古越—舜江双线停役后运行方式优化的研究

李 磊，孙维真，倪秋龙，丁历威

（1.浙江省电力调度通信中心，杭州 310007；2.浙江省电力试验研究院，杭州 310014）

为配合高铁上虞牵引站线路施工，需同时停役500 kV古越—舜江双线（即古舜5485线、古江5486线）20天。双线停役后，500 kV全线同杆架设的古越—句章双线（即章古5487线、章越5488线）成为古越变唯一的500 kV电源受入点，致使该片电网的供电能力和供电可靠性严重下降。为此，详细分析了古越—舜江双线同停后对浙江电网的影响[1，2]，提出了多种合环备选方案，并深入讨论了齐贤—兰亭双线（兰齐2456线、亭齐2457线）和太安—中纺双线（中太2U33线、中安2U34线）的合环对比效果。

1 古舜5485线、古江5486线同停对浙江电网的影响

根据浙江电网当时实际运行情况，古舜5485线、古江5486线潮流约300 MW。双线停役后，1/3潮流转至220 kV舜江—沥汇（即江沥4Q75线、江汇4Q76线）断面，2/3潮流转至500 kV古越—句章断面，使得上述两断面的潮流达300 MW和1 100 MW。由于正常情况下古舜5485、古江5486双线轻载，故停役后相关设备潮流变化不大。

从网架结构上分析，古舜5485、古江5486双线停役后，全线同杆架设的章古5487、章越5488双线成为古越变唯一的500 kV电源受入点。若双线同跳，将出现220 kV舜江—沥汇双线带该片供区的沥汇、滨海、甘露、合兴、齐贤、义蓬、东梅、太安、长征、曹娥江9个变电站和1个发电厂（以下简称九变一厂），如图1所示，断面潮流将达1 600 MW，两线均超过1 600 A的继保限额（折合有功潮流为540 MW），将导致江沥4Q75、江汇4Q76发生联锁跳闸，继而致使九变一厂全停。

图1 古舜5485线、古江5486线同停后供区网架

从暂态稳定水平分析，古越—舜江双线同停引起该片500 kV网架严重削弱（见图2），以致暂态稳定水平明显下降。为保证北仑—河姆变双线（同杆率30%）同跳的严重故障下机组不失稳，需控制北仑发电厂总出力小于3 600 MW。在北仑发电厂7号机停役的情况下，仍需减少该厂出力400 MW（不计厂用电），进一步致使宁海和乌沙山发电厂出力受限500 MW，总计影响出力900 MW左右。

图2 古舜5485线、古江5486线同停后500 kV网架

按照电网风险等级评估标准判断，章古5487、章越5488同跳后引发的九变一厂全停事故属于“一级风险”，给电网的安全运行带来极大的隐患；同时，暂态稳定极限的下降导致发电厂出力约束增加900 MW，使得拉闸限电情况进一步恶化。为降低该方式下的电网风险，同时释放发电厂出力，需深入研究，优化安排运行方式。

2 运行方式调整的研究

古越、舜江属于同一220 kV供区，该供区与周边供区间的220 kV分层分区线路共有11回，可根据以下划分方式选择一个通道进行合环：太安—中纺双线（与兰亭供区之间备用通道），太安—凤凰双线（与涌潮供区之间备用通道），九里—青藤双线（与兰亭供区之间备用通道），齐贤—兰亭双线（与兰亭供区之间备用通道）以及虞北—屯山、上虞—屯山、上虞—溪凤三线通道（与河姆供区之间备用通道，以下简称河姆供区通道）。

经潮流分析，九里—青藤通道或河姆供区通道合环后，若发生章古5487、章古5488线同跳的故障，江沥4Q75、江汇4Q76线仍过载。因此，上述2个通道将不再列入候选范围。

经短路电流校核，太安—凤凰双线通道合环后，涌潮变220 kV三相短路电流达51.57 kA，超过开关遮断容量。由于涌潮供区3台主变长期处于重载状态，无法通过陪停主变的措施降低短路电流，所以也排除太安—凤凰通道。

