“疆电入川”工程对四川电网的影响研究

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(1.四川大学电气信息学院，四川 成都 610065；2．四川省智能电网重点实验室，四川 成都 610065； 3．国网四川省电力公司，四川 成都 610041)

0 引 言

“疆电外送”[1，2]作为既已实现，且未来发展潜力巨大的能源优化配置工作已视为国家战略发展规划。而与之相邻的四川电网作为国家枢纽电网[3]，“西电东输”工程的大量投运保证了其有能力成为中转站，实现电力资源的“接力外送”；加之以水电为主的四川电网，丰枯期电量存在较大落差，部分时段有一定电量缺额，“丰余枯缺”结构性矛盾凸出。“疆电入川”孕育而生。

然而，伴随“疆电入川”特高压直流项目投运，势必将会对四川电网造成较大影响，特别是成都电网。主要问题包括有：①电力电量平衡问题[4]，如电力建设规划、电量的消纳与结算；②电磁环网问题[5-8]，如已处较高短路电流水平的电网现状，原有开关设备的遮断容量能否满足系统的要求；③电网经济与安全问题，如电网运管费用的增加，故障影响与损失加重，通信线路的电磁感应危害加大，及铁塔接触电压、跨步电压增大带来的安全问题等。因此，解析“疆电入川”特高压直流输电工程[9]对四川电网的影响，特别是电力电量平衡问题与短路电流水平分析[10]显得尤为重要。

1 “疆电外送”工程与四川电网现状分析

1.1 “疆电外送”工程

随着750 kV新疆与西北联网工程的成功投运，新疆电网正式并入全国电网，实现了“煤从空中走、电送全中国”的大跨越。当前，哈密—河南±800 kV和淮东—重庆±1 100 kV 两条特高压直流工程的投建，预计每年可向外送电17 500 MW，进而缓解内地用电紧张局面。其中，淮东—重庆±1 100 kV直流工程还将成为全球电压等级最高、输送容量最大、输电距离最长的直流输电工程。“疆电外送”意义重大。首先，近年来火电连年亏损使电力企业失去投资火电的动力和能力。火电投资下降过快可能导致今后几年火电装机不足，造成“硬缺电”。作为发电主力军的火电增速下降，无疑将对整体供电形势造成影响。而中国电力消费主要集中在东、中部地区，中、东部地区占全国用电比重达近70%，未来这一特点也不会根本改变。因此，特高压“疆电外送”无疑是保障国家能源安全的重要手段；其次，对于新疆自身的发展而言，建设能源大通道，集约开发新疆各类能源，就地转化为电力，有利于新疆资源优势转化，事关国家能源安全、产业布局和新疆跨越式发展。

1.2 四川电网现状分析

近年来，四川电源与电网建设初具规模，跨区联网交换能力大幅提升。然而，“丰余枯缺”结构性问题仍然明显，以2010年四川电网实际情况为例，外送电量20 050 GWh(含二滩送重庆电网3 730 GWh)，外购电量3 580 GWh。造成上述“既卖电又买电”现象的问题在于以下3点。

(1)电力供需受季节与气候影响较大，对电网吞吐能力和联网要求较高。

受到电源结构和水火电源空间分布的影响，丰水期都有大量的电力自西向东送往负荷中心并向区外输送，枯水期则更多是依靠煤电和外来电源，以水电为主的电力供需形势受季节与气候影响较大，对电网吞吐能力和与外区联网要求较高。近年来枯水期供电能力不足，电煤和外购电成为影响冬季电力电量平衡的关键因素。

(2)四川500 kV、220 kV电网已具规模，但电网高低两端网架发展有所滞后。

一方面与外区大量电力交换能力受到限制，电网稳定水平较低，丰水期水电存在弃水调峰、经济性差，更高等级电网(交直流特高压电网)亟待早日建成投产；另一方面110 kV以下配电网建设有所滞后，配电网网架和供电能力有待进一步加强。

(3)电源和电网的发展有待于进一步加强协调配合、共同有序推进。

随着电源特别是水电开发建设速度加快，四川电网建设相对滞后，部分送电通道出现瓶颈。随着厂网分开的电力体制改革已基本完成，电源项目主体多元化的格局已经形成。新形势下，根据市场和电网条件，正确引导电源项目合理布局、规范有序发展，确保电力系统安全可靠，以及系统整体最优的难度较大。

综上分析，四川电网受季节与气候的变化，输送电通道瓶颈及部分城市负荷中心峰谷差异大等问题影响，决定了未来四川电网需要进一步加强省际电网的互联发展。

2 “疆电入川”工程对四川电网的影响

2.1 电力电量平衡分析

根据四川省“十二五”能源发展规划，四川省全社会用电量年均增长12.6%，全省最大负荷年均增长14.4%。参照2011年四川电网电力电量实际情况，现对2012年全网电力电量平衡进行预测，相关计算公式如下。

ΔPD=1.03PDC-(PR+ΔPS)

(1)

其中，ΔPD为电力余缺；PNC为需要装机容量；PR为综合可调容量；ΔPS为受阻电力。

PR=PInst-PM-ΔPS-ΔPSur

(2)

其中，PInst为期初统调装机容量；PM为检修容量；PSur为空闲容量。

ΔPSur=PIm-PEx

(3)

其中，PIm为输入电力；PEx为输出电力。

ΔQS=QC-QG

(4)

