甘肅電網重要斷面穩控措施研究

宋建光，姚　巽

(國網甘肅省電力公司調度控制中心，甘肅 蘭州　730030)

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甘肅電網重要斷面穩控措施研究

宋建光，姚巽

(國網甘肅省電力公司調度控制中心，甘肅 蘭州730030)

甘肅電網是西北電網的重要組成部分。由于地處西北電網中心地帶，肩負著“西電東送”和“北電南送”的重任，與新疆、青海、寧夏、陜西4省均有重要750 kV的聯絡線。由于甘新斷面、甘青斷面、甘寧斷面和甘陜斷面均通過較大功率，甘肅電網的穩定與否也就成了西北電網穩定與否的關鍵。仿真了各個斷面在N-2故障下重要發電機相對功角和重要750 kV交流線頻率，提出了針對實際情況的穩控措施，對提高甘肅電網重要斷面的穩定性有一定指導作用。

甘肅電網；斷面；穩控措施

0　引　言

甘肅電網處于西北電網的中部，是西北電網的主要組成部分，主網電壓等級為750 kV、330 kV[1]。目前，甘肅電網總裝機量約為30 000 MW，地區負荷約為15 000 MW，外送需求迫切。尤其是甘肅西北部敦煌橋灣地區大量風電接入、河西地區大量光伏接入，而這些地區負荷不大無法就地消納，使得新能源外送需求迫切[2]。甘肅電網總體結構是細長型，甘肅西北部和甘肅南部通過細長的河西走廊相連。在西電東送的大形勢下，新疆送到甘肅和甘肅西北部的新能源主要通過河西走廊中的線路輸送至甘肅南部，再經由甘肅南部進行外送。相對來說，甘肅西北部與新疆、青海聯系緊密，甘肅南部與陜西、寧夏、青海西寧地區聯系緊密，而西北部和南部聯系相對來說不緊密[3]。

隨著大規模聯合電力系統的逐步形成，遠距離和大功率輸電線路的出現，系統發生事故導致大面積停電的概率增加，而保證安全可靠的供電是電力系統運行的首要要求，因此對系統進行安全穩定分析是十分必要和重要的[4]。文獻[5]分析了甘肅電網冬季及夏季大運行方式下系統的動態穩定性。文獻[6]提出了甘肅隴南南部電網運行優化及安全穩定的控制方案，對如何根據實際情況采取穩控措施給出了有益的分析。

下面對甘肅內部斷面和與外部聯絡斷面進行了N-1故障掃描，重點仿真了甘陜斷面、甘寧斷面、甘青斷面、甘新斷面和甘肅內部斷面在N-2故障下重要發電機相對功角和重要750 kV交流線頻率，提出了針對實際情況的穩控措施，對提高甘肅電網重要斷面的穩定性有一定指導作用。

1　N-1故障下的穩控措施

對甘肅內部斷面和與外部聯絡斷面進行N-1故障掃描，大部分均未發現元件過載情況，未發現嚴重故障情況。僅僅是敦煌變電站N-1下有可能發生過載情況，如表1所示。

表1　典型方式下甘肅750 kV各主變壓器的通過功率

750 kV敦煌變電站接入風電規模大，330 kV及以下電壓等級接入的風電容量達到7 000 MW左右，在輸電通道允許時，風電出力可達到4 000 MW以上。敦煌變電站主變壓器規模為2×2 100 MVA，正常時需預控上網功率不超過主變壓器容量。在主變壓器N-1故障時，如果超過主變壓器容量，則需要根據情況采取安控措施切除部分風電，保證敦煌變電站滿足N-1要求。

2　N-2故障下的穩控措施

由于N-1故障不會造成嚴重后果，因此重點研究N-2故障下各個斷面的穩控措施，包括甘陜斷面、甘寧斷面、甘青斷面、甘新斷面和甘肅內部斷面。

2.1甘陜斷面

2015年甘陜斷面網絡結構發生重要變化： 第二聯絡通道750 kV天水—寶雞雙回線投運，與750 kV平涼—乾縣雙回線形成雙通道；同時天水—寶雞330 kV線路開斷，解開750 kV/330 kV電磁環網。

陜甘斷面輸送方式一般為西電東送，經仿真，輸送功率極限受限于750 kV乾縣—平涼雙回線N-2故障后750 kV天水—寶雞雙回線的靜態穩定水平，穩定極限約為8 200 MW。因此提出穩控措施，在正常運行方式下，控制甘陜斷面輸送功率不超過8 200 MW。在現有夏季大運行方式下，分別設置重要750 kV線路N-2故障，故障均是750 kV雙回線短路，監視甘肅南部地區重要發電機功角是否失步以及頻率是否可以保持穩定；同時，檢驗以往穩控措施合理與否，如果不合理，提出新的合理的穩控措施。

