成沈陽北部供電區、沈陽東部和鐵嶺供電區域、沈陽南部供電區3個獨立供電區域。解環方案如表4所示。

圖1 電磁環網解環方案流程圖

表3 遼西系統電網解環方案

5.3 撫本系統

撫本系統隨著撫順變投運，從遼寧中部主網獨立形成單獨供電區，該供電區目前有3座500kV變電站聯網運行，徐家變與撫順變220 kV電氣聯系緊密，處于電磁環網中級階段，目前尚不具備解環條件。隨著北渤程工程、本溪熱電工程陸續投運，撫本系統進入電磁環網成熟階段，逐步采取斷開供電區內部220 kV環網線路方案 (徐撫3回線)，形成遠景年規劃的撫順供電區與本溪供電區。撫本系統解環方案如表5所示。

表4 沈鐵系統電網解環方案

表5 撫本系統電網解環方案

5.4 鞍遼營系統

鞍遼營系統目前形成一個整體供電區，500 kV基本環網已形成，220 kV電網密集程度較高，處于電磁環網中級階段，目前由于供電能力不足，深入解環分區運行條件未具備，依靠解列部分聯絡線運行，隨著規劃的燕州變、長嶺變、西海變投運，地區供電能力提高，同時整體短路電流水平升高，鞍遼營系統進入電磁環網成熟階段，可在燕州變投運后先行解環遼陽電網形成遼陽供電分區，在長嶺變、西海變投運后，地區內部電磁環網較為嚴重，只能采用措施四分裂500 kV主變方案，陸續將鞍遼營系統解環，遠景年形成4個獨立供電區。鞍遼營系統解環方案如表6所示。

5.5 遼南系統

遼南系統500 kV電網形成環網結構，220 kV電網聯系簡單，在大連南部地區吳屯220 kV母線分裂后，大連南北電網分區運行，處于電磁環網中級階段，遠景年不需要采取解環措施。

表6 鞍遼營系統電網解環方案

6 遼寧電網遠景年分區運行方案

根據電網規劃情況，2018年遼寧電網將達到電網分區運行中期目標，屆時可增分為14個不完全獨立的供電區域:遼西西部供電區域 (朝陽、錦州、葫蘆島);阜新北部供電區域;阜新南部與盤錦供電區域;丹東和大連北部供電區域;大連南部供電區域;沈陽北部供電區域;沈陽東部和鐵嶺供電區域;沈陽南部供電區域;撫順供電區域;本溪供電區域;鞍山Ⅰ供區;鞍山Ⅱ和營口Ⅰ供區;營口Ⅱ供區;遼陽供電區域。遼寧電網遠景年分區方案如圖2所示。

圖2 遼寧電網遠景年分區運行方案

7 結論

a. 500/200 kV電磁環網階段是500 kV系統過渡成為主干網架的必經階段。電網規劃工作應結合規劃項目及具體電網結構，明確各供電分區所處的電磁環網具體階段并匹配相應解環方案。

b. 根據具體供電區供電能力、供電可靠性及短路水平統籌考慮解環時機和具體解環措施。220 kV電網建設方案應結合500/220 kV電磁環網解環方案統一規劃和優化調整。

c. 遼寧500 kV電網主干網架已基本形成，大部分地區已進入電磁環網中級階段或接近電磁環網成熟階段，部分地區500 kV電網已經具備了獨立運行的條件，為減少500/220 kV電磁環網運行對系統造成的安全穩定問題，應參照遼寧電網遠景年分區運行方案逐步實現遼寧省地區間500/220 kV電磁環網解環運行。

［1］ OL755—2001，電力系統安全穩定導則 ［S］.

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［6］ 劉思革，范明天，張祖平.城市電網短路電流水平控制策略 ［J］.華東電力，2007，35(3):49-52.

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Research of Breaking up 500/220 kV Electromagnetic Loop Network and Partition Running

NAN Zhe，HOU Yu-cheng，NING Liao-yi
(Economic Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110015，China)

High voltage system would lead the grid to through electromagnetic loop network transition.To grasp the opportunity，to make ring loop principle and scheme，to realize regional electromagnetic loop network and division operation is of great significance to the safe and stable operation of power grid.This paper clarifies the behavior characteristics of ring transition stage，proposes the main ideas，the main principle，solution time and solution scheme of the 500/220 kV electromagnetic loop network，putting forward the loop scheme and partition running results of solution of Liaoning power grid through the above theory.The purpose of this paper is to provide reference for the provincial grid ring solution of 500/220 kV electromagnetic loop network.

Electromagnetic loop network;Breaking up loop network;Partition running

TM727;TM711

A

1004-7913(2014)03-0004-05

南 哲 (1984—)，男，碩士，工程師，研究方向為電網規劃與電力系統分析。

2013-12-20)