同桿并架線路對湖南電網安全穩定的影響研究

陳道君，咼虎，李晨坤

(國網湖南省電力公司電力科學研究院，湖南 長沙 410007)

同桿并架線路對湖南電網安全穩定的影響研究

陳道君，咼虎，李晨坤

(國網湖南省電力公司電力科學研究院，湖南 長沙 410007)

對湖南電網運行的220 kV和500 kV同桿并架線路，分別建立異名相故障雙回線同跳的仿真模型，進行故障后的潮流分析和暫態穩定分析，重點研究同桿并架線路雙回同跳對電網安全穩定的影響。

同桿并架線路；異名相故障；雙回同跳；暫態穩定

同桿并架雙回線具備分相重合能力時，應考慮異名相或同名相瞬時故障和永久故障，以及重合閘的作用〔1〕；同桿并架雙回線的異名兩相同時發生單相接地故障重合不成功，雙回線三相同時跳開，系統應能保持穩定運行，必要時允許采取切機和切負荷等穩定控制措施〔2〕。

同桿并架線路發生異名相故障雙回同跳時，一般會對輸電斷面的潮流分布和系統的暫態穩定造成較大影響。在實際運行中，為了保證電網的安全穩定，很多控制限額都需要按照同桿并架線路異名相故障雙回同跳進行校核。因此，有必要對湖南電網220 kV及以上同桿并架線路發生異名相故障雙回同跳時的情況進行計算分析，重點研究同桿并架線路雙回同跳對電網安全穩定的影響。

1 湖南電網同桿并架線路簡介

據不完全統計，截至2014年末，湖南電網共有220 kV同桿并架線路127對，500 kV同桿并架線路7對。其中，僅 1級同桿的線路不予考慮。500 kV同桿并架線路中有3對為電廠500 kV并網機組的外送線路，其余均為重要的省間、省內聯絡線。具體線路為:江陵—復興Ⅰ/Ⅱ線、艾家沖—鶴嶺Ⅰ/Ⅱ線、鶴嶺—云田Ⅰ/Ⅱ線、艷山紅—牌樓Ⅰ/Ⅱ線、華岳電廠—昆山Ⅲ/Ⅳ線、益陽電廠—復興Ⅲ/Ⅳ線和黔東電廠—艷山紅Ⅰ/Ⅱ線。

長株潭岳地區重要的220 kV同桿并架線路主要包括星城—芙蓉Ⅰ/Ⅱ線、沙坪—叢塘Ⅰ/Ⅱ線、云田—白馬垅Ⅰ/Ⅱ線、昆山—文里Ⅰ/Ⅱ線等等。

衡郴永地區重要的220 kV同桿并架線路主要包括船山—真武Ⅰ/Ⅱ線、蘇耽—蓉城Ⅰ/Ⅱ線、勾南—浯溪Ⅰ/Ⅱ線、宗元—谷源Ⅰ/Ⅱ線、紫霞—桐山Ⅰ/Ⅱ線等等。

常益張地區重要的220 kV同桿并架線路主要包括復興—毛家塘Ⅰ/Ⅱ線、柘溪電廠—向陽Ⅰ/Ⅱ線、復興—劉家灣Ⅰ/Ⅱ線、石門電廠—盤山Ⅰ/Ⅱ線、崗市—鐵山Ⅰ/Ⅱ線等等。

婁邵懷吉地區重要的220 kV同桿并架線路主要包括牌樓—黔城Ⅰ/Ⅱ線、格山—萬溶江Ⅰ/Ⅱ線、隆回—平溪Ⅰ/Ⅱ線、牌樓—陽塘Ⅰ/Ⅱ線、牌樓—公坪Ⅰ/Ⅱ線等等。

2 計算條件及原則

2.1 計算網絡

本次計算分析水平年為2014年，建立湖南電網2014年度計算網絡。

2.2 計算負荷水平

本次計算采用的運行方式為豐水期大負荷方式、豐水期小負荷方式和枯水期大負荷方式。

2014年豐水期大負荷方式湖南全省計算負荷20 099 MW，全省發電18 321 MW；2014年豐水期小負荷方式湖南全省計算負荷12 095 MW，全省發電9 872 MW；2014年枯水期大負荷方式湖南全省計算負荷20 754 MW，全省發電19 148 MW。3種方式下，區外來電均按照2 800 MW考慮。