其中，ΔQS为电量自然盈亏；QC为全社会用电量；QG为全网发电量。

电力电量预测结果如表1所示。

对表1中的电力预测部分进行分析，见图1所示。

从图1中可以看出，全网2012年全年大部分月份(除4、10、11月)都存在一定电力缺额，主要集中在枯水期与负荷高峰期，最大缺额为-3 257MW。

表1 2012年四川电网电力电量平衡预测表(单位：MW、GWh)

表2 2015年四川电网电力电量平衡预测表(单位：MW、GMh)

图1 2012年电力平衡图

图2 2012年电量平衡图

对表1中的电量预测部分进行分析，见图2所示。

全网电量自然盈亏3 030 GWh，丰期净富余16 090 GWh，枯期净缺电13 070 GWh，净缺电月份11月至5月。

上述结果表明：除负荷日益增长，造成负荷高峰期电力不足外，四川电力“丰余枯缺”结构性矛盾日益凸显，加强区域电网互联强度势在必行。

根据规划，对2015年电力电量情况进行预测。

按规划，到2015年，四川电网全网电力平衡问题已能得到基本解决，且有一定余力。但考虑到四川电网丰、枯水电变化的影响，“丰余枯缺”问题仍然存在的可能，及全国能源结构优化——“西电东输”的需要，“疆电入川”项目的实施不仅能有效解决四川电力结构性问题，更有利于国家能源大格局的优化。按照“疆电入川”规划，拟建通道将向成都地区输送功率约11 000 MW，即能实现：“消纳疆电，自身平衡，外送接力”的目的。

2.2 短路电流水平分析

随着雅安—重庆—皖南交流特高压的投运，以及四川西部水电资源的大力开发和四川中东部电网500 kV变电站的增加，使得各站点间的电气距离进一步缩短，导致了已处较高水平的四川电网各站点短路电流水平进一步升高，甚至部分站点水平超过了对应母线开关的最大遮断容量。现利用BPA程序对2015年四川电网500 kV以上变电站(如图3所示)短路电流水平进行模拟计算。计算结果如下。

图3 四川电网500 kV站示意图

(1)2015年四川电网，在没有采取任何限制短路电流措施的情况下，四川电网两个交流特高压变电站1 000 kV母线最大短路电流仅约26.497 kA，远小于50 kA的遮断容量。

(2)500 kV侧电网短路电流水平中，东坡变电站的500 kV母线三相短路电流超过了遮断容量63 kA，其余交流特高压变电站500 kV母线和500 kV变电站高压侧母线的短路电流均小于63 kA。其中乐山特高压中压侧500 kV母线的三相短路电流为61.383 kA，已接近开关遮断容量，裕度较小。

(3)220 kV侧电网短路电流水平中，东坡变电站的220 kV母线三相、单相短路电流均超过遮断容量50 kA，乐山变电站的220 kV母线三相短路电流超过了遮断容量，其余500 kV变电站220 kV母线侧的短路电流均小于50 kA。

(4)四川电网各个换流站大多因为直接连接于大型水电站，所以母线短路电流较大，最大为54.922 kA，最小为36.720 kA，各个换流站均是单相短路电流高于三相短路电流。

(5)2015年四川电网短路电流计算结果中，共有11个变电站或换流站的母线短路电流水平高于50 kA，具体如表3中第2、3列所示。

考虑“疆电入川”项目主供方向为成都电网，计算2015年四川电网500 kV以上站点短路电流水平，且对比工程实施前其中已处较高水平站点，如表3中第4、5列所示。

表3 短路电流高于50 kA的500 kV以上站点(单位：kA)

结果表明：在不改变四川水电、火电机组容量的情况下，“疆电入川”项目工程投运对2015年四川电网500 kV以上各站点短路电流水平的影响很小，无明显“助长”作用。相比较于交流输电方式，采用直流输电方式将新疆的富裕电力输送到四川电网，并不会增大四川电网的短路电流水平。由于直流输电线路的电流是按给定值控制的，因此被互联的两端交流系统的短路容量不致由于互联而增大。但是如果用交流线路将两个交流系统互联，则将出现因短路容量增大，导致断路器的遮断容量不足而需要更换，或者增设限流装置，以限制短路电流等。

3 结 语

在分析了“疆电外送”与四川电网现状基础上，就“疆电入川”工程对四川电网可能存在影响进行了研究，主要结论如下。

(1)“疆电入川”项目的实施能有效提升“西电东输”大格局资源优化配置，且解决了四川电网枯期存在一定电力缺额的问题；

(2)“疆电入川”项目工程投运后，在不改变四川水电、火电机组容量的情况下，对2015年四川电网500 kV以上各站点短路电流水平的影响很小。采用直流输电方式将新疆的富裕电力输送到四川电网，并不会增大四川电网的短路电流水平；

(3)当前，随着交流特高压工程的逐步建投，新增大电源的不断接入，各地区电网存在500 kV、220 kV环网问题，将导致四川电网各站点短路电流水平将不断增大，甚至某些站点的短路电流已经或者可能超过对应母线开关的最大遮断容量，需要对四川电网500 kV各站点采取有效限制短路电流的措施。

[1] 本刊编辑部. “疆电外送”特高压直流前期正式启动[J]. 华北电力技术，2011(8)：4.

[2] 新疆电力公司. “疆电外送”工程打造能源输出空中大通道[OL].国家电网公司, http://www.sgcc.com.cn/xwzx/gsyw/yxfc/07/277399.shtml[2012-07-30].

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