環天山西段大環網投運初期對新疆電網運行風險分析

周 專，呂 盼，宋新甫，趙志強，王新剛，張 艷，左 雅

(1.國網新疆電力公司經濟技術研究院，新疆 烏魯木齊 830002；2.國網新疆電力公司發展策劃部，新疆 烏魯木齊 830000)

環天山西段大環網投運初期對新疆電網運行風險分析

周 專1，呂 盼1，宋新甫1，趙志強2，王新剛2，張 艷2，左 雅2

(1.國網新疆電力公司經濟技術研究院，新疆 烏魯木齊 830002；2.國網新疆電力公司發展策劃部，新疆 烏魯木齊 830000)

隨著750 kV伊犁—庫車輸變電工程建成投運，屆時將形成環天山西段大環網，環網線路長度合計約1 800 km。環天山西段大環網的建成，打通了南北疆電力互供的通道，形成南北疆互供格局，提升伊犁地區、南疆五地州清潔能源消納能力。但是由于環天山西段大環網中兩變電站之間均通過單回750 kV線路聯系，環網中任一回750 kV線路故障將導致大規模、大范圍潮流轉移，嚴重影響電網安全穩定運行。同時750 kV伊庫線穿越高海拔地區，氣候條件惡劣，運行環境復雜，進一步惡化了電網可靠運行，致使外界對構建環天山西段大環網的作用產生了疑惑。因此從供電可靠性、送電能力、安全穩定性、清潔能源消納能力等方面對環天山西段大環網投運初期進行分析，詳細對比分析環天山西段大環網投運后對新疆電網運行帶來的好處以及投運后對新疆電網運行產生的風險，消除外界對構建環天山西段大環網疑慮，同時為指導環天山西段大環網安全穩定運行提供了重要技術支撐。

環天山西段大環網；750 kV伊庫線；送電能力；安全穩定性

0 引 言

2016年11月750 kV伊犁—庫車輸變電工程建成投運，形成了環天山西段750 kV大環網。環天山西段大環網西起伊犁變電站，途經烏蘇、鳳凰、烏北(亞中)、達坂城、吐魯番、巴州、庫車、伊犁共8座750 kV變電站，12條750 kV線路，環網中750 kV線路長度合計約1 800 km，環網中各750 kV變電站多為單主變壓器，且大部分變電站通過單回750 kV聯系。

環天山西段大環網建成后，打通了南北疆電力互供的通道，形成南北疆互供格局，提升伊犁地區、南疆五地州清潔能源消納能力。同時750 kV伊庫線投運縮短了南疆地區與主網的電氣距離，提高了南疆地區短路水平和南疆電網運行的穩定性。但是由于環天山西段大環網中兩變電站之間均通過單回750 kV線路聯系，環網中任一回750 kV線路故障將導致大規模、大范圍潮流轉移，電壓波動幅度較大，嚴重影響電網安全穩定運行[1-4]。同時環網中任何一回750 kV線路檢修，將打破環網運行結構，形成長鏈式串供格局，供電可靠性、供電能力將大幅下降。750 kV伊庫線穿越高海拔地區，氣候條件惡劣，運行環境復雜，進一步惡化了電網可靠運行，致使外界對構建環天山西段大環網的作用產生了疑惑。

因此為消除外界對構建環天山西段大環網的懷疑，下面從供電可靠性、送電能力、安全穩定性、清潔能源消納能力等方面對環天山西段大環網投運初期進行分析；詳細對比分析環天山西段大環網投運后對新疆電網運行帶來的好處以及投運后對新疆電網運行產生的風險，以消除外界對構建環天山西段大環網疑慮；同時為指導環天山西段大環網安全穩定運行提供了重要技術支撐。

1 伊犁—庫車750 kV輸變電工程概況

環天山西段大環網供電區域涵蓋新疆10個地州，供電區域面積約占新疆總面積的3/5。環天山西段大環網由8座750 kV變電站(變電容量21 500 MVA)，12條750 kV線路(線路長度合計約1 800 km)組成。環網中線路最長、環境最為惡劣的工程為伊犁—庫車750 kV輸變電工程，該工程需要穿越天山山脈，工程難度大，工程前期論證耗時約5年，前后編制幾十本專題分析報告。

伊犁—庫車750 kV輸變電工程包括3個單項工程：伊犁750 kV變電站擴建工程、庫車750 kV變電站伊犁Ⅰ間隔擴建工程、伊犁—庫車750 kV線路工程，線路全長361 km，工程總投資17.9億元。750 kV伊庫線建成后新疆電網750 kV網架結構如圖1所示。