2.3 故障模擬

計算分析中模擬的故障類型為同桿并架線路發生異名相故障，重合閘不成功，雙回線三相同時跳開。

2.4 穩定判據及準則

同時滿足以下3個判據，認為系統穩定；若其中任1個判據不滿足，則認為系統不穩定。

1)暫態同步穩定判據:故障后各同步機組保持1—2個振蕩周期內不失步，且作同步衰減振蕩。

2)電壓穩定判據:動態過程中系統內負荷點電壓恢復至0.8 p.u.以上。

3)頻率穩定判據:故障后系統頻率偏差不超過1 Hz。

2.5 潮流控制原則

1)線路熱穩定極限輸送容量

參照文獻 〔3—4〕，40℃環境溫度下220 kV和500 kV輸電線路的熱穩定極限輸送容量見表1。

2)功率因數

計算負荷一般歸算至220 kV變電站主變中壓側 (110 kV)，功率因數取0.95。發電機組功率因數最低取0.85，火電機組功率因數最高取0.95，水電機組功率因數最高取1.00，原則上均不考慮進相運行。

3)電壓控制范圍

220 kV母線電壓控制在214～235 kV之間，且偏差幅度不大于11 kV。500 kV母線電壓控制在500～550 kV之間。

表1 輸電線路的熱穩定極限輸送容量

3 500 kV同桿并架線路雙回同跳計算分析

對湖南電網7對500 kV同桿并架線路進行異名相故障雙回同跳后的潮流分析、暫態穩定分析，具體的計算結果:

1)當鄂湘聯絡線江陵—復興Ⅰ/Ⅱ線異名相故障雙回同跳時，切除云田、崗市、復興、沙坪、鶴嶺供電區部分負荷，系統保持穩定。

2)當艾家沖—鶴嶺Ⅰ/Ⅱ線異名相故障雙回同跳時，艾鶴雙回潮流大部分轉移至沙星Ⅰ/Ⅱ線，需輔以切沙坪、云田、鶴嶺供電區部分負荷措施，系統保持穩定。

3)當鶴嶺—云田Ⅰ/Ⅱ線異名相故障雙回同跳時，系統保持穩定。

4)艷山紅—牌樓Ⅰ/Ⅱ線異名相故障雙回同跳時，需要控制三板溪、白市、黔東電廠出力，并輔以切機措施，系統保持穩定。

5)華岳電廠—昆山Ⅲ/Ⅳ線異名相故障雙回同跳時，華岳電廠500 kV并網機組與系統解列，系統保持穩定。

6)益陽電廠—復興Ⅲ/Ⅳ線異名相故障雙回同跳時，益陽電廠3，4號機與系統解列，系統保持穩定。

7)黔東電廠—艷山紅Ⅰ/Ⅱ線異名相故障雙回同跳時，黔東電廠1，2號機與系統解列，系統保持穩定。

在實際運行中，500 kV江陵—復興Ⅰ/Ⅱ線、艾家沖—鶴嶺Ⅰ/Ⅱ線、艷山紅—牌樓Ⅰ/Ⅱ線已經按照異名相故障雙回同跳給定了控制功率。

4 220 kV同桿并架線路雙回同跳計算分析

對127對220 kV同桿并架線路進行異名相故障雙回同跳的計算分析，結果表明，部分220 kV同桿并架線路若按照異名相故障雙回同跳原則給定控制限額，會導致局部電網供電能力嚴重不足(例如沙坪—叢塘Ⅰ/Ⅱ線、牌樓—公坪Ⅰ/Ⅱ線、石門電廠—盤山Ⅰ/Ⅱ線等)；部分220 kV同桿并架線路異名相故障雙回同跳可能造成一個或多個220 kV變電站失壓 (例如星城—芙蓉Ⅰ/Ⅱ線、沙坪—楊高Ⅰ/Ⅱ線、復興—劉家灣Ⅰ/Ⅱ線等)。

