呂梁興縣電解鋁相關環網供電能力研究

蘆曉輝

（國網山西省電力公司電力調度控制中心，山西 太原 030001）

0 引言

興縣鋁循環產業園區一期50萬t電解鋁項目及鋁加工項目預計2018年投產，最大負荷約800 MW（一級負荷占95%），回龍塔（2×350 MW）1號機組已于2017年底投產，2號機組預計2018年投產。紅旭開關站、中潤電解鋁負荷站已于2017年底通過220 kV興紅雙回線并入興縣站，方山串補站及其至紅旭站、車家灣站雙回線路預計2018年投產。2018年上述工程投產后，呂梁區域通過“興縣—固賢臨縣—金羅—呂梁—車家灣—方山串補站—紅旭站—興縣單雙回混合環網給中潤電解鋁負荷供電。

紅旭開關站—方山串補站雙回線路長度約2×125 km；方山串補站—車家灣站雙回線路長度約2×35 km；方山串補站串補補償度為25%。呂梁興縣電解鋁相關環網示意圖如圖1所示。

圖1 呂梁興縣電解鋁相關環網示意圖

1 研究工具及計算條件

1.1 計算程序

采用中國電力科學研究院的中國版潮流和穩態計算BPA（bonneville power administration） 程序（6.006） 及BPA暫態穩定程序（5.0.7（BDM）） 進行計算。

1.2 故障設置

對為興縣電解鋁供電的呂梁環網相關線路N－1、N－2三相永久故障進行分析。

計算中220 kV線路近端、遠端故障切除時間均取0.12 s；500 kV線路近端、遠端故障切除時間均取0.1 s。

1.3 計算條件

基于2018年冬季山西電網網架，興縣電解鋁負荷接入前，呂梁電網網供負荷2600 MW。

回龍塔電廠開2臺350 MW機組，柳林電廠開2臺100 MW機組，華光220 kV機組停機。

興縣站負荷180 MW（功率因數0.97）、投入6組7.2 Mvar低容，中潤站負荷功率因數按0.95考慮。

220 kV變電站220 kV母線正常方式電壓不低于220 kV，相關設備N－1后電壓不低于209 kV。

2 興縣電解鋁相關環網供電能力研究

2.1 興縣電解鋁負荷800 MW

全接線方式，220 kV賢興線潮流457 MW，超過30℃以上環境溫度運行要求，不滿足全年運行要求。興縣站220 kV母線電壓202 kV，不滿足運行要求。

2.2 興縣電解鋁負荷600 MW

全接線方式，220 kV賢興線潮流373 MW，達到40℃運行極限，不滿足N－1要求。興縣站220 kV母線電壓210 kV，不滿足運行要求。

2.3 興縣電解鋁負荷400 MW

全接線方式，220 kV賢興線潮流281 MW、賢臨線潮流284 MW、臨興線潮流53 MW，興縣站、中潤站220 kV母線電壓均為220 kV。

2.3.1N-1分析

對興縣—固賢—臨縣—金羅—呂梁—車家灣—方山串補站—紅旭站—興縣環網相關線路進行N－1計算分析。結果如表1所示。

表1 相關220 kV環網線路N-1計算分析

呂梁相關環網發生N－1故障，電網均可保持穩定運行，N－1后賢興線、賢臨線潮流較重，興縣、中潤站電壓較低。

由表1分析可知，相關環網線路中賢興線N－1故障對電網影響最大，賢興線N－1為興縣電解鋁供電能力的制約故障。

220 kV賢興線N－1，賢臨線潮流398 MW（40℃過載7%），興縣站、中潤站220 kV母線電壓均為210 kV，基本滿足運行要求。其余相關線路N－1，潮流電壓分布合理，滿足運行要求。

