浅析电网分区间负荷的快速转移

　　摘 要： 随着电网规模的不断完善和发展，500kV环网方式逐渐成为大网架结构，220kV系统以分层分区方式运行。这种方式下，分区间的功率互补是缓解功率缺额的重要手段。本文概述了220kV电网分层分区的格局下在发生紧急情况时各分区负荷快速转移的手段，以及分区间备用联络线的构建，确保能将负荷损失降低至最小。
　　关键词：分区 负荷 转移 备用联络线
　　中图法分类号: TM71文献标识码 ：A文章编号：1672-3791(2011)02(a)-0000-00
　　随着电网规模不断扩大，一般地说，电网承受单一故障的能力将越来越强，但是发生灾难性大停电事故的危险性也越来越严重，因此应将如何防止发生系统崩溃作为大电网规划的首要目标.。再者，随着500kV电网的不断发展和完善，当前电网已经逐步形成了以500kV环网为主网架，同时也伴随着电网短路容量超标的尖锐矛盾，这一问题严重影响电网的安全稳定运行。因此不可避免的，在220kV电网降为地区电网的同时，逐步实行以500kV变电站为核心的电网分层分区运行。这种方式不但有效降低了短路电流，而且解决了电磁环网的不稳定问题，降低了输电损耗，极大地提高了输电能力，对电网的安全稳定运行起到了极其重要的作用。电网分层分区运行后，当某一分区因事故产生紧急功率缺额时，通过分区之间备用联络线提供紧急功率支援和快速的负荷转移是除拉限电之外降低功率缺额的重要措施，这对于落实优质供电服务承诺有着尤为重要的意义。
　　
　　1． 电网分区概述
　　1.1 分区定义
　　《电力系统安全稳定导则》提出了明确要求：“在规划电网结构时，应实现合理的分层分区原则，运行中的电力系统必须在适当地点设置解列点并装设自动解列装置，当主系统发生稳定破坏时，能够有计划地将系统迅速而合理地解列为供需尽可能平衡而各自保持同步运行的两个或几个部分。”
　　电力系统的分区是一个电的概念，是以受端系统为核心，将外部电源连接到受端系统，形成一个供需基本平衡的区域，并经联络线与相邻区域相连。按照分区的概念，在一个受端系统的内部，实际上是以最高等级线路（500kV）为骨干网络组成区域系统，并以枢纽变电所或大型发电厂电源为中心，用次一级输配电压线路(220kV 等)将附近的负荷和地区电源连接在一起，成为一个独立的供电子系统。如此而下，形成若干个由上而下的辐射状的，相对独立，又能相互支援的供电分区结构。
　　现阶段分区划分主要以一个或若干个500kV变电站作为主要供电电源，经一个或多个220kV枢纽变，配合本地区内部的大容量发电厂，将220kV电网划分为若干个相对独立的供电分区，如下图1所示。
　　
　　图1 电网分区构架
　　1.2 分区间联络线
　　电网分区不能简单地按照行政辖区分割电网，合理的分区应当尽量使区内的负荷与装机基本平衡，这样当系统正常运行时可以减少分区之间的功率交换，当系统一旦发生稳定破坏，分区解列后能够保持独立稳定运行。其次，还应兼顾己经建成的网络结构，最大限度地发挥其作用，尽量避免浪费。分区内的电网结构要满足即使在比较严重事故的冲击下，同一分区内的所有发电机组应能保持同步运行，区和区之间界面要清晰，联络线回路数和并列点不宜太多，一旦系统发生稳定破坏，应保证在预定地点迅速而准确地解列。
　　
　　
　　图2 分区联络图
　　分区间联络线主要承担以下功能：
　　（1）作为系统联络通道，在500kV主变检修或其它重大检修时，将两个相邻分区合环运行。
　　（2）作为分区间调整负荷的备用线路，当某一分区出现大机组跳闸等原因造成分区供电能力不足时，由相邻分区通过联络线转供负荷。
　　1.3 分区间联络的一、二次设备状态
　　设备一次状态：
　　原则上一般一侧开关充电运行，一侧开关热备用（如图3）；而雷雨季节对于两侧未安装避雷器的线路应按照雷季运行方式的要求将线路改为冷备用状态。充电端的选择也有一定的原则，尽量避免由电厂、馈供变、枢纽变侧充电；尽量安排热备用侧变电站有人值班。
　　
　　
　　图3 备用联络线一次状态
　　设备二次状态：
　　充电侧：两套距离、方向零序保护启用联络线定值，但应将其中一套距离、方向零序保护按馈供方式进行定值更改(做好联络线定值备用区)、综合重合闸停用、两套快速保护投跳。
　　热备用侧：两套距离、方向零序启用联络线定值(一套距离、方向零序保护做好馈供方式定值备用区）、综合重合闸停用、两套快速保护投跳。
　　雷雨季节需改为冷备用时，线路两侧开关保护不做调整。
　　
　　2． 各分区负荷转移方向
　　在电网某一分区进行重大计划检修时，因有功率缺额就需要进行适当的运行方式调整以实现与该区电源、负荷的功率平衡，若不能满足，则须进行错峰、限电等措施。
　　因此，各分区间备用联络线的存在对电网的稳定运行、用户的可靠供电有着重要的意义。而如何实现紧急事故情况下分区负荷的快速转移、相邻分区的紧急支援，成为解决该问题的关键所在。
　　目前电网某一分区出现功率缺额时主要考虑将负荷向相邻分区转移，一般手段是启用备用联络线，由相邻分区供变电站一台220kV主变，该变电站220kV母线分排运行。在220kV手段用尽时也可以考虑配网方式的调整，尽量将功率缺额分区的负荷往充裕分区切割，当然这种手段效果不是很明显。
　　负荷转移方向的选择应充分考虑可靠性、快速性等因素：
