750 kV电网形成初期对青海电网影响

董 凌，王亦婷，成 静

（青海省电力公司，西宁 810008）

0 引言

随着国民经济的快速发展，电力系统的规模日益增大[1-3]。一般负荷中心都远离电源，需要远距离输送电能。而对于远距离大容量送电问题，通常用提高输电线路的电压等级来解决[4-5]。在电力系统新增加更高一级电压等级的发展过程中，由于电网结构还不够完善，同时为了充分利用已有资源，电力系统中大多会出现电磁环网：2组电压等级不同的运行线路，经2端变压器的磁回路联接起来就形成电磁环网[6-9]。其不利影响主要有：

1）电压等级高的电网发生故障后，系统间的联络阻抗会产生较大变化，传输功率超过联络线的稳定输送极限时，将引起系统间振荡；

2）高压电网故障后的潮流转移容易引起低压电网的热稳定被破坏，国内外多起大电网事故均与电磁环网有关[10-12]；

3）电磁环网中的线路功率不易实现按自然功率分布，不利于系统经济运行[13-14]。

据统计，我国1970—1990年与高低压网络结构有关的事故达55次。2006年7月1日，华中电网发生了严重的低频振荡事故[15-16]，就是由于500 kV的输电线路由于保护误动断开后，大量潮流通过电磁环网转移到220 kV线路，并导致220 kV线路严重过载所引发的。国外也发生多次由于电磁环网所引起的大停电事故，比如1996年美国西部电力系统WSCC大停电事故，由于高压线路的断开，本来经高压传输的功率转移到低压线路上，造成线路过载，最终导致了系统解裂为5个孤岛[17-18]。

随着青海省境内750 kV输变电工程的开工建设和拉西瓦电厂的接入,青海电网结构将发生革命性变化[19-20]；网络结构得到进一步加强，资源也得到进一步的优化利用。然而青海电网在一步步走向完善的过程中，为了降低输电损失、合理利用资源、提高输电可靠性，在未来几年的电网发展历程当中，750 kV电网和330 kV电网必然存在着电磁环网，研究750 kV网架形成过程对青海电网安全稳定性的影响，合理安排运行方式，优化电网调度运行，并对电磁环网带来的不利影响采取及时有效的措施，对处于动态变化中青海电网的安全稳定运行和健康发展是非常必要的。

1 青海750 kV电网发展

青海电网是西北电网的重要组成部分之一。自2005年9月我国第一座750 kV变电站官亭变顺利投运以来，历时4 a的发展，截至2009年底，网内已（或计划）建成投运3条750 kV线路、3条750 kV省际联络线 （详见图1，橙色为750 kV线路，蓝色为330 kV线路）。其中，750 kV拉西瓦—官亭、拉西瓦—西宁线路的建设投运为全西北电网单机、总装机容量均为最大的水电站—拉西瓦电站电力的送出提供了可靠通道；西宁—永登双回线路的建设投运使得甘青电网联系进一步紧密，电力输送极限也得到了很大程度上的提高。可以说，青海电网正在经历着从330 kV向750 kV主网升级的重要转型时期。

根据青海电力公司《2008—2012年电网规划及2030年远景展望》，2008—2012年期间将建成日月山750 kV变电站、西宁—格尔木750 kV输变电工程及黄河上游水电送出等工程，建设青藏±500 kV直流联网工程；2012—2015年扩建乌兰750 kV变电站主变，结合龙羊峡以上河段水电站群的送出，建设坚强的750 kV网架。

2 750 kV电网建设中形成的电磁环网

2009年底，青海与甘肃将形成包括750 kV西宁—永登双回线、官亭—兰州东线路及330 kV杨乐—海石湾线路、阿兰—海石湾2回线、桃园—海石湾线路、官亭—兰州西双回线的甘青联络线断面。由于青海省内黄河下游水电装机容量大，这一断面上将有较大的功率交换量。

青海网内将形成750 kV西宁—永登双回线路、西宁—官亭线路、拉西瓦—官亭线路及330 kV景阳—曹家堡双回线路、花园—泉湾双回线路断面。该断面承载着向青海负荷中心区送电的重要任务。

3 750/330 kV电磁环网条件下系统分析

图1 2009年青海750/330 kV电网接线示意图

青海电网水电资源丰富，水火电比例极不均衡，负荷中心火电机组装机容量仅占全网装机容量的20%。特殊的能源结构使系统运行中既有丰水期和负荷低谷时的西电东送，也有枯水期和负荷高峰时的东电西送。网内联络线断面上潮流变化较大，稳定控制存在一定的难度。环网稳定运行的条件主要有：1）在事故情况下，环网中任一元件(主要是高压元件)断开后，功率转移的结果不应造成稳定破坏；2）任一母线短路容量的提高不应造成开关遮断困难；3）环网运行时输电损失不应明显增加[21-24]。下面针对青海750 kV主网架形成后，各种运行条件下的系统潮流分布、稳定水平和短路电流进行分析计算，研究750/330 kV电磁环网运行对青海电网产生的影响。

