大城市電網(wǎng)分區(qū)模式及互供方式研究

李亮玉

(國網(wǎng)河北省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，石家莊 050000)

大城市電網(wǎng)分區(qū)模式及互供方式研究

李亮玉

(國網(wǎng)河北省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，石家莊 050000)

針對(duì)大城市電網(wǎng)分區(qū)模式、分區(qū)互供方式進(jìn)行了研究，總結(jié)了分區(qū)電網(wǎng)形成的方式，分析了單500 kV變電站模式和多500 kV變電站模式的特點(diǎn)，研究了分區(qū)互供計(jì)算分析的方法，給出了分區(qū)互供原則。結(jié)合某實(shí)際分區(qū)電網(wǎng)進(jìn)行了互供方式計(jì)算分析。

城市電網(wǎng)；分區(qū)模式；互供方式；互供原則

根據(jù)DL 755—2001《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則》，隨著高一級(jí)電壓電網(wǎng)的建設(shè)，下級(jí)電壓電網(wǎng)應(yīng)逐步實(shí)現(xiàn)分區(qū)運(yùn)行，相鄰分區(qū)之間保持互為備用[1]。電網(wǎng)分區(qū)可以簡(jiǎn)化電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，以有效限制短路電流、簡(jiǎn)化繼電保護(hù)的配置，發(fā)揮高一級(jí)電壓等級(jí)的輸電能力，方便控制潮流，便于發(fā)現(xiàn)故障并有效隔離故障，以便于地區(qū)小系統(tǒng)安全自動(dòng)解列裝置的整定等[2-3]。

大城市一般是受端電網(wǎng)，具有電網(wǎng)用電量大，用電安全性要求高的特點(diǎn)。目前，國內(nèi)大城市電網(wǎng)如北京、上海、廣州電網(wǎng)外圍形成了500 kV環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，從城市外部接受電力，市區(qū)220 kV電網(wǎng)形成了分區(qū)供電格局[4]。分區(qū)電網(wǎng)一般為受端電網(wǎng)，從500 kV電網(wǎng)接受電力，經(jīng)220 kV主要下送通道下送電能，區(qū)內(nèi)形成以環(huán)網(wǎng)為主網(wǎng)架的結(jié)構(gòu)，并且分區(qū)內(nèi)有一定容量的發(fā)電機(jī)組，區(qū)間有一定的互供能力[5-6]。

隨著城市用電的進(jìn)一步增長，220 kV分區(qū)供電結(jié)構(gòu)不斷演變，研究合理的分區(qū)供電模式和發(fā)生嚴(yán)重故障時(shí)的互供方式，對(duì)于保障大城市電網(wǎng)用電安全有重要意義。

1 電網(wǎng)分區(qū)模式研究

1.1 分區(qū)電網(wǎng)的形成

為了實(shí)現(xiàn)合理的電網(wǎng)分區(qū)供電格局，應(yīng)在電網(wǎng)規(guī)劃的基礎(chǔ)上進(jìn)行分區(qū)供電研究，考慮規(guī)劃年電網(wǎng)的220 kV系統(tǒng)短路電流水平和電網(wǎng)分區(qū)供電的條件，配合電網(wǎng)新建和改造工程、運(yùn)行方式的調(diào)整等，在合適的時(shí)機(jī)斷開分區(qū)間聯(lián)絡(luò)實(shí)現(xiàn)分區(qū)供電。電網(wǎng)分區(qū)供電的實(shí)現(xiàn)包括以下幾種形式。

(1)500 kV變電站220 kV母線的分裂運(yùn)行。對(duì)于規(guī)劃年500 kV變電站220 kV母線短路電流超標(biāo)的情況，應(yīng)該考慮將220 kV母線分裂運(yùn)行，分裂運(yùn)行后，各220 kV分段母線分別向不同的分區(qū)供電。

(2)對(duì)于部分深入市區(qū)負(fù)荷中心的500 kV終端變電站，可以采用500 kV母線分裂運(yùn)行。分裂后不同的500 kV主變向不同分區(qū)供電，從而減少了500 kV電壓等級(jí)注入220 kV母線的短路電流。

(3)斷開原有220 kV線路，這種措施也可以減少不同分區(qū)間相互注入的短路電流，同時(shí)斷開線路可以作為分區(qū)間聯(lián)絡(luò)線冷備用。斷開線路通常選擇在潮流較小、斷面間連接較為薄弱的220 kV聯(lián)絡(luò)線。

(4)部分負(fù)荷集中地區(qū)的大型220 kV變電站220 kV母線分列運(yùn)行，分別從不同分區(qū)接受電力，也可以降低分區(qū)220 kV系統(tǒng)短路電流水平。

(5)分區(qū)供電后，可能出現(xiàn)不同分區(qū)內(nèi)電廠規(guī)模不平衡，部分分區(qū)缺乏電源支撐，而其他分區(qū)電廠規(guī)模過多。對(duì)于分區(qū)后電廠過多部分分區(qū)，可以將區(qū)內(nèi)部分電廠和機(jī)組并入相鄰的電源容量不足的分區(qū)。