影響較為嚴重的220 kV同桿并架線路異名相故障雙回同跳的計算結果:

1)常德北部及湖區電網供電能力下降。

常德北部及湖區電網負荷主要由盤山、蘆家、七重堰、窯坡、蔡家溪、護城、明山、沅江等8個變電站供帶，上述8站由石門電廠—盤山Ⅰ/Ⅱ線、江婭—蘆家線路、崗市—明山線路、迎豐橋—沅江Ⅰ線共5回220 kV線路供電。同桿并架的石門電廠—盤山Ⅰ/Ⅱ線異名相故障同時跳閘，可能導致以上各站電壓低落甚至暫態電壓失穩。

2014年江婭—蘆家線路π接入盤山變后，如果按照石門電廠—盤山Ⅰ/Ⅱ線異名相故障同時跳閘進行校核，在皂市電廠保持一定開機方式下，湖區8個220 kV變電站的最大供電能力約960 MW。而2013年湖區最大負荷已經達到1 055 MW，會出現湖區電網供電能力不足的問題。

2)瀏陽地區供電能力下降。

在沙坪—叢塘Ⅲ線投運前，同桿并架的沙坪—叢塘Ⅰ/Ⅱ線異名相故障同時跳閘，將導致220 kV叢塘、集里、淮川、醫藥園變電站暫態電壓失穩，同時云田—淮川線路嚴重過載。沙坪—叢塘Ⅲ線投運以后，沙坪—叢塘Ⅰ/Ⅱ線異名相故障同時跳閘，沙坪—叢塘Ⅲ線過載。瀏陽地區供電能力不足。

3)湘西地區供電能力下降。

湘西地區同桿并架線路較多，包括公坪—萬溶江Ⅱ線與枇杷沖—萬溶江線路、公坪—萬溶江Ⅰ線與格山—萬溶江Ⅱ線、牌樓—公坪Ⅰ/Ⅱ線。湘西地區負荷主要由牌樓—公坪Ⅰ/Ⅱ線、枇杷沖—萬溶江線路供電。

在冬季大負荷方式下，若碗米坡電廠全停，當公坪—萬溶江Ⅱ線與枇杷沖—萬溶江線路，或公坪—萬溶江Ⅰ線與格山—萬溶江Ⅱ線異名相故障同時跳閘，220 kV巖人坡、格山、萬溶江、峒河變電站電壓失穩；若碗米坡電廠保持一定的開機方式，系統保持穩定。但高負荷時段巖人坡、格山、峒河、萬溶江電壓仍低落至200 kV左右，且公坪—萬溶江Ⅰ線或枇杷沖—萬溶江線路過載。碗米坡電廠需要長期保持大方式運行，湘西地區供電能力不足。

同桿并架的牌樓—公坪Ⅰ/Ⅱ線異名相故障同時跳閘，將導致220 kV巖人坡、格山、峒河、萬溶江、公坪變電站電壓低落，枇杷沖—萬溶江線路嚴重過載。如果按照牌樓—公坪Ⅰ/Ⅱ線異名相故障同時跳閘進行校核和控制，湘西地區巖人坡、格山、峒河、萬溶江、公坪5個220 kV變電站的最大供電能力約570 MW。而預計湘西地區2014年冬季大負荷約700 MW，因此，高負荷時段仍無法滿足湘西地區的負荷需求。

5 結論

1)湖南電網7對500 kV同桿并架線路中，電廠外送線路華岳電廠—昆山Ⅲ/Ⅳ線、益陽電廠—復興Ⅲ/Ⅳ線和黔東電廠—艷山紅Ⅰ/Ⅱ線異名相故障雙回同跳時，相關500 kV并網機組與系統解列，對系統沖擊較大。

2)湖南電網127對220 kV同桿并架線路中，約有18對系統末端線路 (占比約14%)發生異名相故障雙回同跳時，會造成相關末端220 kV變電站失壓。

3)220 kV同桿并架線路中約有19對線路(占比約15%)發生異名相故障雙回同跳時，會造成相鄰線路的過載。其中，岳陽地區和湘西地區該問題較為突出，且過載線路多為400 mm2導線。

