“兩橫”特高壓落地工程對山西500 kV廠站短路電流的影響研究

宋 巍

（國網山西運城供電公司，山西 運城 044000）

0 引言

2020年，華北電網蒙西北岳—北京西、榆橫—洪善—石家莊“兩橫”特高壓交流工程將分別在北岳站與洪善站落點山西500 kV電網，同時山西外送華北九回500 kV線路與山西主網斷開，山西外送華北通道將由九回500 kV線路轉變為四回1000 kV特高壓線路。山西電網與華北電網的聯系方式將發生巨大變化，如圖1所示。“兩橫”特高壓站落地工程包括：擴建北岳3號特高壓主變壓器、洪善2號特高壓主變壓器；神頭開閉站—雁同雙回500 kV線路π入北岳特高壓變電站；洪善特高壓變電站新建雙回500 kV線路接入500 kV呂梁變電站，雙回500 kV線路接入500 kV榆社開閉站[1]。

圖1 2020年山西電網與華北電網連接示意圖

“兩橫”特高壓變電站落地并解開外送華北的九回500 kV線路斷開后，對山西電網的短路電流水平將產生重大影響。一方面，北岳與洪善特高壓變電站落地，加強了山西500 kV網架結構的電氣距離，山西電網500 kV廠站的短路電流水平有所提升；另一方面，外送華北的九回500 kV線路斷開，減少了山西500 kV電網與華北電網的電氣聯系，山西電網500 kV廠站的短路電流水平會適當下降。因此，有必要研究特高壓互聯電網結構下山西電網的短路電流水平。

根據山西電網2020年度網架變化情況，研究“兩橫”特高壓落地工程實施后山西電網500 kV廠站的短路電流水平，并對特高壓主變壓器、配套機組、近區500 kV線路等影響短路電流的敏感因素作了詳細分析，為2020年山西電網的運行方式安排提供了計算依據與理論指導。

1 山西電網500 kV系統短路電流的影響因素

“兩橫”特高壓落地后，山西電網500 kV系統短路電流主要受山西主網結構、特高壓1000 kV變壓器等值阻抗以及1000 kV特高壓與山西500 kV系統電磁環網緊密度的影響，分析模型如圖2所示。

圖2中，Z1000與Z500表示特高壓1000 kV母線與500 kV母線對地電抗，電網間電氣連接越緊密，該值越小。

Zeq表示1000 kV特高壓與500 kV主網系統間等值聯絡阻抗，該值越小，說明1000 kV/500 kV電磁環網越緊密。

Z1與Z2分別表示1000 kV主變壓器高壓側與中壓側等值阻抗，該值越小，說明并聯的變壓器數量越多[2-3]。

因此，特高壓1000 kV側的故障點轉移等值阻抗可表示為

特高壓接入主網系統后500 kV側等值阻抗可表示為

圖2 特高壓接入主網系統后母線正序等值網絡

2 “兩橫”特高壓接入后500 kV系統短路電流分析

2.1 計算程序及數據說明

基于中國電力科學研究院下發的2020年三華電網2～3年滾動研究計算數據，主要針對山西電網大同二電廠5-2聯變斷開、中部220 kV電網分三片解環運行、其余山西電網220 kV及以上設備采用全接線方式運行方式，采用中國電力科學研究院系統所開發的短路電流計算程序PSD-SCCPC進行分析。

計算時間段內山西電網所有機組滿出力全開機方式運行。

2.2 “兩橫”特高壓接入后500 kV系統短路電流分析

2020年，考慮“兩橫”特高壓落地工程未實施與實施兩種方式，分析山西電網500 kV重要廠站母線的短路電流水平。

a） 1000 kV特高壓北岳站與洪善站接入山西500 kV主網后，北岳站與洪善站與山西主網的聯系加強，特高壓500 kV側系統阻抗Z減小，這說明500 kV系統為特高壓站提供了很大的短路電流，導致500 kV母線的短路電流大幅提升。其中，北岳站500 kV母線短路電流由23.131 kA提升至54.647 kA，增長31.516 kA；洪善站500 kV母線短路電流由19.572 kA提升至50.468 kA，增長30.896 kA，如表1所示。

b）山西中部電網榆社開閉站、呂梁站接入特高壓洪善站，減小了電氣距離，因此特高壓1000 kV母線以及500 kV系統母線對地阻抗Z1000、Z500減小。這表明洪善站作為華北電網的樞紐站，與山西500 kV主網系統聯系非常緊密，會導致與其相連接廠站的500 kV母線的短路電流增大。其中，榆社開閉站500 kV母線短路電流由39.055 kA提升至49.044 kA，增長9.989 kA；呂梁站500 kV母線短路電流由35.723 kA提升至46.153 kA，增長10.43 kA，如表1所示。

表1 山西電網500 kV重要廠站母線短路水平表kA

c）山西北部電網雁同站、神二開閉站接入特高壓北岳站后，山西外送華北九回500 kV線路同時解開，受上述兩個因素的影響，山西北部電網雁同站、神二開閉站500 kV側阻抗增大，導致母線的短路電流有所下降。雁同站500 kV母線短路電流由57.891 kA降低至42.47 kA，減少15.421 kA；神二開閉站500 kV母線短路電流由54.471 kA降低至47.015 kA，減少7.456 kA，如表1所示。

