特高壓接入對江西電網的影響研究

蘇永春，周 寧，舒 展

（國網江西省電力科學研究院，江西南昌 330096）

0 引言

現代社會中，電能的使用與每個人息息相關。隨著社會經濟的發展和文明程度的提高，電力負荷不斷增加，使得當前電力網絡規模越來越大，電網供電電壓也越來越高。特高壓輸電[1-2]可實現遠距離、大容量、大區域電網的互聯，可降低輸電成本，因此，美國、日本、意大利、前蘇聯等國家都曾致力于特高壓輸電技術的研究。目前，國家電網公司建設的1 000 kV晉東南—南陽—荊門特高壓交流輸電示范工程成功運行已滿6年，另外1 000 kV淮南-上海、浙北-福州交流特高壓工程也已投運。這標志我國特高壓交流輸電的研究與應用進入了一個新的階段，特高壓輸電成為必然的選擇。

1）我國國土遼闊，能源和負荷的地理分布極不均衡，我國的能源資源和能源需求呈現逆向分布，能源資源主要分布在北部和西北部，但用電量最多的是東中部。兩者相距甚遠，這就決定了我國電力系統超大容量、超遠距離的“西電東送”基本格局，而這種格局使已有的500 kV電壓等級難以支撐，特高壓交直流輸電線路的建設勢在必行。

2）特高壓輸電，可以大大緩解電煤運輸緊張狀況。我國在未來相當長時期內，以煤為主的能源格局不會發生根本變化，發電用煤占煤炭消費的比重將不斷上升。2011年，我國的用電量達到4.7萬億kWh，57.8%的鐵路運力“撲”在煤炭運輸上；預計到2020年，我國的用電量將達到8.6萬億kWh，如果依然用“煤從地上跑”的運輸方式和500 kV輸電，將難以為繼。特高壓輸電，是解決我國能源資源分布不均、緩解煤電運緊張現狀的有效措施。

3）2013年以來，我國華北、黃淮、江淮、江南等中東部大部地區相繼出現大范圍霧霾天氣，而東中部地區火電裝機占全國火電的70%，是霧霾產生的重要原因之一。通過將煤炭產區的能源資源就地轉化為電力，能大大減少燃煤污染，減輕霧霾。加大清潔能源的利用也是調整和優化能源結構、減輕霧霾的有效手段之一。高效消納利用西部的清潔能源，需要發揮特高壓同步電網平臺的作用。

4）特高壓輸變電技術符合集約化社會發展需要。建一條1 000 kV特高壓輸電線路的線路走廊所占用的土地只相當于2條500 kV輸電線路，而1 000 kV交流特高壓輸電線路輸送電能的能力是500 kV超高壓輸電線路的5倍，而理論損耗只有四分之一左右。所以相對來說，建特高壓輸電線路能少占土地，這對土地資源稀缺的中東部地區來說尤其有利。

江西省一次能源資源匱乏，人均占有量僅為全國平均水平的11%，到2015年江西能源缺口折合標煤為6 300萬t，自給率僅為28%。隨著促進中部地區崛起、鄱陽湖生態經濟區建設和贛南等原中央蘇區振興發展等國家戰略的政策效應不斷顯現，為江西發展提供了重要機遇和有利條件。

一方面，是經濟社會發展能源需求的剛性增長，另一方面，是建設生態江西、綠色江西節能環保的硬指標約束，因此，江西迫切需要加快推進特高壓電網建設，架通空中的能源走廊，讓“煤從空中走，電從遠方來”，變過度依靠輸煤為輸煤與輸電并舉，構建能源綜合運輸體系。

本文從數字實時仿真的角度，進行了特高壓接入江西電網后的影響分析。利用電力系統全數字實時仿真裝置ADPSS，建立特高壓接入江西電網的大電網實時仿真系統模型；基于該系統，研究特高壓輸變電工程接入江西電網后，是否存在低頻振蕩問題；研究當特高壓輸電線路故障時，對江西系統穩定性的影響；研究特高壓對短路電流的影響等。

1 特高壓接入江西電網規劃

根據國家電網特高壓電網規劃，“十三五”期間，特高壓電網建設步伐將逐步加快。至2020年，國家電網將建成以“三華”特高壓同步電網為中心，東北特高壓電網、西北750 kV電網為送端，聯結各大煤電基地、大水電基地、大核電基地、大可再生能源基地，各級電網協調發展的堅強智能電網。“三華”特高壓同步電網形成“五縱五橫”主網架，并與南方電網形成特高壓交流同步相連格局。

圖1 國家電網公司2020年特高壓網架

目前，江西電網分別通過磁湖-永修、咸寧-夢山Ⅰ、Ⅱ線共3回500 kV線路與華中電網相連，最大受電規模3 000 MW。隨著國家支持原中央蘇區振興發展政策的落地，為江西發展提供了重要機遇和有利條件。預計到2020年用電負荷將達到3 400萬kW，電力缺口將超過1 200萬kW，電力供需緊張局勢呈逐年加劇之勢。

為解決江西電網受電問題，促進江西經濟快速發展，特高壓將會在“十三五”期間落點江西。國家電網規劃2017年建成武漢-南昌交流特高壓輸變電工程。在江西建設南昌1 000 kV特高壓變電站，特高壓出線2回至武漢，500 kV出線共4回，至進賢和撫州各2回。

由于特高壓輸送容量大，特高壓接入后將對受端電網產生重大影響[3-7]。為保證江西電網的安全穩定運行，必須對特高壓輸變電工程接入江西電網后的影響進行詳細的分析研究。