因此，重点分析齐贤—兰亭双线（兰齐2456线、亭齐2457线）和太安—中纺双线（中太2U33线、中安2U34线）合环效果。

3 齐贤—兰亭双线与太安—中纺双线合环效果的对比分析

3.1 潮流、电压分析

3.1.1 齐贤—兰亭双线合环

双线合环后，兰亭主变下送潮流增加250 MW左右，达1 030 MW，古越和舜江主变潮流减少100 MW和150 MW，分别为965 MW和910 MW，潮流分布较均匀。

考虑章古5487、章古5488线双线同跳的故障，事故后古越片电网将由兰亭—齐贤双线、舜江—沥汇双线2个220 kV通道供电。其中，兰齐2456、亭齐2457线潮流为742 MW，未超继保限额（两线均为1 600 A）和热稳限额（两线均为1 476 A）；江沥 4Q75、江汇 4Q76线潮流为 582 MW，亦未超继保限额（两线均为1 600 A）和热稳限额[1]（两线均为1 476 A）。该供区内的九变一厂电压跌落值在9～11 kV不等（其中事故后电压最低点为太安变），均可满足事故后电压高于198 kV的要求。

3.1.2 太安—中纺双线合环

双线合环后，兰亭主变下送潮流增加200 MW左右，达980 MW，古越和舜江主变潮流分别减少85 MW和115 MW，分别为980 MW和945 MW，潮流分布合理。

考虑章古5487、章古5488线双线同跳的故障，事故后该供区将由太安—中纺双线、舜江—沥汇双线2个220 kV通道供电。其中，中太2U33、中安2U34线潮流为654 MW，江沥4Q75、江汇4Q76线潮流为668 MW，均未超继保限额和热稳限额。该供区内的九变一厂事故后电压跌落值在11 kV左右（其中事故后电压最低点为甘露变），均可满足事故后电压高于198 kV的要求。

经上述分析可得，齐贤—兰亭双线或太安—中纺双线合环均可满足潮流和电压要求。

3.2 短路电流校核

短路电流校核采取不基于潮流的方法，在全接线、全开机的基础上适当考虑如下影响较大的网架变化：500 kV古越—舜江双线同停，北仑发电厂7号机检修。故障形式为三相和单相金属性接地短路，基本计算公式如下[3]：

式中：Ik3为三相短路电流；Ik1为单相接地短路电流；U0为短路点正常运行电压，应取运行的最高电压；分别为短路点的正序、负序和零序等值阻抗。

仿真计算使用PSS/E程序（31版），容量和电压的基准值分别取100 MVA和230 kV。对古越、舜江和兰亭变的220 kV单相和三相短路电流进行校核，结果如表1所示。

古越变、舜江变、兰亭变220 kV站内最小开关遮断容量均为50 kA。

由短路校核结果可见，太安—中纺双线合环后，各项短路电流均能满足小于站内最小开关遮断容量的要求。齐贤—兰亭双线合环后，兰亭变220 kV三相短路电流将达51.34 kA，超过站内开关遮断容量；采取陪停兰亭3号主变的措施后，可将超标的短路电流控制在42.99 kA。另外，兰亭变3号主变停役后，主变下送潮流由1 030 MW下降至950 MW，满足热稳定限额要求（兰亭2台主变限额为1 150 MW）；古越和舜江主变潮流增加100 MW和150 MW，分别达到1 015 MW和940 MW，潮流分布均匀。

3.3 暂态稳定分析

由如下发电机电磁功率表达式可定性判断[4-5]，分区通道合环可增强网络联系，使得机组与大系统间的联系电抗减少，输出电磁功率增加，进而提高暂态稳定极限[6]。

式中：PE′为发电机输出的电磁功率；E′为发电机暂态电势；U为无穷大母线电压；为发电机与无穷大母线之间的直轴暂态电抗；δ′为功角。

根据故障发生的概率[7]、严重程度以及保护动作情况[8]，选择500 kV北仑发电厂—河姆双线同杆异名相故障作为暂态稳定校核的故障形式，对齐贤—兰亭双线合环同时陪停兰亭3号主变（以下称“方式调整1”）、以及太安—中纺双线合环（以下称“方式调整2”）前后的暂态稳定水平进行校核，具体结果见表2。