　　可靠性是指尽量避免一线带两变、线路两级馈供等薄弱方式的出现；
　　快速性是指能用最少的操作实现一次方式的调整和二次方式的配合，使转移的负荷立即能满足功率缺额要求。
　　
　　3． 负荷的快速转移
　　在电网发生紧急事故的情况下，为了满足电网安全稳定的要求，必须在较短的时间内实现负荷转移，否则可能导致对用户拉限电这样极端措施的发生。分区负荷的快速转移主要分为两个层面，一是220kV主网层面的负荷转移，二是110kV及以下配网层面的负荷转移。
　　3.1220kV负荷快速转移
　　220kV负荷转移就是利用分区间220kV备用联络线实现出现功率缺额的A分区一条220kV母线或主变由B分区供电，操作上与220kV联络线和变电站正常一、二次方式有直接的关系。
　　下面以A分区由于事故引起一台主力机组跳机时，造成该分区功率严重缺额，必须将可转移的负荷相应划至相邻B分区供，以避免大规模的拉限电。以处于分界点的220kV变电站方式变化为例，正常方式如图4所示，该站T1、T2均由A分区供电，备用联络线1（连接B分区）热备用。正常方式下将环网线1热倒至副母后，合上备用联络线1开关（合环），拉开母联2510开关（解环），即可将T1快速划至相邻B分区供，缓解了A分区一台220kV主变负荷的缺额，调整后的方式如图5所示。
　　
　　图4 分界变电站正常方式 图5 分界变电站调整后方式
　　
　　3.2 110kV及以下负荷快速转移
　　110kV及以下负荷是分区负荷快速转移的延伸与再调整，其意图是，如当A分区某一220kV主变（#1主变）由B分区通过两分区之间备用联络线供电（即一个变电站内两主变分别由两分区供电）时，在不致该主变过载及尽量满足供电可靠性的前提下，A分区内与该主变相邻的负荷（例如Y站负荷或#2主变中低压侧负荷）尽量转由该主变供电，以缓解A分区的功率缺额，最大限度的降低A分区可能的拉限电负荷数量，如图6所示。在500kV系统环网方式下，其中#2主变中低压侧负荷可以由倒排实现负荷切割，必要时可以通过启用解列保护实现合解环操作；而相邻变电站的负荷一般可以通过110kV及一下联络线切换。
　　
　　
　　图6 110kV及以下负荷快速转移
　　4 对策与建议
　　4.1备用联络线的建设
　　在构建220kV分区时，首先需要平衡各分区的电源，一般以1至2个500kV变电站为核心展开，从而考虑220kV备用联络线的建设与选择，使得电网突发事故时能有多条路径选择。而备用联络线的最佳状态即为一侧充电另一侧热备用，从而合上热备用侧开关即可带上负荷，因此该备用联络线两侧应安装线路避雷器，防止雷季方式的调整影响设备操作时间；线路本身应考虑大功率导线，防止由于限额的原因限制负荷转移。
　　从110kV角度来所，110kV及以下联络线的建设也是至关重要，由于110kV线路占地小，走线经济，并且联络方便，若能权衡经济性和可靠性，适当在两分区间建设联络线，并且尽量切割多于一台的主变至该联络线，以作为重大检修方式下负荷转移的手段。而本身线路的选择也应参照220kV联络线，尽量选择大功率导线以及两侧按照线路避雷器。
　　4.2方式安排
　　从正常运行方式安排来说，为实现快速转移，将备用联络线一次状态放在充电状态是不二选择。而二次方面，由于多数情况是由备用线路馈供主变，应尽量安排一套线路保护放在馈供线定值。对于分区交接点的220kV主变，在保证可靠性和平衡性前提下，尽可能多将负荷划至与备用联络线同一母线的主变。
　　从设备二次状态来说，随着设备保护配置越来越完善，220kV线路一般运用光纤保护较为普遍，由于光纤保护原理简单，不受单侧电源运行方式的影响，对于备用线路发生故障时，都能正确动作，因此在启用备用联络线后只需将该线重合闸停用即可（而充电线路重合闸本身停用）。这样可大大节省操作时间，达到负荷快速转移的目的。
　　4.3操作
　　操作方面，若能在上述方式安排条件下，由于有相关保护配合，可以尽可能安排监控遥控操作，先进行一次方式的调整，以实现负荷快速转移，后进行二次配合调整；或者在分界点变电站安排操作队等，能够快速实现设备的操作和检查。
　　针对上文中如图4所示分界变电站的方式下安排的操作，由于需要经过倒排这个较慢且需要值班员现场操作的过程，大大影响负荷转移时间，在紧急情况且网络结构及潮流允许条件下，可通过短时拉开该母线上其它出线开关的方式来实现快速转供负荷，待与母联开关合解环结束后将短时拉开的开关冷倒至另一条母线后改为合环运行。即：合上备用联络线1开关（合环），拉开环网线1开关（解环），拉开母联2510开关（解环），这些操作均可由监控遥控操作，此操作过后已实现将T1主变负荷快速转至相邻分区的目的。而待值班员至现场后可将环网线1开关冷倒至另一母线改为运行后与系统合环，实现如图5所示方式。
　　
　　5 结束语
　　由于电网是在不断发展的，往往近期的需要与远期目标存在一定矛盾，应当在解决电网近期存在问题，加强网架结构的同时，结合中、远期目标网架，做到统筹安排，合理布局。本文浅述了电网分区的基本情况及分区间的负荷转移，希望能够起到抛砖引玉的作用，与各位同行进行粗浅的探讨、交流。
　　
　　参考文献
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