500/220 kV電磁環網開環策略及鄂西北電網開環方案研究

喬 立，趙紅生，魏 聰，趙雄光

（國網湖北省電力公司經濟技術研究院，湖北 武漢 430077）

0 引言

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、地區內部供電能力得到極大提升，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。“十三五”期間全國將形成東、西兩個特高壓交流電網，屆時1 000/500/220 kV電磁環網將不斷出現，對500/220 kV電磁環網開環提出了新的需求[1]。

本文對電磁環網開環基本原則、主要開環方式以及開環方案制定步驟進行了闡述，并以鄂西北500/220 kV電磁環網為例，結合現狀和遠景電網規劃，對其實施逐步開環，在解決鄂西北電網存在的電磁環網運行風險的同時，將電網規劃與開環策略統籌考慮，以指導電網的發展，加強了近、中、遠期規劃的銜接性。

1 電磁環網開環原則

1）供電區內部的500/220 kV電磁環網在條件允許的情況下，可保持合環運行，以提高電網供電可靠性。當短路電流超標或電磁環網存在安全運行隱患時，應考慮500/220 kV電網開環運行。

2）位于電網主干通道上（全國聯網通道、省網主干通道），特高壓落點附近或是與特高壓線路形成“三級電磁環網”的500/220 kV電磁環網應優先開環運行，不具備開環條件的應加快電網建設，盡快滿足開環要求。

3）電磁環網開環方案應遠近結合，既要根據電網現狀采取相應的開環措施，又要結合遠景年電網規劃，將電網規劃與開環策略統籌考慮，盡量避免電網結構的頻繁變化和開環斷面的過度加強。

4）開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，并與外區有3回及以上的500 kV聯絡線，分區內最好有一定容量的電源作為支撐[2]。