2.3.2N-2分析

對呂梁環網相關同桿架設線路進行N－2計算分析，結果如表2所示。

表2 相關220 kV環網線路N-2計算分析

220 kV賢興+賢臨N－2，電網可保持穩定運行，興縣站、中潤站220kV母線電壓均低至204kV，不滿足運行要求。

220 kV賢興+臨興N－2，電網可保持穩定運行，興縣站、中潤站220kV母線電壓均低至194kV，不滿足運行要求。

220 kV興紅雙N－2，電網可保持穩定運行，中潤站220 kV母線電壓低至208 kV，不滿足運行要求。

220 kV方山—紅旭雙回N－2，電網可保持穩定運行，220 kV賢興線潮流441 MW（40℃過載19%），興縣站、中潤站220 kV母線電壓均低至205 kV，不滿足運行要求。

220 kV車家灣—方山雙回N－2，電網可保持穩定運行，220 kV賢興線潮流441 MW（40℃過載19%），興縣站、中潤站220 kV母線電壓均低至209 kV，不滿足運行要求。

220 kV呂羅雙N－2，電網可保持穩定運行，220 kV賢臨線潮流457 MW（40℃過載22%），興縣站、中潤站220 kV母線電壓均為216 kV，不滿足運行要求。

220 kV呂車雙N－2，回龍塔機組功角失穩，聯切回龍塔2臺機組后可保持穩定運行，但聯切機組后，220 kV賢興線潮流515 MW（40℃過載39%），興縣站、中潤站220 kV母線電壓均低至197 kV，車家灣220 kV母線電壓低至190 kV，不滿足運行要求。

發生呂車雙N－2三相永久故障，回龍塔機組功角曲線及車家灣站、中潤電解鋁站220 kV母線電壓曲線如圖2、圖3所示，聯切回龍塔2臺機組后賢興線潮流曲線如圖4所示。

圖2 呂車雙N-2三相永久故障功角曲線

圖3 呂車雙N-2三相永久故障電壓曲線

圖4 呂車雙N-2三相永久

2.4 計算小結

a）回龍塔雙機運行方式，中潤站最大可接帶負荷約400 MW，全接線方式及N－1方式基本滿足運行要求。

b） 發生220 kV呂車雙N－2三相永久故障，回龍塔機組功角失穩，聯切回龍塔2臺機組后可保持穩定運行，但聯切機組后，220 kV賢興線潮流515 MW（40℃過載39%），興縣站、中潤站220 kV母線電壓均低至197 kV，車家灣220 kV母線電壓低至190 kV，不滿足運行要求。

c） 其余N－2方式，賢興線、賢臨線存在不同程度過載，賢興線最大潮流441 MW（40℃過載19%），賢臨線最大潮流457 MW（40℃過載22%），興縣站、中潤站220 kV母線電壓低于209 kV，最低低至204 kV。

3 結論及建議

3.1 結論

呂梁興縣相關環網供電能力研究得出以下結論。

在a）正常方式（未安排相關設備檢修，方山串補正常投入），b）中潤電解鋁負荷功率因數不低于0.95，c） 回龍塔雙機、柳林電廠+華光220 kV機組3臺機組至少開2臺3個前提條件下，“興縣—固賢—臨縣—金羅—呂梁—車家灣—方山串補站—紅旭站—興縣單雙回混合環網給中潤電解鋁負荷供電最大能力約400 MW。達不到以上前提條件時，中潤電解鋁接帶負荷能力將下降。

發生220 kV呂車雙N－2三相永久故障，存在回龍塔機組功角失穩問題，需同步投入安全穩定控制系統，在發生呂車雙N－2故障時需要聯切回龍塔機組及中潤電解鋁負荷。發生其余相關線路N－2故障，需要不同程度聯切中潤電解鋁負荷。

3.2 建議

在目前網架下，建議在呂梁環網區域配置安全穩定控制系統[1]，采取切回龍塔機組、切電解鋁負荷等控制措施解決相關線路N－2不滿足要求問題，保證中潤電解鋁接帶400 MW負荷能力。

為滿足電解鋁接帶800 MW負荷目標，建議補強網架，增加紅旭站出線回路數或在近區合適站點接入電源點，統籌規劃，后期滿足電解鋁最終供電需求。