3 500 kV系統短路電流敏感因素分析

“兩橫”特高壓落地并解開外送華北九回500 kV線路后，山西電網短路電流水平發生重要變化，尤其是北岳、洪善特高壓變電站近區500 kV廠站的短路電流變化幅度較大。影響電網短路電流的因素有很多，主要有電力網結構的緊密程度、接至樞紐變電站的發電和變電容量等。本節重點研究了特高壓主變壓器、特高壓配套機組、特高壓近區500 kV線路3個敏感因素對短路電流的影響。

3.1 特高壓主變壓器敏感性分析

“兩橫”特高壓落地并解開外送華北九回500kV線路后，與正常方式相比，特高壓北岳站、特高壓洪善站1臺主變壓器停運時，主變壓器1000 kV側等值阻抗Z1與500 kV側等值阻抗Z2同時增大，各廠站短路電流均減小，具體計算如表2、表3所示。

表2 北岳站主變壓器短路電流敏感分析表 kA

由表2分析結果可知：北岳站3臺特高壓主變壓器停1臺，北岳站、神二開閉站、雁同站500 kV母線短路電路均有所下降，但北岳站短路電路下降幅度最大。北岳500 kV母線短路電流由54.647 kA下降至51.249 kA，下降幅度為3.398 kA。

表3 洪善站主變壓器短路電流敏感分析表 kA

由表3分析結果可知：洪善站2臺主變壓器停1臺，洪善站、榆社開閉站、呂梁站500 kV母線短路電路均有所下降，但洪善站短路電路下降幅度最大。洪善500 kV母線短路電流由50.468 kA下降至43.836 kA，下降幅度為6.632 kA。

3.2 特高壓配套機組敏感性分析

“兩橫”特高壓落地并解開外送華北九回500 kV線路后，特高壓北岳站、洪善站近區開機數量減少后，1000 kV特高壓與500 kV主網系統間的500 kV母線對地電抗Z500增大，各廠站母線短路電流均減小，具體計算如表4、表5所示。

表4 500 kV機組短路電流敏感分析表 kA

由表4分析結果可知：直接接入北岳特高壓站的神二電廠停1臺500 MW機組，北岳站、神二開閉站、雁同站500 kV母線短路電路均有所下降，但北岳站短路電路下降幅度最大。北岳500 kV母線短路電流由54.647 kA下降至53.272 kA，下降幅度為1.375 kA。

表5 350 MW機組短路電流敏感分析表 kA

由表5分析結果可知：直接接入洪善特高壓站的新陽電廠停1臺350 MW機組，洪善站、榆社開閉站、呂梁站500 kV母線短路電路均有所下降，但洪善站短路電路下降幅度最大。洪善500 kV母線短路電流由50.468 kA下降至49.531 kA，下降幅度為0.937 kA。

3.3 特高壓近區500 kV線路敏感性分析

“兩橫”特高壓落地并解開外送華北九回500 kV線路后，北岳、洪善特高壓近區線路斷開后，1000 kV特高壓與500 kV主網系統間的電氣聯系減小，等值聯絡阻抗Zeq以及500 kV母線對地電抗Z500增大，各廠站母線短路電流減小，具體計算如表6、表7所示。

表6 北岳特高壓近區500 kV線路短路電流敏感分析表kA

由表6分析結果可知：雁同—北岳停一回500 kV線路，雁同站500 kV母線短路電路電流下降幅度最大；雁同站500 kV母線短路電流由42.470 kA下降至36.806 kA，下降幅度為5.664 kA。神二開閉站—北岳停一回500 kV線路，神二開閉站500 kV母線短路電路電流下降幅度最大；神二開閉站500 kV母線短路電流由47.015 kA下降至40.942 kA，下降幅度為6.073 kA。

表7 洪善特高壓近區500 kV線路短路電流敏感分析表kA

由表7分析結果可知：榆社開閉站—洪善停一回500 kV線路，榆社開閉站500 kV母線短路電路電流下降幅度最大；榆社開閉站500 kV母線短路電流由49.044 kA下降至44.217 kA，下降幅度為4.827 kA。呂梁—洪善停一回500 kV線路，呂梁站500 kV母線短路電路電流下降幅度最大；呂梁站500 kV母線短路電流由46.153 kA下降至41.809 kA，下降幅度為4.344 kA。

4 結論與建議

a）“兩橫”特高壓落地并解開外送華北九回500 kV線路后，北岳站與洪善500 kV母線短路電流提升幅度大，北岳站增長至31.516 kA，洪善站增長至30.896 kA；山西電網500 kV重要廠站短路電流均未超過開關遮斷電流63 kA，滿足安全運行要求。

b）“兩橫”特高壓落地工程實施后，特高壓主變壓器、特高壓配套機組、特高壓近區500 kV線路均對電網短路電流產生重要影響。洪善站2臺主變壓器停1臺，洪善500 kV母線短路電流下降6.632 kA；直接接入北岳特高壓站的神二電廠停1臺500 MW機組，北岳500 kV母線短路電流下降1.375 kA；神二開閉站—北岳停一回500 kV線路，神二開閉站500 kV母線短路電路電流下降6.073 kA。

c）“兩橫”特高壓落地并解開外送華北九回500 kV線路后，山西電網500 kV網架結構發生重大變化。建議相關部門對山西電網短路電流水平開展專題研究，提前制定運行方案，保障山西電網安全穩定運行。