某地區220kV輔助電源線路可靠性分析

李秀臣

摘要：輔助電源在線路規劃和建設中具有重要的意義，因此本文主要針對輔助電源在線路中的規劃和應用進行研究。以某變電站中輔助電源接線和運行情況實證進行分析，首先解析失去輔助電源可能會對機組產生的影響，然后以某地區作為實證案例，分析某地區220kV輔助電源配置現狀以及輔助電源線路可靠性。

關鍵詞：220kV輔助電源;某地區線路;可靠性

引言

2007年東北冰災、2008年南方冰災、2015年遼南冰災等幾次事件都導致電網大面積線路損毀，說明自然災害尤其冰凍災害對輸電線路的影響較大。為降低某地區220kV輔助電源失去風險，提高機組安全生產可靠性，需對220kV輔助電源線路現狀進行分析評估。

1.失去輔助電源對機組的影響

對于輸電線路中的輔助電源而言，為保證線路正常運行對輔助電源具有一定要求，機組在RP模式下必須保證輔助電源可用。在輔助電源喪失的情況下，如果內部電源之一失去，其他電源都有時，相關機組允許帶負荷運行時間為8小時，如下圖1所示。同時，對于失去輔助外部電源，但是其他電源都有的情況下，另外兩臺機組的帶負荷運行時間為24小時。

運行技術規范規定，機組在RP模式下，機組輔助電源和主電源必須可用，如果兩路外電源同時失去，進入事故規程。

2.某地區220kV輔助電源配置現狀

某地區外電源配置情況如下圖3所示。220kV輔助開關站通過二回進線與電網相連，分別為二線和三線，其中二線取自A變電站220kV系統;三線取自B變電站，A與B變電站聯絡線為甲線和乙線。500kV系統中一線目前正在建設中。

3.輔助電源線路可靠性分析

3.1 某地區220kV輔助電源兩條線路從一個電源點進出，無冗余設置

某地區目前220kV輔助電源兩條線路中，四線引自A變電站，三線雖然引自復州城，但B變電站的兩條進線也同樣引自A變電站，這導致某地區220kV輔助電源都引自A變電站。

對A變電站接線情況進行了解，發現 A變電站500kV系統采用雙母二分之三接線方式，該地區220kV輔助電源的兩條線（四線和三線）上游電源都是由A變電站500kV系統經過變壓器供電，兩條線路均由這一個電源點供電，無冗余設置。當發生A變電站由于氣象災害或者其他因素導致500kV系統和220kV系統失電，該地區所有機組將失去輔助電源，這影響該地區機組的經濟性和安全性。

另外，該地區500kV三條出線也同樣接在A變電站500kV系統。目前該地區500kV一線仍未建成，此時如果A變電站由于氣象災害或者其他因素導致500kV系統和220kV系統失電，該地區將同時失去220kV輔助電源和500kV主電源，存在安全風險。這種情況在一線建成后會得以改善。

對于對于電網地理位置接線圖進行實地調研和分析發現，該地區附近變電站一般至少與2個以上電源點相接。其中A變電站500kV雙母除與該地區相接外，另有4條線與4個外電源點相接。其220kV系統分兩個開關站分別雙母供電，除與該地區相接外，另有8條線與3個外電源點相接。可見，A變電站的外電源設置了多重冗余。所以該地區輔助電源的外部供電可靠性主要取決于A變電站內供電可靠性和該地區輔助電源供電線路可靠性。

3.2 輔助電源兩條線路均有一段線路設計上低于現行國標

該地區220kV線路三線于2007年6月竣工，全長為31.03km。四線于2010年8月竣工，全長為32.81km。最初三線的設計標準是參照電力行業標準DL/T 5092-1999《110～500kV架空送電線路設計技術規程》。2008年南方電網冰災以后，國家針對輸電線路建設出版了GB 50545-2010《110～750kV架空輸電線路設計規范》，該標準較1999版的電力行業標準有較大提高。后來的四線設計是參照《 110～750kV架空輸電線路設計規范》（報批稿）標準，此規范要求的標準高于現行正式版標準。

搜集該地區220kV兩條線路（四線與三線）和500kV三條線路（1線、2線、3線）的設計氣象條件與線路抗拉能力，如下表1和下表2所示：

由上表1可見，原三線的導/地線最大覆冰厚度均按10mm設計，而新版國標4.0.6要求地線設計冰厚應較導線增加不小于5mm，因此原220kV三線設計標準低于現行國標。從上表2可見三線地線抗拉能力的確低于四線地線抗拉能力。220kV四線在設計施工時為了避免與原有的三線交叉，兩線進行了換接。

由于四線新建時與三線的換接，目前該地區220kV兩條線路均有一段是原三線線路，這導致兩條線路均有一段線路低于現行國標，可靠性低，如遇極端冰凍天氣，有可能發生四線和三線同時斷線的情況，這種情況下某地區所有機組將失去輔助電源。

3.3 冰凍災害對輸電線路可靠性影響較大

導致線路故障停運的因素有很多，比如冰凍、大風、雷擊、環境污穢等，其中極端冰凍氣象災害對線路的影響較大，一般容易導致電網的區域性破壞。由于天上落下凍雨，附著在導地線上迅速就結成堅實的冰，若暴風雪持續發生，導地線上結的冰柱會越來越厚，越來越重，當導、地線上結冰厚度超過設計值，超過輸電線路的桿塔和導線本身承受能力，將會造成倒塔斷線。另外凍雨天氣時常伴有強風，這加劇了對輸電線路的破壞。

2015年遼南冰災：2015年11月6日到7日，遼南地區氣溫驟降并伴隨雨雪及大風，造成沈陽、營口、大連一帶多條500kV、220kV及66kV等高壓輸電線路導地線嚴重覆冰斷線。其中220kV電壓等級線路涉及A地區運行中的多條線路。據不完全統計，斷線情況見下表4。

由上可見，冰凍災害對輸電線路的可靠性影響較大，容易導致電網的區域性損壞。從2016年該地區公司組織的外部調研情況來看，針對極端氣象災害對線路的損壞，目前主要是通過采取一些手段提升災害防范和應急處置能力，降低雨雪冰凍災害時的影響。比如：國家電網和南方電網在2008年以后，對部分易發生覆冰災害的線路進行了加固改造;出版新規范加強線路設計、施工及運維要求;制定并實施架空輸電線路“三跨”（跨越高速鐵路、高速公路、重要輸電通道）重大反事故措施等。

面對極端氣象冰凍災害，雖然目前無有效手段可以徹底避免線路損壞，但該地區仍需考慮對現有線路進行加固改造或者新建線路來提高輔助電源外部供電可靠性，盡力降低冰凍災害導致輔助電源喪失的風險。同時，需加強預警防范措施和提高應急處置能力，比如委托外范圍對某地區220kV線路進行山火和覆冰監測預警、購買熱力除冰裝置等。

結論

由于初始設計考慮不充分，某地區目前220kV輔助電源和500kV主電源所有線路均從A變電站這一個電源點進出，四線、三線兩條線路由于換接均存在一段線路按1999版低標準國標設計施工，加之冰凍氣象災害發生的隨機性，某地區220kV輔助電源和500kV主電源存在部分或全部失去的風險。

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