3.1 潮流计算

2009年底青海电网装机容量见表1。

表1 2009年青海电网装机容量 MW

根据近年来青海电网负荷的变化情况得到2009年底计算负荷。考虑到青海电网电源结构的特殊性，按照丰水期和枯水期2种发电出力考虑。2009年潮流方式见表2。

表2 潮流计算方式 万kW

根据计算结果，网内750 kV线路潮流如图2所示，330 kV线路潮流无重载或过载，750/330 kV电磁环网条件下潮流分布基本合理，通过调整发电机组无功出力、变压器分接头和投切低压无功补偿设备等措施，能够保持网内良好的电压水平，青海水电大量外送不会受阻。静态安全分析结果表明，各联络断面750 kV线路N-1开断后设备不过载，系统母线电压不越限。丰水期小负荷方式下，网内水电大量外送，由于官亭变上网水电较多，750 kV官亭—兰州东线潮流占甘青断面潮流相当比例，达80多万kW，330 kV官西线潮流也超过了30万kW。枯水期大负荷方式下，电力大量受入，750 kV西宁—永登双回线每条线均超过了30万kW。

由于750 kV拉西瓦电站的2条送出线与官宁线形成了坚强的三角环网结构，其上网电力不会对青海330 kV电网造成大的冲击，西北电网整体接入750 kV网架的电源还较少，因此各750 kV线路潮流均不重，和允许的自然功率(约2 400 MW)相比，还有很大的承载能力。图2分别显示了丰水期小负荷和枯水期大负荷方式下青海省境内各750 kV线路的有功功率分布情况，定义西电东送为正向。

图2 750 kV线路有功功率分布图（单位：MW）

2009年的网架结构中，甘青断面上有3条750 kV线路，其中西宁至永登双回线为同杆并架线路，考虑同时故障概率较大，因此暂不具备和330 kV线路解环运行的条件。丰水期小负荷方式下，如果将甘青断面上的750/330 kV线路解环运行，仅由750 kV线路组成断面输电通道，则甘青断面上的西宁—永登双回线及官亭—兰州东线路上流动的功率将有较大幅度增加。

合环与解环方式下对青海主网网损进行分析，发现丰水期小负荷下主网网损高于枯水期大负荷方式，即青海电网送电方式下的网损高于受电方式下的网损；此外，甘青断面解环后网损略低于合环时的网损（计算结果见表3）。可见，甘青断面解环后网损略有降低，但总体变化不大，系统运行经济性没有显著提高。因此，此时解环运行不能获得良好的经济效益。

表3 线损计算结果 万kW

3.2 稳定计算

在潮流计算的基础上，计算网内机组大发和青海电网受电时甘青断面的稳定输送极限。计算结果表明，750/330 kV电磁环网合环运行时，由于甘青之间通过3回750 kV线路和6回330 kV线路相连，电网结构坚强，能够保证青海水电的顺利送出。在西电东送方式下，甘青断面线路发生故障退出运行，甘青机组均能保持同调性,送出极限可达400万kW；而在东电西送即青海电网受电方式下，甘青断面受电能力主要受青海电网电压偏低的制约，即负荷中心330 kV母线稳态电压低于330 kV，受电极限较小，约为170万kW。甘青断面解环运行后，输送极限下降较多，约为100万kW。根据《电力系统安全稳定导则》中对三级安全稳定标准的规定，进一步分析了甘青断面上同杆并架的2回750 kV线路发生异名相故障断开后的系统稳定性。计算结果表明，如果甘青断面解环运行，当发生连锁故障导致2回750 kV线路相继断开时，青海电网和甘肃电网仅剩一回750 kV官东线联系，虽然仍能保持机组同步运行但西电东送方式下线路潮流重载。

因此解环后甘青断面送电极限受到线路热稳定限制，而受电方式输送极限仍然受到青海电网负荷中心缺乏电源支撑，自身电压偏低所制约。

综上所述，青海电网在750 kV电网建设初期，无论解环与否，青海电网都需进一步加强负荷中心电源建设。合环运行时330 kV线路对加强电网间联系、增强系统阻尼和提高动态稳定水平具有重要作用，过早解环仅保留3回750 V联络线，且2回为同杆并架线路，不利于系统安全稳定运行。

3.3 短路计算

表4为各省际联络线断面合环与开环时的短路电流。

从表4可以看出，不同运行条件下网内的短路电流变化较大，虽均小于50 kA，但部分已逼近某些开关额定遮断容量。在2009年合环运行时基本能满足系统对短路电流的要求。但随着系统容量不断扩大，未来几年内年青海电网的最大短路电流可能突破50 kA。

表4 合环与解环后的短路电流比较 kA

发展高压电网并实现电网分层分区运行是限制短路电流的重要手段。适时考虑甘青断面解环运行将有效限制系统短路电流。在彻底解环之前，可以采取改变运行方式，适当断开甘青断面部分330 kV线路的方式控制短路电流超标。

4 结语

通过对2009年冬青海电网潮流、稳定和短路计算的结果可知，在青海750 kV骨干网架形成初期，330 kV网架结构较坚强而750 kV网架结构相对薄弱的情况下，只要运行方式合理、安全措施到位，网内各重要输电断面上的750/330 kV线路采取合环运行方式将比解环运行更有利。解环工作可以在750 kV网架基本建成后，解开环网能显著提高系统运行稳定性和经济效益时再开展。从长远看，青海750/330 kV电磁环网最终将解环分层运行，对此，还需随电网发展进行更深入的研究。

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