昆明北部片區電網網架優化方案研究

周懋文

（中國能源建設集團云南省電力設計院有限公司，昆明 650051）

0 前言

昆明電網作為云南電網的負荷中心，擔負昆明市所轄14個縣、市、區的供電任務。由于昆明電網電源裝機容量較小，負荷供電主要依靠網內線路輸送及主變下網，因此主變容量及線路輸送能力成為電網供電的關建因素。

截至2018年底，位于昆明北部A～B～C～D環網片區及E片區電網（以下簡稱昆明北部片區電網）的接入電源達1042 MW左右（A片區579 MW、B片區208 MW，C片區255 MW），占昆明電網總接入電源的31%，占昆明電網110 kV及以下電源的61%。由于A～B～C供電片區及E供電片區負荷以工業用戶及居民用戶為主，負荷體量較小且峰谷負荷差值較小，因網內負荷和電源分布不平衡引起的局部片區送出受阻問題日趨嚴重。另外，若近區500 kV變電站投產，昆明北部片區的電磁環網形態將日益復雜。因此，受主變容量、線路輸送能力以及電磁環網運行限制，片區電力送出存在受阻可能，電網安全運行存在風險[1-6]。

本文以昆明北部片區電網現有網架結構為基礎，對現狀及規劃電源情況下電網送出受阻情況變化進行分析，結合電網項目建設對規劃網架進行校核，對電磁環網變化影響進行研究，最終提出滿足昆明北部片區電力送出及安全運行的網架優化方案，為解決昆明北部片區電網送出問題及潛在運行風險提供決策參考。

1 電力送出受阻分析

本文以現狀電網及負荷為基礎，按以下兩個場景進行分析：

1）現狀電源量下豐期大小方式；

2）規劃電源量下豐期大小方式。對昆明北部片區電網的兩個片區進行電力平衡分析，得到現狀受阻情況及極限方式下的規劃受阻情況：

1.1 現狀電網相關斷面極限

目前調度按以下斷面極限對昆明北部片區電網控制送出：

1）“220 kV AD線 +220 kV AB線 ”、“220 kV AD線+220 kV BC線”、“220 kV AD線+220 kV CD線線”的斷面極限均按熱穩控制，為500 MW。

2）220 kV E變按單主變容量150 MW控制。近區220 kV電網接線示意圖如圖1所示。

圖1 昆明北部片區220 kV電網接線示意圖

1.2 現狀電源下受阻分析

經計算分析，1）A～B～C～D環網：豐大方式下不存在主變受阻，送出斷面“220 kV AD線+220 kV AB線”、“220 kV AD線+220 kV BC線”斷面基本能滿足送出需求，“220 kV AD線+220 kV CD線線”斷面豐大方式下受阻98 MW左右。豐小方式下不存在主變受阻，受阻主要發生在以上三個送出斷面：其中“220 kV AD線+220 kV CD線線”受阻量最大，達255 MW。2）E片區：豐大方式下，E主變基本滿足送出需求；豐小方式下，E主變受阻131 MW。

綜上，現狀電源下昆明北部片區電網送出受負荷峰谷差較大的影響，受阻主要發生在豐水期出力較大而負荷低谷時段。

表1 現狀電源下各斷面受阻情況 單位：MW

1.3 規劃電源下受阻分析

經計算分析，1）A～B～C～D環網：豐大及豐小方式下，“220 kV AD線+220 kV AB線”、“220 kV AD線+220 kV BC線”及“220 kV AD線+220 kV CD線線”斷面均存在不同程度的受阻，其中“220 kV AD線+220 kV CD線線”受阻量最大，豐大、豐小方式下分別達320 MW、477 MW。2）E片區：豐大及豐小方式下，E主變均存在不同程度的受阻，受阻量分別達94 MW、239 MW。

