山西电网利用区外电源黑启动研究

刘志良，包 磊，李鸣镝

（国网山西省电力公司电力调度控制中心，山西 太原 030001）

山西电网利用区外电源黑启动研究

刘志良，包 磊，李鸣镝

（国网山西省电力公司电力调度控制中心，山西 太原 030001）

通过分析山西电网的网架特点，论述山西电网具备利用区外电源黑启动的条件，提出黑启动过程中需要遵循的原则，选择山西电网利用区外电源黑启动的启动路径，并利用仿真软件验证了黑启动路径的稳态电压及操作过电压均满足电压控制要求。

黑启动；区外电源；启动路径；过电压；大面积停电

0 引言

随着超特高压技术的不断发展，电网规模越来越大，复杂程度不断增加，同时电网运行面临的危险因素也越来越多[1-2]。电网运行中一个小的诱因引起发展性的故障，导致连锁反应，容易引发大面积停电，甚至局部电网全停，造成灾难性的后果，这方面国内外都有过惨痛的教训，比如2012年7月印度大停电就是典型的事例。电网发生大面积停电事故，将给社会安全、国民经济以及电力系统本身带来巨大损失[3]。而成功快速的黑启动能够减少因大停电带来的巨大损失，因此关于电网黑启动的研究十分必要[4-7]。

山西电网地处黄土高原，重要输变电设备多处于高山峻岭、煤矿采空区、地震断裂带上，运行环境十分恶劣；电源与负荷分配不均，形成北电南送、西电东送的格局，造成大规模电力长距离输送，局部网架薄弱，运行风险较大。因此，山西电网发生大面积停电和全部停电的风险始终存在，许多电力工作者对山西电网黑启动进行了一些研究[8-10]。但是，这些研究基本都局限在利用山西电网内部具备自启动能力的机组进行黑启动，这种黑启动方式相较于利用区外运行电网作为电源的黑启动方式，具有恢复难度大、速度慢、容易失败等缺点。因此，本文重点对山西电网利用区外电源黑启动进行分析、研究。

1 山西电网网架结构分析

山西电网是华北电网的重要组成部分，目前已建成以1 000 kV长南I线与华中电网相连，500 kV为骨干电网和220 kV为主干电网；形成从北到南500 kV电网双回路和中南部双环网，220 kV电网形成大同、忻朔、中部、南部4个独立区域电网。按照行政区域划分，山西电网包括11个地区电网，其中，大同区域电网包括大同电网；忻朔区域电网包括忻州、朔州电网；中部区域电网包括太原、阳泉、晋中、吕梁电网；南部区域电网包括长治、晋城、临汾、运城电网。

山西省作为电力外送的大省，山西电网对外的主要联络通道有五通道十回线：通过1 000 kV长南I线与华中电网联络运行；通过500 kV大房三回线、神保双回线、阳北双回线、潞辛双回线与京津唐、河北南网相连。因此，山西电网的结构具备利用区外电源黑启动的条件。

2 山西电网利用区外电源黑启动方法分析

山西电网全停后的恢复初期，电网网架薄弱、出力不足，恢复的过程中存在电压控制、系统稳定、负荷恢复顺序、优先并网机组选择、启动路径选择的问题，为能够快速有效地恢复电网，需采取措施综合考虑、协调处置。

2.1 电压控制原则

电网恢复初期，网架薄弱，空载或轻载的超高压输电线路释放大量无功，线路末端因容升效应电压升高，不但容易损坏绝缘设备，而且可能导致黑启动失败。为避免这种情况，可采取以下措施。