750 kV伊庫線起自尼勒克縣蘇布臺鄉西側的750 kV伊犁變電站，止于庫車縣蘇巴什古城遺址西南側的750 kV庫車變電站。線路途經伊犁地區伊寧縣、尼勒克縣、新源縣、鞏留縣和巴音郭楞州和靜縣以及阿克蘇地區庫車縣。線路兩次翻越天山山脈，海拔在800～3 750 m之間，地形以山地和高山大嶺為主(山地占37.4%，高山占21.6%)，是中國輸電線路史上首次跨越冰川和高山凍土區的線路工程，線路大部分地區地勢陡峭、高差大、地質條件復雜，交通條件惡劣，施工難度大，運行檢修困難。

圖1 新疆電網750 kV網架結構

由于750 kV伊庫線跨越天山山脈，所處自然條件惡劣，地形復雜；同時因氣候條件惡劣，天山山脈每年只有5～10月份適宜安排巡線及相關檢修工作，檢修難度大；且750 kV伊庫輸電距離長，從而導致750 kV伊庫線運行可靠性無法得到保障，影響環天山西段大環網運行可靠性：因此有必要分析環天山西段大環網建成投運初期對新疆電網運行的影響。

2 環天山西段大環網投運初期優點分析

環天山西段大環網投運后，打通了南北疆電力互供的大通道，縮短了南疆電網與主網的聯系，見圖2所示。環天山西段大環網投運后對電網的供電可靠性、送電能力、安全穩定性、清潔能源消納能力等方面均起到一定的好處。主要表現在以下幾個方面：

圖2 環天山西段大環網投運后南北疆電力互供示意圖

1)提升清潔能源消納能力

環天山西段大環網投運后，實現了南北疆電力互供、水電與光伏互補的格局。伊犁水電大發、南疆受電情況下，伊犁水電和西北部新能源直送南疆五地州，縮短送電距離1 100 km。伊犁水電小發，南疆水電、光伏大發情況下，南疆盈余電力通過750 kV伊庫線直送北疆各地區，縮短送電距離1 100 km。750 kV伊庫線投運后增加了南部盈余電力外送以及北電南送的通道，可以實現南北疆地區多能源之間的互補，提高新疆電網的調峰容量，提升清潔能源的消納能力。

2)提升系統短路電流水平

環天山西段大環網后，南疆電網與主網僅通過一回750 kV(巴吐二線)和2回220 kV(什金一、二線)線路聯系的局面得到改善，南北疆電網之間電氣聯系進一步加強[4-6]。750 kV伊庫線投運后，南疆地區750 kV電壓等級短路水平均有一定的提升。750 kV伊庫線投運后，分別減小伊犁、庫車的系統阻抗30%、25%；提升750 kV伊犁變短路電流水平2.9 kA，提升750 kV庫車變短路電流水平2.7 kA，詳見表1。

表1 環天山西段大環網投運前后系統短路電流水平變化差異 單位：kA

3)提高了供電可靠性

在我國公用事業政府主導、商業化不足的基本國情下，政府應在統籌各類規劃的基礎上主導制定再生水規劃。借鑒國外經驗，規劃制度應當體現多層次、多部門的要求，規劃內容必須全面涉及經濟、社會、環境、人力的可行性，規劃必須注重市場調查，規劃的技術環節必須完整。需要結合我國國情以及各地區區情，考慮再生水規劃與其他規劃的關系，盡快建立再生水規劃體系。特別需要處理好再生水利用與現有污水處理設施的關系，并將再生水規劃納入一般水資源規劃和城市供水規劃。

環天山西段大環網后，形成了環網運行格局，南疆長距離單線串供形勢得到改善。伊犁—庫車750 kV輸變電工程未投運之前，伊犁電網僅通過單臺750 kV主變壓器、1回750 kV線路與主網相聯，伊犁地區存在孤網運行風險，750 kV鳳蘇線、伊蘇線跳閘存在頻率穩定問題，其嚴重依賴伊犁地區機組的一次調頻性能，同時嚴重依賴伊犁地區安全穩定控制裝置，存在損失負荷風險。伊犁—庫車750 kV輸變工程投運后，伊犁地區孤網運行風險降低，供電可靠性得到提高。

4)提升了南北疆送出能力

750 kV伊庫線投運后，增加了南北疆電力送出通道，縮短了末端電網與主網的電氣距離，從而提高了電網安全穩定水平，各主要外送通道送電能力主要受制于斷面中220 kV小截面導線限制[7-10]。通過計算分析750 kV伊庫線投運后，伊犁送出斷面、南疆送出斷面均有較大幅度的提升。伊犁送出斷面送出能力由原來的900 MW提高到1 800 MW；南疆三地州送出斷面送出能力由原來的700 MW提高到1 500 MW；南疆五地州送出斷面送出能力由原來的800 MW提高到1 500 MW。

