澧州输变电工程对湘西北电网的影响分析

刘静，李启旺

(国网湖南省电力公司，湖南长沙410004)

2017年常德地区将投产500 kV澧州输变电工程，包括新建500 kV澧州变，变电容量1×1 000 MVA，并剖入孱复ⅠⅡ线形成孱澧双回〔1〕、澧复双回。澧州输变电工程投运将改变湘西北地区的网架结构，其稳定特性和供电能力将发生变化，安全稳定控制措施也将随之发生变化。本文从电网结构、潮流分布、暂态特性等方面对湘西北电网静态安全和暂态稳定进行了计算分析，论证500 kV澧州输变电工程对湘西北电网安全稳定水平及供电能力的提升作用，并给出保障湘西北安全稳定运行的控制策略。

1 湘西北电网结构分析

1.1 2016年底湘西北电网结构

湘西北电网主要通过500 kV岗市变的2台500 MVA主变、复兴变1台750 MVA主变以及两回220 kV联络线与主网联网，主要电源有江垭、皂市、石门、益阳及常德电厂，湘西北地区电网如图1所示。

图1 2016年底湘西北电网结构

常德、益阳北部及岳阳西部的窑坡、芦家、七重堰、蔡家溪、沅江、明山等9个220 kV变电站构成的洞庭湖区电网结构较为薄弱，主要由盘芦Ⅰ线和Ⅱ线、石七、迎沅Ⅰ线及岗明线供带。

1.2 2017年湘西北电网结构

湘西北地区电网结构如图2所示。澧州输变电工程投运后，新增了澧州1台1 000 MVA的主变，澧州变增加了5回220 kV出线，主供洞庭湖区。澧州变投运加强了湘西北220 kV电网与主网的联系，增加了湖区电网供电通道，对湘西北电网和洞庭湖区电网结构有明显的改善作用。

图2 2017年湘西北电网结构

2 湘西北500 kV主变供电能力分析

2.1 潮流分析

500 kV澧州变投产前，湘西北电网大量电力由500 kV岗市变的2台500 MVA主变、复兴变1台750 MVA主变提供。在常德、益阳、张家界地区机组均匀开机方式下，其外来电力70%左右由岗市及复兴主变下网。为防止岗市、复兴任一台主变故障导致运行主变过载，需控制岗市、复兴3台主变下网潮流之和不超1 100 MW〔2〕，500 kV主变供电能力有限。冬季大负荷方式下，大唐石门电厂、江垭电厂、常德电厂等220 kV并网机组均需保持大方式运行，才能确保岗市复兴主变下网在控制功率之内。湘西北电网安全稳定对该地区220 kV并网机组依赖较大。

500 kV澧州变投产后，大负荷方式下湘西北地区近40%左右的电力通过澧州主变下网，并送至相邻220 kV变电站，减轻了岗市、复兴主变下网的压力。相同负荷水平及开机方式下，澧州主变运行与停运湘西北500 kV主变下网潮流见表1。

表1 澧州主变运行/停运湘西北主变下网潮流 MW

为防止澧州主变跳闸，岗市主变及220 kV石盘Ⅱ线、石七线过载，湘西北地区220 kV并网机组需保持一定开机方式，控制澧州主变下网潮流不超650 MW，并控制澧州主变与岗市主变、澧州主变与相关220 kV线路构成的电磁环网断面潮流，以确保澧州主变通过N-1校核。此外，还需控制岗市2台主变下网潮流不超690 MW，复兴主变下网潮流不超500 MW。若同杆并架的澧复双回同跳，约50%的潮流转移至澧州主变，湘西北地区受电电力70%以上由澧州主变下网，可能导致澧州主变重载甚至过载，需联合控制澧复双回及澧州主变下网潮流。

2.2 暂稳分析

暂态稳定问题主要与输电极限、负荷动态特性及受端系统电压支撑三方面相关〔3〕。目前电力系统仿真计算中，一般采用综合负荷模型，湖南电网采用65%恒阻抗＋35%感应电动机模型。

澧州主变投运前，湘西北地区电网结构不强，末端负荷较重。大量采用异步电动机作为关键设备的电排集中运行时，对电网的无功功率需求进一步增加。若发生故障导致负荷节点电压跌落，电动机吸收的无功功率将增加，进一步加大了无功功率缺额，导致电压跌落更为严重。