5）在選擇開環點時，應貫徹最小解環原則，最大程度保持分區電網的完整性。同時應優先考慮在不同的行政分區的電網之間實施開環，以便調度和管理。

6）開環方案需通過充分的安全穩定校核，滿足《電力系統安全穩定導則》中關于潮流轉移、靜態穩定、暫態穩定、動態穩定、電壓穩定的相關要求。

2 電磁環網開環措施

1）解列供電區間的220 kV聯絡線。該措施應優先考慮開斷分區電網間的220 kV聯絡線及老舊線路。

2）改接或站外串接220 kV輸電線路。該措施最大程度利用了現有電力走廊資源，但降低了分區電網間的事故支援能力，需重點校核檢修方式下的安全穩定特性。

3）解列供電區內部220 kV環網線路。該措施對電網供電能力及可靠性犧牲較大，必要時可配套新建變電和線路工程。

4）220 kV變電站母線分裂運行。該措施降低了變電站的供電可靠性及運行靈活性，需確保110 kV電網在事故后的負荷轉移能力。

5）220 kV電廠母線分裂運行。該措施一方面大幅降低了電廠電力送出可靠性，另一方面有利于解決大機組集中接入時的暫態穩定問題。因此應結合實際情況使用。

6）500 kV變電站母線分裂運行。該措施短路電流控制效果顯著，但會大幅降低供區的供電能力，通常用于發展相對成熟的220 kV電網。

3 開環方案制定的步驟

3.1 目標電網收資及問題分析

步驟1明確目標電網現狀和遠期規劃目標，完成收資工作。

步驟2通過仿真計算程序對目標電網進行校核，搜索目標電網近中期存在的安全穩定風險，明確開環方案的目標。

3.2 開環方案制定

步驟3整理電磁環網開環必要性（搜索到的安全穩定風險的急迫性）及可行性（開環的基本條件是否具備），明確電磁環網開環順序和時機。

步驟4參照上述開環原則和方法制定不少于2個的開環方案。

步驟5對開環方案從以下三個方面進行分析比選：

a.進行區域電力電量平衡分析，確定各供電區內變電容量、電源和負荷是否匹配；

b.對目標電網進行安全穩定校核，校核結果需滿足開環原則6的要求；

c.分析開環方案與現狀電網及遠景規劃的銜接性。

步驟6通過分析比較，選取最優方案。若不存在可行方案，則返回步驟3，重新分析電磁環網開環順序及時機是否合理。

3.3 開環方案過渡期分析

步驟7在過渡期存在安全穩定問題的情況下，需通過穩定控制措施或電網優化方案滿足電網過渡年的安全穩定運行需求。

4 鄂西北電網500/220 kV電磁環網開環方案

4.1 鄂西北電網基本情況

步驟1鄂西北電網含襄陽、十堰、隨州、神農架4個地區電網，目前有樊城、臥龍和十堰3座500 kV變電站，主變6臺，變電容量5 250 MV·A。目前鄂西北220 kV電網與周邊仍保持合環運行，通過3回220 kV線路與荊門電網相連，2回220 kV線路與廣水（隨州）、孝感電網相連。在內部，十堰丹江口電網、神農架電網和襄陽電網形成聯合供電格局，并分別通過2回和4回220 kV線路與十堰電網和隨州電網相連，電磁環網結構復雜。

2017年隨州輸變電、雙河主變擴建工程投產后，開斷隨姚線、曾永線，解開鄂西北電網與鄂東電網間的電磁環網；開斷喬胡線、雙余線、雙水線，解開鄂西北電網與鄂西電網間的電磁環網。

鄂西北電網遠景年規劃分6片運行：十堰供區、丹江供區、南三縣供區、臥龍襄東供區、樊城襄東供區、曾都隨縣供區。

步驟2通過計算、分析、梳理鄂西北電網主要存在3個與電磁環網相關問題

a.500 kV臥龍變投運后，樊城變短路電流水平達到55 kA，超過開關遮斷容量，目前通過開斷米東雙回僅能將樊城最大開關側短路電流控制在49.3 kA。

b.臥龍變π入鄂豫500 kV聯絡線，形成了1 000/500/220 kV三級電磁環網，當1 000 kV、500 kV線路故障時，部分潮流將轉移至220 kV電網。經校核，樊臥N-2后，部分220 kV線路易超過熱穩極限，比之電磁環網出現前鄂豫斷面南、北向輸電能力均降低約1 000 MW。

c.受十樊雙回線路N-2后，220 kV線路熱穩限制，十堰電網豐期外送能力不能超過900 MW，枯期受電能力不能超過450 MW。

4.2 開環方案擬定

步驟3確定開環時機

2017年鄂西北電網將斷開與周邊電網的220 kV聯絡線，可降低樊城220 kV母線短路電流3.7 kA。

臥龍-樊城500/220 kV電磁環網與特高壓線路形成“三級電磁環網”，處于重要的輸電通道，影響了省間斷面的輸電能力。按照開環原則2，應盡快滿足開環要求，優先開環運行。在隨州變投產前，該區域僅3座500 kV變電站，按照開環原則4尚不具備分片的基本條件。開環時機暫定為隨州變投產后的2018年。

目前十堰電網僅有2臺500 kV主變和2回500 kV線路（部分同桿并架）與主網相連，按照開環原則4該區域尚不具備分片的基本條件。十堰-樊城500/220 kV電磁環網開環需在十堰漢水500 kV變電站投產后，開環時機暫定為“十四五”期間。

步驟4、5解環方案制定

十堰-樊城500/220 kV電磁環網有明顯的段面——汾當線、順當線，亦是襄陽市和十堰市的行政分界，符合開環原則3和開環原則5。因此，開環方案為開斷220 kV汾當線、順當線。

針對臥龍-樊城500/220 kV電磁環網，提出以下兩種開環方案。方案一，臥龍與十堰成片運行，樊城與隨州成片運行；方案二，臥龍與隨州成片運行，樊城與十堰成片運行。

經分析校核，兩種開環方案都存在致命缺點：

方案一，在鄂豫斷面南送方式下樊臥雙回同跳后15.9%的潮流（272 MW）通過500 kV十樊雙回轉移到龍當線和十當線，形成了新的500/220 kV電磁環網。同時，由于分片后臥龍供區負荷缺口增大，十堰外送斷面500 kV和220 kV分電比變化為7∶8，進一步惡化了十堰電網的水電外送能力。在維持鄂豫斷面北送4 300 MW的前提下，考慮龍當線或十當線N-1故障，十堰水電外送能力只能達到目前的一半，約450 MW。