5)改善了動態穩定特性

750 kV伊庫線投運后，加強了南疆與北疆之間的電氣聯系，提高了新疆電網的動態穩定性，尤其是南疆相對新疆主網的動穩水平。伊庫線投運前，新疆電網機組參與的阻尼比小于0.11的低頻振蕩模式中，有4個區域振蕩模式，見表2，不存在弱阻尼的振蕩模式，也不存在局部振蕩模式。伊庫線投運后，新疆電網機組參與的阻尼比小于0.11的低頻振蕩模式中，有3個區域振蕩模式，見表3。各振蕩模式下阻尼比相對于750 kV伊庫線投運之前均有一定的提高，動穩定水平得到一定的提升。

表2 環天山西段大環網投運前新疆電網主要振蕩模式

表3 環天山西段大環網投運后新疆電網主要振蕩模式

3 環天山西段大環網投運初期風險分析

由于環天山西段大環網覆蓋范圍廣，環網各線路多為單回750 kV線路，任何一回750 kV檢修或跳閘將打破環網運行格局，同時750 kV伊庫線運行環境惡劣，對電網正常運行及檢修帶來一定的風險，主要表現在以下幾個方面：

750 kV伊庫線投運后，形成環天山西段大環網，環網中任意一回線路跳閘，將導致潮流發生大范圍轉移。尤其是北部750 kV線路故障將導致北部盈余電力通過750 kV伊庫線大范圍轉移至南疆電力送出通道(750 kV巴吐二線)，與南疆地區能源擠占外送通道，從而造成750 kV巴州變低電壓，見圖3。鳳蘇、伊蘇電磁解環方式下，750 kV鳳蘇、伊蘇線故障跳閘，受功率轉移造成的低電壓，需根據伊犁外送功率，按1∶1比例切除伊犁地區機組。

圖3 750 kV巴州變電站750 kV電壓變化曲線

2)電磁環網運行方式下，220 kV層面承載能力不足，受220 kV小截面導線過載限制，制約送電能力

環天山西段大環網中下一電壓等級(220 kV電壓等級)存在較多的小截面導線，與750 kV線路構成一個送出通道。由于220 kV層面承載能力不足，在750/200 kV電磁環網運行方式下，若750 kV線路發生跳閘，潮流轉移至220 kV層面，將導致220 kV小截面導線過載，見圖4。

鳳蘇、伊蘇線路電磁合環運行時，鳳蘇線或伊蘇線發生故障，原750 kV線路上傳輸的功率將有50%轉移至220 kV系統，有可能造成克野線、野石東線、瑪石東線、奎崇一線、崇石西線、林尼線、伊尼線共計7條小截面導線傳輸功率超過熱穩定極限。

圖4 750 kV線路故障后220 kV小截面導線功率變化曲線

3)潮流轉移，造成穩控策略復雜化

750 kV鳳蘇、伊蘇、巴庫、吐巴線路在750/220 kV電磁環網運行方式下，發生N-1故障，潮流將分別由220 kV系統和750 kV系統轉供，且潮流轉移量與北部及南疆開機方式密切相關，造成故障情況下穩控策略關聯因素增多，策略制定復雜，無法實現精細化穩控策略制定[11-14]。

4)檢修方式難以安排，存在較大風險

由于環天山西段大環網中各750 kV線路多為單回線路，當環網中任何一回750kV線路檢修時，環網供電格局將被打破，相應的750 kV變電站將成為末端廠站，形成單回線路長距離串供格局，供電可靠性將降低，若再發生750 kV線路跳閘，將嚴重危及電網安全穩定運行。如750 kV鳳烏線檢修、750 kV亞達線跳閘，新疆電網對西北電網動態失穩，需切除西北部部分機組，同時可能造成烏昌城網損失負荷約150 MW；750 kV伊蘇線檢修，750 kV巴庫線、巴吐二線跳閘，伊犁和南疆機組暫態失穩，需切除伊犁地區機組，按外送功率1∶1比例切除伊犁地區機組；750 kV吐巴線檢修，750 kV伊蘇線、伊庫線跳閘，在伊犁、南疆電力盈余情況下，將引起伊犁、庫車地區機組暫態失穩，需切除伊犁地區機組、南疆光伏，按外送功率的60%切除機組；750 kV庫車主變壓器檢修，750 kV庫阿線阿側偷跳，將引起庫阿線阿側電壓大幅度抬升(高達83.7 kV，達到1.12倍)，存在設備過耐壓損壞風險。

4 結 論

通過對環天山西段大環網網架結構投運初期進行系統分析，得出環天山西段大環網建成投運后，實現了南北疆電力互供的大通道；縮短了南疆電網與主網的聯系；改善了新疆電網運行特性；提升了新疆電網安全穩定水平；提高了伊犁地區、南疆地區送受電能力；促進了南疆地區新能源消納和開發。但是由于環天山西段大環網覆蓋面積大、橫跨面積廣，且750 kV伊庫線兩次穿越天山山脈，自然條件惡劣，給電網運行帶來一定的風險。總體來說，環天山西段大環網的建成給新疆電網運行穩定性、供電可靠性、供電能力等方面帶來眾多改善，利大于弊。同時隨著后續新疆南部Ⅱ回、北部Ⅱ回750 kV輸變電工程的建成，將徹底解決環天山西段大環網帶來的風險。

[1] 康偉, 劉哲, 賈宏杰, 等. 基于風險分析的天津電網運行方式比較[J].電網技術, 2012, 36(4):102-107.

