國(guó)外輸電網(wǎng)結(jié)構(gòu)綜述

陳雪

(國(guó)網(wǎng)福建省電力有限公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院,福建福州 350013)

國(guó)外輸電網(wǎng)結(jié)構(gòu)綜述

陳雪

(國(guó)網(wǎng)福建省電力有限公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院,福建福州 350013)

研究了國(guó)外主要發(fā)達(dá)國(guó)家電網(wǎng)結(jié)構(gòu),分析了電網(wǎng)結(jié)構(gòu)對(duì)供電可靠性、電能質(zhì)量等方面的影響,提出了電網(wǎng)結(jié)構(gòu)對(duì)建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)電網(wǎng),減少電網(wǎng)停電事故等方面具有重要意義。

電網(wǎng)結(jié)構(gòu) 綜述 停電事故 供電可靠性

1 概述

電網(wǎng)結(jié)構(gòu)是電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ),2003年8月14日發(fā)生的美加大停電事故,其很重要的一條原因就是沒(méi)有形成合理的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。北美電網(wǎng)由多個(gè)電網(wǎng)逐步互聯(lián)形成,由于沒(méi)有實(shí)行統(tǒng)一規(guī)劃,造成了電網(wǎng)電壓等級(jí)多且重疊交錯(cuò),網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,電磁環(huán)網(wǎng)交錯(cuò),高峰負(fù)荷時(shí)極易發(fā)生線路過(guò)載,事故時(shí)很難實(shí)施有效的控制和解列措施。發(fā)展電網(wǎng)是世界各國(guó)電力工業(yè)的共同趨勢(shì)。現(xiàn)在我國(guó)的電網(wǎng)已經(jīng)進(jìn)入高電壓、大電網(wǎng)、大機(jī)組的新階段。大電網(wǎng)比小電網(wǎng)具有很多明顯的優(yōu)越性,但是大電網(wǎng)對(duì)可靠性要求更高,若發(fā)生惡性連鎖反應(yīng),可能造成嚴(yán)重的社會(huì)影響和經(jīng)濟(jì)損失。在規(guī)劃電網(wǎng)的目標(biāo)網(wǎng)架時(shí),應(yīng)把建立合理的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)作為重中之重來(lái)研究。要保證大電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行,首先要有一個(gè)合理的電網(wǎng)結(jié)構(gòu),否則,當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)某一主要元件發(fā)生故障,尤其是發(fā)生多重故障時(shí),有可能發(fā)展為破壞穩(wěn)定的事故或因惡性連鎖反應(yīng)而擴(kuò)大事故。在建設(shè)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)時(shí)必須遵循兩條基本原則,即分層的原則和分散外接電源的原則。

2 國(guó)外電網(wǎng)結(jié)構(gòu)綜述

國(guó)外的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)有如下幾種典型方式:

2.1 電源送電線路集中并聯(lián)的遠(yuǎn)距離輸電方式

比較典型的是瑞典400kV電網(wǎng)與加拿大魁北克735kV電網(wǎng),其特點(diǎn)就是水電資源比較集中,且電容量占全國(guó)負(fù)荷的極大比重,又遠(yuǎn)離負(fù)荷中心,勢(shì)必通過(guò)多回超高壓線路接入系統(tǒng)。實(shí)踐證明,這種結(jié)構(gòu)在出現(xiàn)單一故障時(shí)不會(huì)有問(wèn)題,但如出現(xiàn)多重性故障,就有發(fā)生全網(wǎng)性大停電事故的可能。無(wú)論魁北克系統(tǒng)也好,瑞典系統(tǒng)也好,對(duì)于單一線路故障,即按照可靠性準(zhǔn)則的設(shè)計(jì)要求考核系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的規(guī)定故障形態(tài),都要求很大的安全性裕度。對(duì)于瑞典系統(tǒng),在事故發(fā)生的過(guò)程中,即使同時(shí)切除了北部來(lái)的主要電源線路6回中的2回和到負(fù)荷中心的2回主要供電線,系統(tǒng)仍然可以維持,可見(jiàn)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)是相當(dāng)強(qiáng)的,但卻未盡合理。

由于接入同一輸電多回路上的主要供電電源容量過(guò)于集中,當(dāng)因線路故障失去了較大的傳輸能力時(shí),勢(shì)必引起并列的仍然保留在運(yùn)行中的其他主要輸電線路嚴(yán)重過(guò)負(fù)荷,引起這些線路繼電保護(hù)的誤動(dòng)作,以致整個(gè)地?cái)嚅_(kāi)這個(gè)主要電源。也是由于這個(gè)電源的容量占全系統(tǒng)負(fù)荷的比重過(guò)大,它的斷開(kāi)勢(shì)必連鎖地引起其他地電源線路嚴(yán)重地過(guò)電流和受端系統(tǒng)樞紐變電所母線的嚴(yán)重低電壓。

從上述事故說(shuō)明,這種結(jié)構(gòu)方式對(duì)承受多重性故障的能力很差,比較難以防止全網(wǎng)性大停電事故。

2.2 外輪形結(jié)構(gòu)方式

這種結(jié)構(gòu)中比較典型的是日本東京電力系統(tǒng)和關(guān)西電力系統(tǒng)。日本電力工業(yè)規(guī)模位于美國(guó)、中國(guó)之后,居世界第三位。日本電網(wǎng)結(jié)構(gòu)以500千伏為主網(wǎng)架,以大用戶負(fù)荷為中心,設(shè)置輸配電線路,采用地下電纜化、架空絕緣導(dǎo)線、免維護(hù)設(shè)備,并實(shí)行雙回路供電。絕大部分變電站無(wú)人值守,設(shè)備監(jiān)控100%,自動(dòng)切換100%,高質(zhì)量的設(shè)備,高自動(dòng)化的電網(wǎng)技術(shù)支撐,加上廣泛采用帶電作業(yè)技術(shù),使得日本的供電可靠性位居世界首位。