下面，以乾縣—平涼雙回線為例，設置N-2故障：發生異名兩相同時接地故障，重合不成功雙回線三相同時跳開。利用軟件進行故障設置，進行仿真后得到結果。監視甘肅南部重要發電機功角如圖1所示。

圖1　乾縣—平涼重要發電機相對功角曲線

圖1是故障之后，甘肅南部重要發電機的相對功角曲線。選取甘肅平涼電廠為參考，監測陜西電廠和其他甘肅電廠相對平涼電廠的相對功角。從圖1上可以看出，故障之后發電機相對功角略有波動，但未超過180°。說明系統可以保持暫態穩定。

同時監測南部重要750 kV母線的頻率，如圖2所示。

由圖2可以看出，故障之后母線頻率略有波動，但很快恢復穩定。頻率波動中極限值為50.06 Hz和49.98 Hz，在允許的范圍內。所以頻率穩定，無需進行切機或者切負荷的穩控措施。經分析，乾縣—平涼事故前功率約為2 092 MW，事故后功率絕大部分轉由天水—寶雞輸送。對夏季大運行方式做完仿真后，再對冬季大運行方式進行仿真。結果發電系統仍可保持暫態穩定。此外，還仿真了蘭州東—平涼、蘭州東—天水和寶雞—天水回路的N-2故障，細節不再贅述。

圖2　乾縣—平涼重要750 kV交流線頻率

甘陜斷面仿真分析的主要結論和穩控措施如下：2014年甘陜斷面第2通道蘭州東—天水—寶雞750 kV線路投入，使得甘陜斷面輸電能力大大增強。經過校驗，確定甘陜斷面靜態穩定極限為8 200 MW。當其中一個通道發生N-2故障時，原來由該通道輸送的功率轉由另外一個通道輸送；同時，由于目前運行方式下，甘陜斷面輸送功率并不大，綜合上述兩點原因，4個重要750 kV線路發生N-2故障并不會造成系統失步和不穩定。部分故障需要采取穩控措施，其中乾縣—平涼N-2故障需要采取新的穩控措施：天水變電站加裝穩控裝置，監測乾縣—平涼雙回線。一旦發生N-2故障，切除崇信、平涼、西固等電廠機組約1 000 MW，以保證主變壓器不過載。蘭州東—平涼N-2故障需要采取如下穩控措施：切除平涼或景泰一臺機150 MW，以維持系統頻率穩定。天水—寶雞N-2故障采取穩控措施如下：平涼變電站裝置監測天水—寶雞雙回線，一旦發生N-2故障，切除崇信、平涼、西固等電廠機組約900 MW，以保證平涼變電站不過載。

為此提出建議，隨著甘肅西北部新能源的接入，甘肅西電東送的需求愈加迫切。可以預見，甘陜斷面在未來輸送的功率可能會持續增加，因此，條件允許可以在天水變電站、平涼變電站再分別加裝1臺2 100 MW的主變壓器。加裝主變壓器后，將有效提高斷面功率的輸送能力。發生N-2故障后，也不用再進行切機。

2.2甘寧斷面

甘寧斷面網架結構變化：2015年甘寧斷面第2通道平涼—六盤山—太陽山750 kV工程投運，甘寧斷面形成了4回750 kV聯絡線，考慮斷開原甘寧斷面330 kV聯絡線路，解開750/330 kV電磁環網。第2通道投運后，甘寧斷面功率輸送能力大大提高，同時在北電南送的情況下緩解了白銀—黃河線路的壓力。在現有夏季大運行方式下，分別設置甘寧斷面的重要750 kV線路N-2故障，故障均是750 kV雙回線短路，監視甘肅南部地區重要發電機功角是否失步以及頻率是否可以保持穩定。

下面，以黃河—白銀雙回線為例，設置N-2故障：發生異名兩相同時接地故障，重合不成功雙回線三相同時跳開。利用軟件進行故障設置，進行仿真后得到結果。監視甘肅南部重要發電機功角和重要750 kV交流線頻率如圖3和圖4所示。

圖3　黃河—白銀重要發電機相對功角曲線

圖4　黃河—白銀重要750 kV交流線頻率

從圖3中可以看出故障發生后發電機之間并沒有發生失步問題。可以認為系統保持了暫態穩定。從圖4中可以看出，甘寧斷面上的交流線和附近的交流線頻率會略有上升，但在允許范圍之內，所以在現有的運行方式下無需采取穩控措施。