方案二，南北兩片負荷和電源分布極度不均，臥龍變下網重而樊城變下網輕，由于220 kV電網電氣距離長，隨州變對襄陽北部功率支援能力較弱，臥龍主變N-1后，無法滿足襄陽北部供區的供電需求。

步驟6根據分析結果得出，僅依托樊城、臥龍、十堰、隨州4座變電站，臥龍-樊城500/220 kV電磁環網不具備開環條件，返回步驟3。

結合中遠期電網規劃，將谷城500 kV輸變電工程提前，使臥龍變與谷城變單獨成片。考慮到輸變電工程的前期工作及建設周期，解環時機暫定為2020年。按照以上思路提出開環方案三（圖1），新建谷城500 kV輸變電工程。500 kV接入系統方案暫定為：分別新建1回500 kV線路至臥龍變和十堰變，谷城-十堰500 kV線路途經漢水站址；220 kV接入系統方案暫定為分別新建2回220 kV線路至汾陽變和老河口變。將烈山至臥龍線路改接至韓崗，開斷臥龍-韓崗線路，將航空兩臺主變分母運行，分別由米莊和東津供電，開斷喬順1回，另1回線與汾順線對接形成汾喬線，將汾當線與汾翁線對接形成翁當線。

電氣計算表明：若考慮臥丹、臥均線的增容改造，開環方案三能通過主變N-1、線路N-1、重要廠站母線N-1及同通道線路N-2故障校核。并能有效抑制襄陽電網220 kV短路電流，周邊電網500 kV和220 kV母線短路電流均可控制在開關遮斷容量內。

圖1 鄂西北電網分片方案三Fig.1 Northwest Hubei Power Grid split scheme three

將襄陽南北開環后，棗陽北部暫由南部電網供電，未來依托襄東變220 kV接入系統可過渡到北部電網；臥丹、臥均線為原丹江電廠送出的線路，輸送能力及可靠性都不能滿足未來電網的需求，對其增容改造符合遠期電網規劃，因此方案三與目標網架結合較好。

排除開環方案一、二，推薦開環方案三。

4.3 過渡方案

開環方案實施前，500 kV電網N-2后的潮流穿越問題將一直存在。電網目前通過控制十堰送出和受入功率以及新建臥龍變穩控系統的方式來控制，運行風險較大[3]。

步驟7為滿足過渡期鄂豫斷面的送電需求，可以考慮在2018年底，提前建設臥龍-十堰500 kV線路（途經谷城、漢水站址），同時對220 kV襄順I/II回進行80℃溫升改造。過渡方案實施后，能同時加強臥龍-樊城和十堰-樊城兩個斷面。

經校核，該方案能大大提升十堰外送和受入能力，在無穩控措施時“十三五”期能保持鄂豫斷面現有輸電能力。因此，建議將其作為實施開環前的過渡方案。

5 結論

1）電磁環網開環不是一次性工作，而要提前規劃、分步實施。

2）在220 kV電網規劃時要體現分層分區的理念，制定電磁環網解環方案時應與目標網架相銜接。

3）鄂西北電網500/220 kV電磁環網開環方案建議：

a.2017年隨州輸變電、雙河主變擴建工程投產后，解開鄂西北電網與鄂東、鄂西電網間的電磁環網；

b.爭取2018年底投產臥龍-十堰500 kV線路（途經谷城、漢水站址），并同期對220 kV襄順I/II回進行80℃溫升改造，滿足電網過渡階段的運行需求；

c.2019-2020年，將臥龍-丹江、臥龍-均州220 kV輸電線路進行增容改造，為鄂西北電網南北分片創造條件；

d.2020年前后，投產谷城500 kV輸變電工程，通過一系列220 kV線路改接、串接工程，使臥龍變與谷城變單獨成片運行，實現鄂西北電網南北分片運行；

e.“十四五”期間，投產漢水500 kV輸變電工程，開斷汾當線、順當線，實現十堰-襄陽電磁環網開環運行；

f.根據地區負荷增長情況，逐步過渡到遠景年分片方案。

[參考文獻]（References）

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