4)220 kV同桿并架線路中約有13對線路(占比約10%)發生異名相故障雙回同跳時，會造成相關電廠的機組與系統解列。其中，長沙電廠—威靈Ⅰ/Ⅱ線雙跳，長沙電廠1號機與系統解列，可能加重沙坪主變下網并影響長株潭地區供電能力，需要重點關注。

5)220 kV同桿并架線路中約有5對線路 (占比約4%)發生異名相故障雙回同跳時，會分別造成常德北部及湖區電網、湘西地區、瀏陽地區供電能力不足。如果按照同桿并架線路雙跳進行校核和控制，上述3個地區的供電能力下降，均不能滿足高峰負荷的需求。

〔1〕國家電網公司.Q/GDW 404—2010國家電網安全穩定計算技術規范 〔S〕.北京:中國電力出版社，2010.

〔2〕DL755—2001電力系統安全穩定導則 〔S〕.北京:中國電力出版社，2001.

〔3〕國網湖南省電力公司.湖南電網2013－2014年冬季安全穩定運行規定 〔R〕.2013.

〔4〕國網華中分部.華中主網2014年夏季穩定規定 〔R〕.2014.

表3 本測試方法和傳統測試方法結果對比

6 結論

從智能變電站主變保護的現場測試結果來看，相比傳統繼電保護測試儀，文中的測試方案能夠模擬空投變壓器運行方式，輸出勵磁涌流波形給主變高中低三側的合并單元，對主變保護裝置勵磁涌流制動功能的測試更加全面，另外該方案可以實現主變高中低三側同時同步加量測試，除了勵磁涌流制動功能的測試外還可以做主變保護的差動測試，而這些都是目前繼電保護測試儀無法做到的。

本方法是基于DDRTS應用于智能變電站現場對保護裝置進行測試。由于DDRTS的強大的仿真能力，能夠模擬更加真實的電力系統運行環境并仿真輸出，對保護裝置進行測試。因此，本方法較傳統繼電保護測試儀對保護裝置的測試更為可靠全面。但是限于目前測試系統中的各環節裝置還處于試驗原型，沒有集成化，系統體積過于龐大，不便于攜帶。本測試方法還只是作為輔助和定性的試驗項目，不是例行項目。

參 考 文 獻

〔1〕閆坤.變壓器勵磁涌流及其對差動保護的影響 〔D〕.濟南:山東大學，2012.

〔2〕國家電力調度通信中心.國家電網公司繼電保護培訓教材〔M〕.北京:中國電力出版社，2009:368-370.

〔3〕H.W.Dommel著；李永莊，林集明，曾昭華，譯.電力系統電磁暫態計算理論 〔M〕.北京:水利電力出版社，1991: 143-150.

作者簡介

張亮峰 (1977)，男，高級工程師，主要研究電力系統繼電保護。

郭茗菘 (1989)，男，通信作者，碩士研究生，主要研究電力系統繼電保護。

歐陽帆 (1979)，男，高級工程師，主要研究方向電力系統自動化。

Research of security and stability of parallel power transmission lines on the same tower in Hunan power grid

CHEN Dao-jun，GUO Hu，LI Chen-kun
(State Grid Hunan Electric Power Corporation Research Institute，Changsha 410007，China)

The simulation model of 220 kV and 500 kV parallel power transmission lines on the same tower in Hunan power grid is built during two different phase faults along with disconnection of both the double-circuit transmission lines.The power flowing and transient stability are analyzed after faults.The effects on the security and stability of power system are studied when double-circuit transmission lines are disconnected on the same tower.

parallel power transmission lines on the same tower；two different phase faults；double-circuit lines disconnection；transient stability

10.3969/j.issn.1008-0198.2015.02.007

TM726.3

B

1008-0198(2015)02-0025-04

陳道君(1986)，男，博士，工程師，主要從事電網安全穩定計算分析方面的生產和科研工作。

咼虎(1983)，男，碩士，工程師，主要從事電力系統運行分析與仿真工作。

李晨坤(1988)，男，碩士，助理工程師，主要從事電力系統運行分析與仿真工作。

2014-10-09 改回日期:2014-12-01