计算结果表明，在古舜5485、古江5486线停役的检修方式下，根据既定的故障形式和保护动作情况，若北仑发电厂总出力为3 350 MW，则系统暂态稳定；微增其出力至3 400 MW，暂态失稳，由此可知该方式下系统的暂态稳定极限为3 350 MW。检修方式下将齐贤—兰亭双线通道合环同时陪停兰亭3号主变（即“方式调整1”），则系统的暂态稳定极限可提高200～3 550 MW（等效于释放北仑发电厂出力200 MW）。检修方式下将太安—中纺双线合环（即“方式调整2”），效果与“方式调整1”等同，暂态稳定极限同样可提高至3 550 MW。

表1 短路电流校核结果 kA

表2 暂态稳定校核结果

3.4 小干扰稳定性分析

由于电力系统的发展、远距离重负荷输电系统的投入运行、互联电力系统的出现和扩大、快速自动励磁调节器和快速励磁系统的应用，电力系统出现了低频功率振荡问题，严重影响电力系统的安全稳定运行。围绕华东电网低频振荡特性展开分析，着重比较分区通道合环前后振荡模式和阻尼特性变化。仿真采用电科院BPA程序，计算选用隐式重启动Arnoldi算法[9-10]。

仿真表明，500 kV古越—舜江变双线及北仑发电厂7号机停役的方式下，华东电网存在5个典型的区域间振荡模式，分别是：

（1）阳城对华东模式：该模式的振荡频率为0.286 7 Hz，阻尼比为14.68%，主要表现为阳城机组相对华东主网其他机组的振荡。

（2）福建对华东模式：该模式的振荡频率为0.386 1 Hz，阻尼比为14.66%，主要表现为福建机组相对华东主网其他机组的振荡。

（3）浙江对华东模式：该模式振荡频率为0.612 0 Hz，阻尼比为7.91%，主要表现为浙江机组相对华东主网其他机组的振荡。浙江玉环、宁海、北仑、乌沙山、乐清、胜龙等发电厂的机组，均受到该模式的影响。

（4）安徽对华东模式：该模式振荡频率为0.707 0 Hz，阻尼比为3.17%，主要表现为安徽机组相对华东主网其他机组的振荡。

（5）苏北对华东模式：该模式振荡频率为0.835 8 Hz，阻尼比为6.09%，主要表现为苏北机组相对华东主网其他机组的振荡，浙江机组在一定程度上参与了该模式。

将古越—舜江双线同停的检修方式与两种方式调整后的小干扰分析对比，结果如表3所示。

由表3可知，将齐贤—兰亭通道合环，同时陪停兰亭3号主变后，小干扰频率发生改变的2种模式为浙江对华东和安徽对华东，增幅分别为0.000 7和-0.000 2，相对于增幅率为0.11%和-0.028%；阻尼比发生改变的模式为阳城对华东、浙江对华东和苏北对华东，增幅分别为0.02%，-0.04%和0.01%，相对于增幅率为0.14%，-0.51%和0.16%。采取太安—中纺通道合环方式调整后，频率发生改变的模式有3种，为阳城对华东、浙江对华东和安徽对华东，增幅分别为-0.000 1，0.000 7和-0.000 1，相对于增幅率为-0.35%，0.11%和-0.014%；阻尼比发生改变的模式为福建对华东和浙江对华东，增幅分别为-0.01%，-0.05%，相对于增幅率为-0.068%和-0.63%。由上可见，华东电网各振荡模式的振荡频率和阻尼比改变甚微，仍均满足《国家电网公司电力系统安全稳定计算规定》的相关要求。

表3 小干扰仿真结果

4 结语

为配合高铁上虞牵引站线路施工，分析了区域网架的特点，考虑采取分区备用通道合环的措施。经对各种合环方式下的网架进行潮流计算、暂态稳定分析、短路电流校核和小干扰分析，认为采取齐贤—兰亭双线合环（陪停兰亭3号主变）或太安—中纺双线合环的方式，均可以提高系统的暂态稳定极限近200 MW，同时潮流分布合理，短路电流和小干扰稳定也满足要求。为降低设备操作的风险，提高电网运行的安全性和稳定性，在施工期间的实际运行中采取太安—中纺双线合环的方式，将齐贤—兰亭双线合环（陪停兰亭3号主变）作为备用措施，保证了施工期间电网的可靠安全运行。

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