綜上所述，黃河—白銀N-2故障不需要采取穩控措施。此外，還仿真了蘭州東—白銀、武勝—白銀回路的N-2故障，細節不再贅述。

2.3甘青斷面

2015年甘青斷面網架結構并未發生重大變化，由750 kV武勝—西寧交流線和750 kV蘭州東—官亭構成。在現有夏季大運行方式下，分別設置重要750 kV線路N-2故障，故障均是750 kV雙回線短路，監視甘肅南部地區重要發電機功角是否失步以及頻率是否可以保持穩定。

下面，對武勝—西寧、蘭州東—官亭雙回線設置N-2故障：發生異名兩相同時接地故障，重合不成功雙回線三相同時跳開。利用軟件進行故障設置，進行仿真后得到結果。下面直接給出主要的分析結論和穩控措施。

相對而言，武勝—西寧輸送功率較大，而蘭州東—官亭輸送功率較小，所以武勝—西寧發生故障時對系統影響較大需要采取穩控措施以保證系統頻率穩定；而蘭州東—官亭發生故障時對系統影響不大，故而無需采取穩控措施。在蘭州東變電站加裝穩控裝置，蘭州東變電站監測武勝—白銀線路，一旦發生N-2故障，將切機命令下發至蘭鋁、西固、連城等電廠，切機量整定在290 MW左右。

2.4甘新斷面

2015年甘新斷面第2通道甘肅沙洲—新疆哈密南投運，和原來第1通道甘肅敦煌—新疆哈密形成4回線的聯絡通道。第2通道的投入使得斷面間的輸送功率大大提高，即使其中1個通道發生故障，另1個通道也可以傳輸盈余功率。分別對沙洲—哈密南、敦煌—哈密、敦煌—酒泉雙回線設置N-2故障：發生異名兩相同時接地故障，重合不成功雙回線三相同時跳開。利用軟件進行故障設置，進行仿真后得到結果。主要的分析結論和穩控措施如下。

沙洲—哈密南N-2故障下的穩控措施，由于敦煌主變壓器是重載主變壓器，所以一旦敦煌—哈密線路輸送功率上升，有可能會超過敦煌主變壓器的額定容量。由此制訂穩控措施，沙洲—哈密南發生N-2故障后，敦煌變電站下發切機命令，切除敦煌地區上網風電300 MW，依次保證敦煌主變壓器不過載。

敦煌—哈密N-2故障，該故障發生后系統保持暫態穩定，頻率不會受到明顯影響，主變壓器不存在過載問題，因此無需采取穩控措施。

敦煌—酒泉N-2故障下的穩控措施，該故障一旦發生，在沙洲變電站、敦煌變電站加裝振蕩解列裝置，故障發生后新疆機組和整個西北電網機組失步，因此解開沙洲—哈密南雙回線、敦煌—哈密雙回線，使得新疆電網脫離出整個西北電網。采取解列措施后，使得甘肅電網不再受新疆電網影響，發電機功角穩定，頻率穩定；另一方面，解列后甘肅敦煌地區風電無法送出，而本地負荷無法消納：所以在解列的同時需要進行切機，切除敦煌、橋灣地區全部上網風電，以保持敦煌地區的頻率穩定。

2.5甘肅內部斷面

經過上面的分析，甘肅網架中750 kV的交流線基本都已經分析完畢，只剩下酒泉—河西750 kV雙回線需要研究。由于酒泉—河西處在狹長的河西走廊上，是甘肅電網西電東送的唯一通道，所以發生故障后可能會造成嚴重后果。設置N-2故障：發生異名兩相同時接地故障，重合不成功雙回線三相同時跳開。利用軟件進行故障設置，進行仿真后得到結果。監視酒泉—河西750 kV雙回線重要發電機功角和重要750 kV交流線頻率，如圖5和圖6所示。

圖5　酒泉—河西重要發電機相對功角曲線

圖5中可以看出，酒泉地區發電機相對功角穩定，甘肅南部地區發電機相對功角穩定，但酒泉地區相對甘肅南部地區發電機功角振蕩劇烈，說明系統已經失去暫態穩定。

從圖6可以明顯發現，西北地區頻率嚴重失穩。說明系統已經失去穩定，需要采取穩控措施去解決問題。經過進一步分析，發現新疆電網機組、甘肅西北部酒泉地區機組和全網失步，因此應該采取解列措施。

圖6　酒泉—河西重要750 kV交流線頻率

解列斷面選擇泉魚斷面，即酒泉—河西、沙洲—魚卡。酒泉—河西已經發生N-2故障，此時應解開沙洲—魚卡雙回線，使得新疆地區連帶甘肅西北部地區解列出西北主網；同時，由于甘肅西北部地區敦煌、橋灣上網風電無法送出，需要進行部分切機，切機量經過仿真整定在2 600 MW左右較為合適。