綜上，規劃電源下昆明北部片區電網豐期大小方式送出均存在嚴重受阻。由不同斷面的受阻增量值可知，A～B～C～D環網中受阻量主要出現在A及C片區。

表2 規劃電源下各斷面受阻情況 單位：MW

2 E片區近區電磁環網分析

E變處于昆明東北部電網及N北部電網形成的多個電磁環網上：根據近區500 kV變電站目前規劃接入方案，該變投產后將斷開原D至F的電氣聯絡，形成 D～G、D～H、H～G、D～I的多個電磁環網。由于幾個電磁環網中大部分線路導線截面較小：220 kV D～E～Y1電站線路、220 kVY2 電站 ～K～L～I線路為 400 mm2（極限輸送容量272 MW），Y2電站～Y1電站線路導線截面為300 mm2（極限輸送容量238 MW）。因此以上幾個500/220 kV電磁環網均為弱聯系，如表3及圖1所示。

表3 E近區電磁環網情況（白邑投產后）

圖2 E近區電磁環網示意圖（無D～F線路后）

考慮未來昭通水電鋁大用戶投產，云貴互聯對貴州送電3000 MW，豐期滇西北水電大發的極限方式，會形成滇西北至滇中、滇東北主網架的大量潮流穿越。由于500 kV DG雙回線及GN雙回線存在部分同塔，一旦發生500 kV線路同塔N-1或500 kV線路N-2故障，會造成以上幾個弱聯系電磁環網發生大規模潮流轉移，引起線路嚴重過載[7-11]。

對以上電磁環網形成后的豐大極限方式進行潮流計算及500 kV線路N-2（或同塔N-1）故障分析。各種故障情況下線路的潮流轉移情況如表4所示：

1）500 kV DG雙回N-2故障會造成4.8%的潮流轉移至220 kV D～E單回線，造成線路過載；

2）500 kV GN雙回N-2故障會造成5.5%的潮流轉移至220 kV Y2～Y1單回線，造成線路過載；以及5.4%的潮流轉移至220 kVY2～J單回線，造成線路滿載；

3）500 kV HI雙回N-2故障會造成7.3%的潮流轉移至220 kV Y2～Y1單回線，造成線路過載；7.2%的潮流轉移至220 kV Y2～J單回線，造成線路滿載；

4）500 kV HO雙回N-2故障會造成3.7%的潮流轉移至220 kV Y2～Y1單回線，造成線路滿載。

表4 N-2（或同塔N-1）故障下潮流轉移 單位：MW

綜上，若因近期變電站投產造成D～F線路電氣聯絡斷開，E變所處的昆明東北部、N變北部500/220 kV弱聯系電磁環網存在因潮流轉移引起的電網運行風險，需采取措施解環相關電磁環網。

3 昆明北部電網網架優化方案

針對昆明北部電網存在以上問題，分別從解決送出受阻及解決電磁環網問題角度提出下列網架優化方案：

3.1 解決送出受阻方案研究

經上文分析，昆明北部片區電網受阻主要有兩個制約因素：

1）A～B～C～D環網受阻制約因素為線路斷面輸送能力；

2）E片區受阻制約因素為主變容量。

以下針對兩個片區分別提出解決方案。

3.1.1 A～C～D環網片區

方案1：新建220 kV A～C～D單回線路，導線截面按2×300 mm2。如圖3所示。

方案2：新建220 kV C～D單回線路，導線截面按2×300 mm2。另將A片區部分小水電調整接入方案，改接至220 kV DZL～D送出線路。如圖4所示。

方案分析：方案1加強A～C～D線路后，原規劃電源下受限的三個斷面均加強為三回線，按線路N-1熱穩極限控制，可滿足較大規劃電源量下送出需求。方案2中目前DZL～F送出線路還有161 MW的送出裕度。若能通過協調A片區各電源業主匯集130 MW左右的電源從該線路送出，則可解決A出口斷面受阻。經計算，當DZL～F送出線路基本滿送時無明顯動穩問題。另通過加強C～D線路可基本解決C出口斷面受阻。但方案2可行性受協調難易程度影響較大。