a）超高压线路送电前，投入一定容量的电抗。

b）适当安排部分发电机组进相运行。

c）及时有序地开放部分重要负荷。

2.2 恢复初期的分区运行原则

山西电网全停后，将电网分成多个子系统同时进行电网恢复，不但能快速有效地恢复电网，还便于掌控系统恢复进程、控制电网潮流，避免黑启动失败。

a）利用区外电源进行黑启动时，将全停区域合理划分为数个子系统，利用各自的区外电源通道同时展开黑启动。

b）电网恢复初期，子系统的内部电网也可采取分区供电的方式。

c）电网恢复中后期，各子系统网架足够坚强且有强电源支撑的情况下，才可将分区供电模式转为合环运行方式。

2.3 负荷恢复原则

电网恢复初期，在系统出力不足的情况下，根据负荷的重要及危险程度，负荷恢复需遵循先后顺序，可遵循以下原则。

a）合理分配用电指标，优先恢复调度指挥用电、变电站站用电、发电厂启备变、易发生群死群伤用户的保安电源。

b）按照最低保安负荷提供电力支援。最低保安负荷包括：调度指挥、电厂厂用电、站用电、政府、医院、交通指挥、通信、新闻媒体、煤矿、化工等高危用户保安电。

2.4 优先并网机组的选择原则

电网恢复的初期优先启动抽蓄机组、水电机组、燃气机组等启动速度快的机组，其次选择启动能力强、负荷中心的大容量火电机组。

2.5 启动路径的选择原则

全停电网启动路径的选择至关重要，直接关系电网恢复的快慢及成功与否。启动路径的选择可遵循以下原则。

a）启动路径尽量短，便于电压控制。

b）尽量减少不同电压等级间变换，可减少设备操作，加快电网恢复的速度，减少大量潮流在不同电压等级之间穿越。

c）尽量先启动大容量机组，因大容量机组可靠、启动能力强。

d）尽量先启动负荷中心机组，便于负荷中心恢复、就地平衡、系统稳定。

3 山西电网利用区外电网黑启动路径选择

根据山西电网的电网结构、电源分布、对外联络的特点，山西电网黑启动范围可划分为4个区域：大同区域、忻朔区域、中部区域、南部区域。4个区域分别利用各自区域与华北主网的联络线作为区外电源黑启动通道，即：500 kV大房三回线、神保双回线、阳北双回线、潞辛双回线。1 000 kV长南I线因涉及两大型区域电网、多级调度、线路太长电压不易控制，故不利用其作为山西电网区外电源黑启动通道。

利用区外电源黑启动中黑启动路径的选择及电压的控制直接关系电网恢复的成功与否。根据利用区外电源黑启动需遵循的原则，山西电网4个区域分别选取一条黑启动路径，利用仿真软件对黑启动路径进行稳态电压及暂态操作过电压进行计算分析。计算条件为：将山西电网以外的网络等值为理想电源和等值阻抗，线路采用π型等值模型，主变、线路、各高抗、各待启电厂启备变参数均采用实际设备参数。

3.1 大同区域利用区外电源黑启动路径分析

大同区域电网黑启动路径选择房山—大同二电厂—雁同变电站—塔山电厂。启动路径示意图见图1所示。

图1 大同区域启动路径示意图

大同区域利用区外电源黑启动路径各站点稳态电压情况见表1所示，操作过电压值及倍数见表2所示。

表1 大同区域启动路径稳态电压情况kV

表2 大同区域启动路径操作过电压情况kV

表3 忻朔区域启动路径稳态电压情况kV

表4 忻朔区域启动路径操作过电压情况kV

从表1计算结果可以看出，若房山电压为520.15 kV，整个启动过程中塔山电厂稳态电压最高，达到535.38 kV，所有母线电压满足稳态电压控制要求。从表2计算结果可以看出，整个启动过程中最大操作过电压倍数值发生在合大同—房山时，大同侧为1.846 3倍，均未超过2倍，满足暂态操作过电压的要求。

3.2 忻朔区域利用区外电源黑启动路径分析

忻朔区域电网黑启动路径选择“保北—神头二电厂—忻州变电站—轩岗电厂”。启动路径示意图见图2所示。

图2 忻朔区域启动路径示意图

忻朔区域利用区外电源黑启动路径各站点稳态电压情况见表3所示，操作过电压值及倍数见表4所示。

从表3计算结果可以看出，若保北电压519.66 kV，整个启动过程中最高稳态电压发生在合忻州—轩岗时，神堡站达到526.80 kV，所有母线电压满足稳态电压控制要求。从表4计算结果可以看出，整个启动过程中最大操作过电压倍数值发生在合保北—神堡时，神堡侧大小为1.875 3倍，均未超过2倍，满足暂态操作过电压的要求。