60年代日本電力工業(yè)總結(jié)出:電氣事故是不可避免的,發(fā)生事故后切除附近的負(fù)荷,不影響其他地區(qū),這是可以做到的。東京電力系統(tǒng)的外輪型結(jié)構(gòu)給了我們啟示。東京電力系統(tǒng)早在1955年最高電壓還是154kV,系統(tǒng)容量達(dá)到20GW規(guī)模時(shí),在東京外圍建了一個(gè)154kV外輪線(都是雙回線),遠(yuǎn)方的距離大約200km的7個(gè)主力電廠幾乎都是分散地接入,受端的外輪線有若干火電廠作為電壓支持。到1975年,在275kV外輪線外又建了500kV外輪線,是一個(gè)開(kāi)口的雙回路環(huán)網(wǎng);到1985年,當(dāng)系統(tǒng)發(fā)展到35GW時(shí),在原500kV的外輪線外又建了一個(gè)500kV外輪雙回路。這樣的結(jié)構(gòu)大大簡(jiǎn)化了電網(wǎng)接線,從結(jié)構(gòu)上防止了在發(fā)生事故后潮流亂竄。

關(guān)西電力系統(tǒng)于1985年在負(fù)荷中心建成雙回的500kV環(huán)網(wǎng),遠(yuǎn)方電廠一般都是通過(guò)雙回路分散地直接接入受端環(huán)網(wǎng)。他們認(rèn)為有的遠(yuǎn)方電廠即使相互距離很近,為了便于運(yùn)行,也不應(yīng)該在送電端相聯(lián)。這種結(jié)構(gòu)方式有利于電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行,避免了電源集中的長(zhǎng)距離輸電方式的結(jié)構(gòu)弱點(diǎn)。為了保證系統(tǒng)的同步運(yùn)行穩(wěn)定性和防止因失去穩(wěn)定而導(dǎo)致嚴(yán)重的系統(tǒng)事故,這兩個(gè)日本系統(tǒng)在安全穩(wěn)定控制的自動(dòng)化方面,還都采用了許多現(xiàn)代化的措施。

2.3 普遍密集型結(jié)構(gòu)方式

比較典型的是英格蘭、法國(guó)、德國(guó)、瑞士、奧地利等國(guó)家的電網(wǎng)。這些國(guó)家在過(guò)去都是首先圍繞大城市各自形成系統(tǒng)。隨著電力工業(yè)的發(fā)展,這些受端系統(tǒng)逐步擴(kuò)大,而且通過(guò)聯(lián)絡(luò)線與鄰近國(guó)家相聯(lián),形成西歐聯(lián)合電網(wǎng)。所以他們的400kV電網(wǎng)普遍密集,都有較大的傳輸能力。這種密集型的電網(wǎng)結(jié)構(gòu),天然具有很高的安全穩(wěn)定基礎(chǔ)。一般故障情況下,很少可能出現(xiàn)全網(wǎng)性的大事故。保護(hù)快速而可靠地切除短路故障,對(duì)保證這種電網(wǎng)地安全穩(wěn)定運(yùn)行,具有極為重要的意義。這種電網(wǎng)結(jié)構(gòu)形式是歷史發(fā)展的產(chǎn)物。對(duì)于這種電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的一個(gè)重要安全問(wèn)題,是要求注意防止電壓崩潰和因而引起的嚴(yán)重事故。分析國(guó)外的許多系統(tǒng)事故,它們的發(fā)生和擴(kuò)大,往往和電網(wǎng)結(jié)構(gòu)未盡合理有關(guān)。不在統(tǒng)一的規(guī)劃下有目的地建設(shè)電網(wǎng),是很難使電網(wǎng)結(jié)構(gòu)合理的。

3 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)電網(wǎng)經(jīng)過(guò)建國(guó)后幾十年的發(fā)展已經(jīng)形成了一定的規(guī)模,在結(jié)構(gòu)上具有一定的合理性和先進(jìn)性。可是也應(yīng)該看到,電網(wǎng)事故仍然時(shí)有發(fā)生,電網(wǎng)結(jié)構(gòu)需要加強(qiáng)和改進(jìn)的地方仍然很多,隨著全國(guó)大聯(lián)網(wǎng)的逐步實(shí)現(xiàn),我國(guó)正在形成一個(gè)大電網(wǎng)。大電網(wǎng)可靠性的最重要目標(biāo)就是防止系統(tǒng)瓦解造成大范圍停電事故。因此,考慮大電網(wǎng)可能出現(xiàn)的最壞情況,采取應(yīng)對(duì)措施,對(duì)任何大電網(wǎng)都是一項(xiàng)長(zhǎng)期方針。

[1]王梅義,吳競(jìng)昌,等.大電網(wǎng)系統(tǒng)技術(shù)[M].北京:水利電力出版社,1991.

[2]李繼升.華中電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的發(fā)展及其對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定的影響[J].華中電力,1997.

[3]常浩.試論南方電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃[M].北京:電網(wǎng)技術(shù),2004(6):128.