[2] 李碧君, 方勇杰, 徐泰山. 關于電網運行安全風險在線評估的評述[J].電力系統自動化, 2012, 36(18):171-177.

[3] 胡揚宇，付紅軍，張毅明, 等. 特高壓南陽站建成后鄂豫斷面電磁環網運行分析[J].電網技術, 2011, 35(6):102-107.

[4] 韓戈, 韓柳, 吳琳. 各種限制電網短路電流措施的應用與發展[J].電力系統保護與控制, 2010, 38(1):141-144.

[5] 張云曉, 鄭春瑩, 郭瑞鵬, 等. 寧波電網運行風險分析及決策支持系統[J]. 電力系統保護與控制, 2011, 39(11): 90-94.

[6] 任嫻婷. 電網運行風險分析及其控制措施探討[J]. 企業技術開發, 2015, 34(29): 90-91.

[7] 鐘顯, 樊艷芳, 王一波, 等. 含高密度風電、交直流送端電網直流閉鎖故障穩控方案研究[J].電力系統保護與控制,2015, 43(13):130-138.

[8] 周專,姚秀萍,王維慶, 等. 基于多電磁環網的功率轉移研究與分析[J].電力系統保護與控制,2013,41(22):134-140.

[9] 李楊楠, 劉文穎, 潘煒, 等. 西北750 kV電網動態穩定特性分析和控制策略[J]. 電網技術,2007, 31(12):63-68.

[10] 張偉,常青,張劍云. 特高壓互聯系統聯網初期動態穩定特性及控制策略[J]. 中國電機工程學報, 2009, 29(22):19-24.

[11] 邱麗萍, 趙兵, 張文朝, 等. 綜合負荷模型對大區互聯電網穩定特性的影響[J].電網技術,2010, 34(10):82-87.

[12] 楊冬,趙康,劉玉田. 特高壓電網電磁環網開環方案優化決策[J]. 高電壓技術,2015,41(3):778-786.

[13] 張明理,徐建源,李佳玨. 含高滲透率風電的送端系統電網暫態穩定研究[J]. 電網技術,2013,37(3):740-745.

[14] 徐式蘊, 吳萍, 趙兵, 等. 提升風火打捆哈鄭特高壓直流風電消納能力的安全穩定控制措施研究[J].電工技術學報,2015, 30(13):92-99.

With 750 kV Yili-Kuche power transmission and transformation project being put into operation, it will form a large ring network in Western Tianshan, and the total line length of ring network is about 1 800 km. The large ring network in Western Tianshan gets through the channel of power supply form southern to northern Xinjiang, realizes the inter-supply between southern and northern Xinjiang, and improves the accommodation capacity of clean energy in Yili region and the five southern states. But because the two substations in Tianshan western section of large ring network are connected with each other through a single 750 kV line, the fault of either 750 kV lines in the ring network will lead to a large scale and wide range flow transfer, which seriously affects the safe and stable operation of power grid. At the same time, 750 kV Yili - Kuche line passes through the areas with high altitude and harsh climatic conditions, the complex environment deteriorates even further the reliable operation of power grid, which makes the outside world doubt on the construction of Tianshan western section of large ring network. The reliability of power supply, power transmission capacity, safety and stability, accommodation capacity of clean energy and other aspects during initial operation stage of Tianshan western section of large ring network are analyzed, the benefits brought by the operation of Tianshan western section of large ring network are compared in detail as well as the risks after its operation, which can eliminate the doubts for the construction of a ring network and provide an important technical support for the safe and stable operation of Tianshan western section of large ring network.

Tianshan western section of large ring network; 750 kV Yili - Kuche transmission line; transmission capacity; safety and stability

科技項目：國家電網公司科技項目(5230JY15002G)

TM72

A

1003-6954(2017)03-0011-04

周 專(1987)，碩士、工程師，研究方向為電力系統規劃與分析；

2017-03-11)

呂 盼(1983)，碩士、高級工程師，研究方向為電力系統規劃與分析；

趙志強(1977)，高級工程師，研究方向為電力系統規劃與分析。