依据稳定导则，考虑最恶劣情况，即高负荷时段，湘西北220 kV并网电源小方式，对湘西北电网进行暂态稳定分析。

澧州输变电工程投运加强了湘西北地区的电网结构，故障时提供了一定的无功功率支撑。相同负荷水平和开机方式下，澧州投运前后，岗市主变中压侧三相故障，明山变110 kV母线电压曲线如图3所示。计算表明，澧州投产后相同故障导致的电压跌落深度较小，电压恢复速度较快，暂稳水平有所提升。

图3 岗市中压侧故障明山变电压曲线

经计算，控制澧州主变下网不超过650 MW，澧州主变中压侧三相故障将造成湖区电网稳态电压跌落15 kV左右如图4所示，并在故障切除后0.8 s电压即恢复至0.85 p.u，不会造成暂态电压失稳。

图4 澧州主变中压侧故障湖区电压曲线

上述计算分析表明，500 kV澧州输变电工程投产后，提高了湘西北地区供电能力和暂稳水平，减轻了对湘西北地区220 kV并网机组的依赖。

3 洞庭湖区供电能力分析

3.1 潮流分析

澧州输变电工程投运前，洞庭湖区电网由盘芦双回、石七、迎沅Ⅰ线及岗明线供电，为确保任一元件能够通过N-1校核〔3〕，需控制盘芦断面、岗明迎沅断面潮流在一定范围内，其输送能力有限，最大约950 MW。上述供电区存在大量的排涝泵站，总容量约1 000 MW〔4〕。2016年汛期后持续高温天气，大量排渍负荷与居民空调负荷叠加，导致上述厂站负荷较重，盘芦断面、岗明迎沅断面持续重载，供电能力难以满足负荷增长需求。

澧州输变电工程相关220 kV线路投产后，加强了湖区的电网结构。高负荷时段，大量电力通过澧州主变下网经澧窑ⅠⅡ线、澧蔡ⅠⅡ线送至相邻的湖区厂站，减轻了盘芦断面、岗明与迎沅Ⅰ线等断面潮流。澧州主变及配套220 kV线路的投运使得湖区供电能力约提高了200 MW，有效地缓解了洞庭湖电网供电紧张形势。相同负荷水平及开机方式下，澧州主变运行与停运湖区供电相关断面潮流见表2。

表2 澧州主变运行/停运湖区主要断面潮流 MW

3.2 暂稳分析

洞庭湖区负荷集中，且区内无电源，为典型的受端网络。高负荷时段电压水平偏低，2016年220 kV最低母线电压为湖区的护城变，为216 kV。澧州输变电工程投产前，石盘Ⅱ线、石七线、迎沅Ⅰ线等线路任一回三相故障系统均能保持稳定，但高负荷时段同杆并架的石盘Ⅱ线和石七线异名相故障同时跳闸可能导致湖区变电站电压失稳，如图5所示。

图5 石盘Ⅱ线和石七线异名相故障湖区电压曲线

澧州投产后相同故障导致的电压跌落深度较小，电压恢复速度较快。以迎沅Ⅰ线沅江侧三相接地故障为例，澧州投运前故障后稳态电压跌落0.042 p.u，澧州变投运后故障导致明山变稳态电压跌落约0.031 p.u，如图6所示。

图6 澧州投产前后迎沅Ⅰ线故障湖区电压曲线

上述计算分析表明，500 kV澧州输变电工程投产后，提高了湖区电网的供电能力和暂态电压稳定水平。

4 结语

澧州输变电工程投运后，湘西北地区500 kV主变下网能力由1 100 MW提高至1 840 MW，减轻了岗市主变下网的压力，也提高了湘西北电网的暂态稳定水平。同时，澧州输变电工程投运，加强了湖区电网的网架结构，湖区电网的供电能力提高了约200 MW，能够满足近期负荷增长的需求。但高负荷时段，仍需关注澧州主变及相关电磁环网断面潮流，合理安排运行方式，确保电网安全稳定运行。

〔1〕国网湖南省电力公司.2017年湖南电网运行方式 〔R〕.2017.

〔2〕国网湖南省电力公司.湖南电2017年安全稳定运行规定 (第1版) 〔R〕.2017.

〔3〕汤涌.电力系统电压稳定性分析 〔M〕.北京:科学出版社，2011.

〔4〕中华人民共和国国家经济贸易委员会.电力系统安全稳定导则:DL 755—2001〔S〕.北京:中国电力出版社，2011.

〔5〕姜仁义.洞庭湖区大型排涝泵站更新改造与管理实践 〔J〕.大科技，2016(34).