1.2 單500 kV變電站模式

大型城市電網(wǎng)多是受端電網(wǎng)，分區(qū)電網(wǎng)內(nèi)接在220 kV及以下電壓等級(jí)上的電源容量有限，分區(qū)內(nèi)的電源來源主要是500 kV主變，因此，分區(qū)模式按500 kV變電站個(gè)數(shù)來劃分比較合理。一般分為單座500 kV變電站帶一片區(qū)域獨(dú)立運(yùn)行(單變電站模式)和多座500 kV變電站帶一片分區(qū)運(yùn)行(多變電站模式)[7-9]。

單變電站分區(qū)模式有一個(gè)500 kV聯(lián)絡(luò)點(diǎn)，500 kV變電站可能有多臺(tái)變壓器，如圖1所示。該分區(qū)模式的特點(diǎn)是：分區(qū)500 kV聯(lián)絡(luò)點(diǎn)失電后，區(qū)內(nèi)負(fù)荷較大時(shí)，區(qū)內(nèi)嚴(yán)重缺電，需要采取其他分區(qū)互供的措施；通常單變分區(qū)模式出現(xiàn)在分區(qū)形成初期，分區(qū)負(fù)荷較小，區(qū)內(nèi)有一定容量電源保證分區(qū)供電的可靠性。

圖1 單變電站分區(qū)模式示意圖

1.3 多500 kV變電站模式

多變電站分區(qū)模式有多個(gè)(通常2～3個(gè))500 kV聯(lián)絡(luò)點(diǎn)，每個(gè)500 kV變電站有多臺(tái)變壓器，其220 kV母線分裂運(yùn)行，如圖2所示。該分區(qū)模式的特點(diǎn)是：分區(qū)由多個(gè)500 kV聯(lián)絡(luò)點(diǎn)供電，220 kV以環(huán)網(wǎng)網(wǎng)架為主網(wǎng)架，區(qū)內(nèi)供電可靠性高；多變電站分區(qū)模式發(fā)展較為成熟，一般未來結(jié)構(gòu)變化不大。

圖2 多變電站分區(qū)模式示意圖

2 電網(wǎng)分區(qū)互供方式研究

城市電網(wǎng)分區(qū)運(yùn)行存在的重要問題是，分區(qū)間互供能力差[10]。在分區(qū)電網(wǎng)發(fā)展不平衡的情況下，一些分區(qū)供電可靠性差，在發(fā)生較嚴(yán)重的故障后，有充足供電裕度的相鄰分區(qū)能提供互供能力，可以減少分區(qū)內(nèi)嚴(yán)重故障后損失負(fù)荷的時(shí)間。

2.1 分區(qū)互供的總體思路

分區(qū)互供的總體思路如圖3所示。首先需要對(duì)分區(qū)進(jìn)行嚴(yán)重事故下的供電能力分析，根據(jù)計(jì)算結(jié)果形成需要互供的故障集。分區(qū)嚴(yán)重故障一般考慮分區(qū)內(nèi)一個(gè)500 kV聯(lián)絡(luò)點(diǎn)的主變?nèi)９收希?00 kV站220 kV母線全停故障，220 kV環(huán)網(wǎng)線路N-1、N-2故障(特別是重要下送通道)，單個(gè)電廠全停故障。如果分區(qū)在嚴(yán)重事故下，可以滿足供電要求，沒有過載和電壓越限情況，則不需要進(jìn)行分區(qū)互供研究；相反，則需要研究該分區(qū)嚴(yán)重故障情況下的互供方案。

圖3 分區(qū)互供的總體思路

分區(qū)間互供方式主要有兩種，分別是500 kV站220 kV母聯(lián)、220 kV聯(lián)絡(luò)線。在正常運(yùn)行時(shí)，相鄰分區(qū)間聯(lián)絡(luò)處于開斷狀態(tài)，當(dāng)該分區(qū)故障不能滿足供電要求時(shí)，應(yīng)閉合部分聯(lián)絡(luò)以提供功率支援，保證供電可靠性。同時(shí)針對(duì)不同的嚴(yán)重故障，應(yīng)選擇最有效的互供方式，對(duì)于互供能力不能解決的嚴(yán)重故障，要考慮分區(qū)內(nèi)的拉路限電措施；從不同分區(qū)供電的220 kV變電站母聯(lián)，可以作為負(fù)荷轉(zhuǎn)移通道。

2.2 電網(wǎng)分區(qū)互供的原則

結(jié)合實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，提出以下分區(qū)互供應(yīng)遵循的基本原則。

(1)分區(qū)故障時(shí)，盡量選取失去電源附近的互供通道，以便能起到“互供”作用，同時(shí)減少功率遠(yuǎn)距離傳輸?shù)膿p耗。

(2)有多個(gè)相鄰分區(qū)提供互供時(shí)，優(yōu)先選擇有充足供電裕度的相鄰分區(qū)，防止互供造成相鄰分區(qū)線路或主變過載，造成故障范圍擴(kuò)大。