2 特高壓接入江西電網建模

參考1 000 kV特高壓晉長治-豫南陽-鄂荊門示范工程，武漢至南昌特高壓線路選線采用LGJ-630×8導線，導線參數詳見表1。考慮到特高壓線路全長310 km，若每回特高壓線路采用單段集中參數式線路模型，則會忽略長距離線路的波傳輸過程，從而降低了仿真準確度。因此應采用分段線路模擬更為準確，故而本研究中采用了三分段線路模型。

表1 LGJ-630×8導線參數

南昌特高壓站主變容量為2×3000MVA，變壓器參數參考特高壓示范工程，具體參數詳見表2。

表2 特高壓主變參數

線路并聯電抗器的設置同樣參考特高壓示范工程，按鄂贛特高壓甲線首末端各分擔40%和60%的補償容量，特高壓乙線首末端各分擔60%和40%的補償容量，將并聯電抗分掛在線路兩端。綜合考慮穩態電壓水平和經濟角度，特高壓線路并聯電抗器補償度取70%為佳。

除特高壓相關元件的建模外，其余元件采用華中華北經特高壓聯網的規劃及方式數據建模，以此建立特高壓接入江西電網的大電網實時仿真系統模型。模型涵蓋華北和華中特高壓、500 kV及220 kV各網絡節點。

3 特高壓接入對江西電網的影響研究

3.1 潮流分析

南昌特高壓交流變電站投運后，江西電網分別通過1 000 kV武漢-南昌雙回特高壓線路、500 kV磁湖-永修及咸寧-夢山Ⅰ、Ⅱ線3回線路，共計5回線路與華中電網相聯。全網潮流分布如下：網供受電428萬kW，通過特高壓主變下網257萬kW，通過鄂贛3回聯網線受電171萬kW。特高壓下網潮流在消化南昌供電區負荷之后向西南輸送至贛西及贛南電網，鄂贛500 kV聯網線受電電力向中部及北部電網電網輸送。北部電網主要通過500 kV永修-馬廻嶺雙回線受電20萬kW。

3.2 小干擾穩定分析

應用ADPSS仿真系統中的小干擾穩定分析模塊，對包含特高壓落點的江西電網進行分析。在表3中列出了與江西電網中的發電機組相關的阻尼比小于5%的幾組振蕩模式。

表3 特高壓接入后江西電網震蕩模式

由表3中可以看出，特高壓接入后的江西電網中不存在負阻尼的振蕩模式。其中與江西電網相關的弱阻尼模式均為小水電相對江西主網或者小水電之間的振蕩模式，屬于區域內振蕩模式；而特高壓線路為區域間聯絡線，其引入的振蕩模式必然為區域間振蕩模式，其對應的頻率一般均在1 Hz以下，因此表3中的震蕩模式與特高壓的接入無關，即特高壓接入江西電網不會產生新的低頻震蕩問題。

3.3 暫態穩定分析

在研究特高壓輸電線路故障對江西系統穩定性的影響時，考察武漢至南昌特高壓雙回線N-1和N-2兩種故障形式，故障類型選取對系統穩定最不利的三相故障，故障地點選在南昌特高壓站線路出口點。當特高壓線路發生N-1故障時，故障前后系統的電壓及功角變化情況如圖2及圖3所示。

圖2 N-1故障時系統電壓波動

圖3 N-1故障時系統功角波動

從圖2及圖3中可看出，故障切除后，各母線電壓迅速恢復至0.85 p.u.以上，并于1 s后恢復到0.95 p.u.以上，10 s時功角的振蕩基本平息，系統保持功角穩定。

特高壓雙回線路N-2故障：南昌側異名相單相永久性短路，雙回線單相跳閘，重合失敗后N-2跳線。故障前后系統的電壓及功角變化情況如圖4及圖5所示。

圖4 N-2故障時系統電壓波動

圖5 N-2故障時系統功角波動

由圖4及圖5可看出，故障第一次切除后，各母線電壓迅速恢復至0.9 p.u.以上；重合并第二次切除故障后，各母線電壓迅速恢復至0.85 p.u.以上，并于3 s后恢復到0.95 p.u.以上，10s時功角的振蕩基本平息，系統保持功角穩定。

綜合以上2種情況可知，武漢至南昌特高壓雙回線發生N-1或N-2故障不會導致江西電網系統失穩。

3.4 短路電流計算

特高壓線路接入江西電網以后，將使得網絡聯系更加緊密，從而增加系統的短路電流水平。在本文中分析了特高壓輸電線路接入江西電網時，對江西系統短路電流的影響。分別研究了特高壓輸變電工程接入前后500 kV系統及220 kV系統母線短路電流水平的變化情況。

表4 500 k V母線短路電流變化k A

表5 200 k V母線短路電流變化k A

從表4及表5中可以看出，特高壓接入對江西電網短路電流水平影響嚴重，500 kV系統母線短路電流增加幅度高于220 kV系統。在特高壓變電站500 kV接入點撫州變及進賢變母線短路電流分別增加了17.9 kA及13.6 kA，其余500 kV母線短路電流按照與特高壓接入點的電氣距離遠近也有不同程度增加。因而在特高壓落點江西以后，需要根據各變電站母線短路電流水平及開關遮斷容量情況進行具體分析，在短路電流超過開關遮斷容量時需要采取電磁解環、線路出串、分母運行等限流措施。

4 結語

特高壓輸電以其輸送距離遠、輸送功率大等優勢在我國逐步得到推廣應用，江西作為一次能源匱乏省份，采用特高壓接受來自遠方的清潔電力供應迫在眉睫。本文分析了特高壓接入江西電網后可能產生的問題，表明特高壓輸電不會給江西電網帶來新的小干擾及暫態穩定問題，但特高壓接入后的短路電流增加問題需要采取相應措施加以控制。

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[7]中華人民共和國國務院令第599號，《電力安全事故應急處置和調查處理條例》.2011.