3.3 中部区域利用区外电源黑启动路径分析

中部区域电网黑启动路径选择“石北—阳泉变电站—侯村变电站—侯村主变—新店—马庄—瑞光电厂”。启动路径示意图见图3所示。

图3 中部区域启动路径示意图

中部区域利用区外电源黑启动路径各站点稳态电压情况见表5所示，操作过电压值及倍数见表6所示。

表5 中部区域启动路径稳态电压情况kV

表6 中部区域启动路径操作过电压情况kV

从表5计算结果可以看出，若石北电压520.84 kV，整个启动过程中最高稳态电压发生在合瑞光启备变时，阳泉站达到526.96 kV，瑞光电厂230.57 kV，所有母线电压满足稳态电压控制要求。从表4计算结果可以看出，整个启动过程中最大操作过电压倍数值发生合石北—阳泉时，阳泉侧大小为1.877 5倍，均未超过2倍，满足暂态操作过电压的要求。

3.4 南部区域利用区外电源黑启动路径分析

南部区域电网黑启动路径选择 “辛安—潞城—左权电厂”。启动路径示意图见图4所示。

图4 南部区域启动路径示意图

南部区域利用区外电源黑启动路径各站点稳态电压情况见表7所示，操作过电压值及倍数见表8所示。

表7 南部区域启动路径稳态电压情况kV

表8 南部区域启动路径操作过电压情况kV

从表7计算结果可以看出，若辛安电压520.39 kV，整个启动过程中最高稳态电压发生在合左权电厂启备变时，左权电厂达到532.18 kV，所有母线电压满足稳态电压控制要求。从表8计算结果可以看出，整个启动过程中最大操作过电压倍数值发生在合辛安—潞城时，潞城侧大小为1.830 7倍，均未超过2倍，满足暂态操作过电压的要求。

4 总结

研究山西电网利用区外电源黑启动，对山西电网全停后快速而有效的恢复意义重大。2013年10月山西省电力公司依据本文提出黑启动原则及路径，对山西中部区域电网成功进行了利用区外电源启动模拟演练，演练结果表明本文的黑启动研究具有实际的指导意义。本文的研究离实际编制出的具体的调度可实施方案还有一定距离，还需进行大量细致的工作，才能切实指导调度运行人员在山西电网发生全停后快速、有效、有序地按照预定方案恢复山西电网。

[1]张莉，王晋，卢政尧．电网黑启动方案关键问题探讨 [J]．四川电力技术，2012（4）：25-30．

[2]傅吉悦，徐印东，孙勇，等．水电机组带长线路黑启动方针分析 [J]．吉林电力，2012（4）：5-7．

[3]王莉丽，韩伟．关于电网黑启动中厂网配合机制的研究 [J]．四川电力技术，2012（3）：20-22．

[4]刘连志，顾雪平，刘艳．不同黑启动方案下电网重构效率的评估 [J]．电力系统自动化，2009（5）：24-28．

[5]刘隽，李兴源，许秀芳．互联电网的黑启动策略及相关问题[J]．电力系统自动化，2004（5）：93-97．

[6]曾勇刚，杨晋柏．南方电网黑启动方案 [J]．电力系统自动化，2006，30（9）：80-87．

[7]徐峰．黑启动方案的制定与仿真 [J]．江苏电力工程，2008 （27）：60-62．

[8]唐震．山西电网黑启动方案滚动研究及其保护配置 [J]．山西电力，2007（13）：4-5．

[9]张悦．山西电网黑启动方案研究 [J]．山西电力，2004（6）：9-10．

[10]李政伟．万家寨水电站黑启动方案及其试验 [J]．中国水能及电气化，2011（12）：51-54．

Study On Black-start of Shanxi Power Grid Using Offsite Power Source

LIU Zhiliang,BAO Lei,LIM ingdi

（State Grid Shanxi Electric Power Corporation Dispatching&Control Center, Taiyuan,Shanxi 030001,China)

By analyzing the features of Shanxi Power Grid, it is proved that the black- start of Shanxi Power grid using offsite power source is feasible. The principles and start path of black- start are presented. Simulation analysis results indicated that steady- state voltage and operating over- voltage during the black- start process could meet the requirements of voltage control.

black-start;offsite power source;starting circuit;over-voltage;large scale blackouts

TM73

A

1671-0320（2016）02-0001-05

2015-11-19，

2016-01-20

刘志良（1984），男，山西屯留人，2010年毕业于西安交通大学电力系统及其自动化专业，硕士，工程师，从事调动运行工作；

包 磊（1981），男，山东蓬莱人，2003年毕业于武汉水利电力大学电力系统及其自动化专业，高级工程师，从事调动运行工作；

李鸣镝（1969），男，江苏丰县人，1992年毕业于太原工业大学电力系统及其自动化专业，高级工程师，从事调动运行工作。