(3)考慮避免短路電流過大，優(yōu)先從一個(gè)分區(qū)提供互供，避免從兩個(gè)以上分區(qū)提供互供；優(yōu)先選擇閉合一種互供聯(lián)絡(luò)通道。

(4)對(duì)于規(guī)劃年度各種嚴(yán)重故障進(jìn)行計(jì)算分析，確定合理的互供措施，以備調(diào)度運(yùn)行參考。

3 算例分析

3.1 分區(qū)電網(wǎng)算例

選取某大城市電網(wǎng)的一個(gè)分區(qū)進(jìn)行故障情況下的分區(qū)互供論證。算例分區(qū)接線如圖4所示，分區(qū)電網(wǎng)由兩個(gè)500 kV變電站供電，兩個(gè)變電站220 kV母線正常分裂運(yùn)行，區(qū)內(nèi)電廠1座，區(qū)內(nèi)220 kV變電站7座，與相鄰分區(qū)聯(lián)絡(luò)線雙回。

圖4 算例分區(qū)接線圖

對(duì)分區(qū)電網(wǎng)進(jìn)行嚴(yán)重故障計(jì)算，計(jì)算區(qū)內(nèi)小負(fù)荷、大負(fù)荷方式情況下的嚴(yán)重故障，形成分區(qū)需要互供的故障集如表1所示。

表1 分區(qū)需要互供的故障集

分區(qū)需要互供的嚴(yán)重故障為：500 kV變電站I兩臺(tái)主變?nèi)９收希謪^(qū)失去較多電源，分區(qū)負(fù)荷由分區(qū)內(nèi)電廠、500 kV變電站II的一臺(tái)主變供電，造成主變過載；500 kV變電站I至220 kV變電站3雙回下送通道故障，分區(qū)內(nèi)負(fù)荷中心由區(qū)內(nèi)電廠和500 kV II站的下送通道供電，造成500 kV II站的下送通道過載。

3.2 分區(qū)互供方式計(jì)算分析

(1)故障1互供方案計(jì)算。對(duì)于故障1，根據(jù)分區(qū)互供原則，優(yōu)先選取失去電源附近的互供通道，即閉合500 kV變電站I的220 kV側(cè)母聯(lián)開關(guān)。互供前后500 kV變電站II主變負(fù)載率如表2所示。

表2 互供前后500 kV變電站II主變負(fù)載率

采取互供方式后分區(qū)內(nèi)主變不再過載，相鄰分區(qū)主變及線路亦無過載情況。母聯(lián)開關(guān)聯(lián)絡(luò)通道負(fù)載率為85.1%，不過載。互供方案可解決故障1引起的過載問題。

(2)故障2互供方案計(jì)算。對(duì)于故障2，選取互供方式為：閉合220 kV備用聯(lián)絡(luò)線。互供前后500 kV變電站II至220 kV變電站4雙回負(fù)載率如表3所示。

表3 互供前后分區(qū)內(nèi)相關(guān)元件負(fù)載率

雙回線路聯(lián)絡(luò)通道負(fù)載率為71.6%，由此可見，互供方案可解決故障2引起的過載問題。

4 結(jié)語

(1)單變分區(qū)模式出現(xiàn)在分區(qū)形成初期，區(qū)內(nèi)需要有一定容量電源保證分區(qū)供電可靠性；多變電站分區(qū)模式發(fā)展較為成熟，分區(qū)由多個(gè)500kV聯(lián)絡(luò)點(diǎn)供電，區(qū)內(nèi)供電可靠性高。

(2)應(yīng)對(duì)規(guī)劃年度各分區(qū)各種嚴(yán)重故障進(jìn)行計(jì)算分析，確定需要互供的故障集，選擇合理的互供通道，并對(duì)互供方式進(jìn)行計(jì)算分析。

(3)對(duì)于現(xiàn)有互供方式均不能解決的故障，需要考慮負(fù)荷轉(zhuǎn)移，拉閘限電等措施，并及時(shí)安排相應(yīng)新建、改造工程等保證分區(qū)供電可靠性。

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(本文編輯：趙艷粉)

Research on Partition and Mutual Supply Modes of Metropolitan Power Grid

LI Liangyu

(State Grid Hebei Economic Research Institute, Shijiazhuang 050000, China.)

This paper studies the partition modes and mutual supply modes of metropolitan power grid, summarizes the partition grid formation pattern, and analyzes the features of single-500kV-substation mode and multi-500kV-substation mode. Then, the methods of calculating and analyzing mutual supply are researched, and mutual supply principles is provided. Finally, mutual supply modes of an actual partition grid are calculated and analyzed.

metropolitan power grid; partition mode; mutual supply mode; the principle of mutual supply

10.11973/dlyny201702005

李亮玉(1990—)，男，碩士，從事電網(wǎng)規(guī)劃和系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作。

TM712

B

2095-1256(2017)02-0112-04

2016-11-29