圖3 A～C～D解決受阻方案1

圖4 A～C～D解決受阻方案2

3.1.2 E片區

220 kV E變三期第三臺主變投產后，即在現狀容量2×150MVA基礎上新增1臺180MVA主變，可解決E主變現狀乃至規劃電源下受阻的問題：此時三臺主變N-1情況下主變上網能力為411 MW左右，規劃電源下最大送出需求389 MW。

3.2 解決電磁環網方案研究

3.2.1 通過調整E變運行方式解決

從減少投資，調整現狀電網運行方式的角度來看，考慮通過E變分列運行將電磁環網解環。但經分析發現，該方案存在以下幾點問題：

1）E變220 kV側電氣主接線為單母分段帶旁路，如圖5所示。E變至M變和D變線路間隔均在II段母線上，至以禮河線路間隔在I段母線上，虛線部分為E三期尚未建成部分。

圖5 E220 kV側主接線形式

由于E變至M變和D變線路間隔均在同一段母線上，因此無法僅通過分段斷路器來斷開D～G弱電磁環網，需同時將D～E或M～E其中一回線路斷開才滿足要求。此分列方式，E擴建后三臺主變分別由兩回220 kV線路接入系統：正常運行方式下，由于Y2電站-J線路導線截面僅為400mm2，Y1、Y2電站送出電力已使線路滿載，會造成由Y1-E線路接入系統的E兩臺主變沒有上網裕度。另線路N-1及主變N-1故障均會造成分列后各供電片區失電。

2）若考慮裝設備自投裝置以解決故障下失電風險：由于E片區接入電源較多，還需設置連切裝置，相關裝置配置較為復雜，發生拒動誤動的風險較大。

3）若考慮調整E變現有220 kV出線間隔以滿足斷環：從實施條件來看，由于E至M和D的線路在出線段存在同塔雙回，調整間隔會造成E變全站停電。而E變110 kV出線以輻射供電為至，負荷難以轉移，全站停電將導致昆明東部片區大面積停電，工程實施難度較大。

綜上，采用調整E變運行方式來解決電磁環網問題可行性較差。

3.2.2 通過網架優化方案解決

表5 E近區電磁環網情況（網架優化后）

以減少電磁環網中弱線路為目標對近區網架進行優化，提出如下方案：擴建500 kV P開關站一臺主變，同時新建P至周邊變電站220 kV出線，即E～P單回，J～P單回，K～P單回線路，導線截面均按2×400mm2考慮。

此網架形成新電磁環網，如表5及圖6所示。為降低運行風險，建議斷環點設在D～E、L～K線路。

方案分析：對新電磁環網形成后的豐大極限方式進行潮流計算及500 kV線路N-2（或同塔N-1）故障分析。各種故障情況下線路的潮流轉移情況如表6所示：經計算，近區電磁環網發生500 kV雙回線N-2（或同塔N-1）故障，不會造成相關220 kV線路過載。

圖6 E片區網架優化方案

4 結束語

本文對昆明北部片區電網送出受阻問題及電磁環網問題進行分析，提出了針對性的網架優化方案。得出以下幾點結論。

1）A～B～C片區所提出的兩個解決受阻方案：方案1可以解決較大規劃電源量下各斷面受阻。方案2需協調A片區不同電源業主以實現電源改接，但對電網新增建設內容較少。建議關注該片區規劃電源投產進度，以及相關電源業主改接電源以減輕受阻的意愿。當規劃投產量較小時建議選擇方案2，規劃投產量較大時建議選擇方案1。E片區主變上網受阻可通過建成E三期解決。

2）若因近期變電站投產造成D～F線路電氣聯絡斷開，E變所在昆明東北部及N北部電網將形成多個弱電磁環網，該電磁環網問題難以通過E變調整運行方式分列運行解決。建議采用網架優化方案，即擴建P一臺主變并新增相應的220 kV線路。經計算分析，該方案實施后，在合理的運行方式下該片區弱電磁環網得到改善，因500 kV線路N-2（或同塔N-1）引起潮流轉移過載問題消除。