由此，提出酒泉—河西N-2故障下的穩控措施：酒泉變電站加裝穩控裝置，監測酒泉—河西線路狀況，一旦發生N-2故障，傳遞命令至沙洲變電站，解開沙洲—魚卡雙回線；同時，向敦煌變電站、橋灣變電站發出切機命令，切除敦煌、橋灣地區上網風電和酒泉熱電廠1臺機共計2 600 MW。

采取穩控措施之后，酒泉—河西750 kV雙回線重要發電機功角和重要750 kV交流線頻率如圖7和圖8所示。

圖7　采取穩控措施后酒泉—河西重要發電機相對功角曲線

圖8　采取穩控措施后酒泉—河西重要750 kV交流線頻率

由此可見，采取穩控措施之后系統相對功角穩定、交流線路頻率穩定，可以認為穩控措施得當。主要的分析結論和穩控措施如下：

地處狹長的河西走廊地區，酒泉—河西750 kV肩負著甘肅電網西電東送的重任；同時，酒泉—河西也是唯一的輸送通道：所以，一旦發生故障，將導致甘肅西北部和甘肅南部發電機失步，系統失去暫態穩定。此時，就需要進行解列，以保持系統的穩定性。穩控措施如下：酒泉變電站加裝穩控裝置，監測酒泉—河西線路狀況，一旦發生N-2故障，傳遞命令至沙洲變電站，解開沙洲—魚卡雙回線；同時，向敦煌變電站、橋灣變電站發出切機命令，切除敦煌、橋灣地區上網風電和酒泉熱電廠1臺機共計2 600 MW。

3　結　論

通過對甘肅電網幾個重要斷面的故障進行仿真，得出了N-1故障對電網穩定影響并不嚴重的結論，在N-2故障下分析了故障對重要發電機相對功角和重要750 kV交流線頻率的影響，并提出了合理的穩控措施。甘陜斷面網絡結構發生了重要變化，提出了在部分地區加裝主變壓器等新的穩控措施。甘寧斷面在現有的運行方式下無需采取穩控措施。甘青斷面中武勝—西寧發生故障時對系統影響較大需要采取穩控措施以保證系統頻率穩定，而蘭州東—官亭發生故障時對系統影響不大，故無需采取穩控措施。對于甘新斷面，故障一旦發生，在沙洲變電站、敦煌變電站加裝振蕩解列裝置，故障發生后新疆機組和整個西北網機組失步，因此解開沙洲—哈密南雙回線、敦煌—哈密雙回線，使得新疆電網脫離出整個西北電網。由于甘肅內部斷面地處狹長的河西走廊地區，酒泉—河西也是唯一的輸送通道，所以，一旦發生故障，將導致甘肅西北部和甘肅南部發電機失步，系統失去暫態穩定。此時，需要進行解列，以保持系統的穩定性。

[1]梁才,劉文穎,周喜超,等. 750 kV電網在甘肅電網中的降損作用分析[J]. 電網技術,2012，36(2):100-103.

[2]董立娟. 大規模風電接入對甘肅電網安全運行影響的研究[D].保定：華北電力大學,2012.

[3]史兆杰. 甘肅河西電網750/330 kV電磁環網解環研究[D].蘭州：蘭州理工大學,2011.

[4]蔡希鵬,柳勇軍,徐光虎,等. 海南電網與主網聯網后的穩控措施研究[J]. 南方電網技術,2009，3(5):46-49.

[5]智勇,王官宏,肖洋,等. 750 kV線路投運后甘肅電網動態穩定性分析[J]. 電力系統保護與控制,2011，39(3):114-118.

[6]米雪峰. 甘肅隴南南部電網運行優化及安全穩定控制方案[D].保定：華北電力大學,2013.

Gansu power grid is an important part of the northwest power grid. It is located in the center of Northwest Power Grid and bears the "west to east" and "north to south" transmission tasks. It has important 750 kV tie lines with Xinjiang, Qinghai, Ningxia and Shanxi provinces. The stability of Gansu power grid is the key to the stability of the Northwest Power Grid because the power going through the sections of Gansu-Xinjiang, Gansu-Qinghai, Gansu-Ningxia and Gansu-Shanxi is great. The relative power angles of important generators and frequency of important 750 kV AC lines underN-2 fault are simulated. The stability control measures for the actual situation are proposed and it plays a guiding role to improve the stability of the important sections of Gansu power grid.

Gansu power grid; section; stability control measures

TM74

A

1003-6954(2016)04-0078-06

2016-02-14)

宋建光(1980)，工程師，主要研究方向為電網調度、電力系統穩定性；

姚巽(1984)，工程師，主要研究方向為電網調度、電力系統穩定性。