吕梁兴县电解铝相关环网供电能力研究

芦晓辉

（国网山西省电力公司电力调度控制中心，山西 太原 030001）

0 引言

兴县铝循环产业园区一期50万t电解铝项目及铝加工项目预计2018年投产，最大负荷约800 MW（一级负荷占95%），回龙塔（2×350 MW）1号机组已于2017年底投产，2号机组预计2018年投产。红旭开关站、中润电解铝负荷站已于2017年底通过220 kV兴红双回线并入兴县站，方山串补站及其至红旭站、车家湾站双回线路预计2018年投产。2018年上述工程投产后，吕梁区域通过“兴县—固贤临县—金罗—吕梁—车家湾—方山串补站—红旭站—兴县单双回混合环网给中润电解铝负荷供电。

红旭开关站—方山串补站双回线路长度约2×125 km；方山串补站—车家湾站双回线路长度约2×35 km；方山串补站串补补偿度为25%。吕梁兴县电解铝相关环网示意图如图1所示。

图1 吕梁兴县电解铝相关环网示意图

1 研究工具及计算条件

1.1 计算程序

采用中国电力科学研究院的中国版潮流和稳态计算BPA（bonneville power administration） 程序（6.006） 及BPA暂态稳定程序（5.0.7（BDM）） 进行计算。

1.2 故障设置

对为兴县电解铝供电的吕梁环网相关线路N－1、N－2三相永久故障进行分析。

计算中220 kV线路近端、远端故障切除时间均取0.12 s；500 kV线路近端、远端故障切除时间均取0.1 s。

1.3 计算条件

基于2018年冬季山西电网网架，兴县电解铝负荷接入前，吕梁电网网供负荷2600 MW。

回龙塔电厂开2台350 MW机组，柳林电厂开2台100 MW机组，华光220 kV机组停机。

兴县站负荷180 MW（功率因数0.97）、投入6组7.2 Mvar低容，中润站负荷功率因数按0.95考虑。

220 kV变电站220 kV母线正常方式电压不低于220 kV，相关设备N－1后电压不低于209 kV。

2 兴县电解铝相关环网供电能力研究

2.1 兴县电解铝负荷800 MW

全接线方式，220 kV贤兴线潮流457 MW，超过30℃以上环境温度运行要求，不满足全年运行要求。兴县站220 kV母线电压202 kV，不满足运行要求。

2.2 兴县电解铝负荷600 MW

全接线方式，220 kV贤兴线潮流373 MW，达到40℃运行极限，不满足N－1要求。兴县站220 kV母线电压210 kV，不满足运行要求。

2.3 兴县电解铝负荷400 MW

全接线方式，220 kV贤兴线潮流281 MW、贤临线潮流284 MW、临兴线潮流53 MW，兴县站、中润站220 kV母线电压均为220 kV。

2.3.1N-1分析

对兴县—固贤—临县—金罗—吕梁—车家湾—方山串补站—红旭站—兴县环网相关线路进行N－1计算分析。结果如表1所示。

表1 相关220 kV环网线路N-1计算分析

吕梁相关环网发生N－1故障，电网均可保持稳定运行，N－1后贤兴线、贤临线潮流较重，兴县、中润站电压较低。

由表1分析可知，相关环网线路中贤兴线N－1故障对电网影响最大，贤兴线N－1为兴县电解铝供电能力的制约故障。

220 kV贤兴线N－1，贤临线潮流398 MW（40℃过载7%），兴县站、中润站220 kV母线电压均为210 kV，基本满足运行要求。其余相关线路N－1，潮流电压分布合理，满足运行要求。

2.3.2N-2分析

对吕梁环网相关同杆架设线路进行N－2计算分析，结果如表2所示。

表2 相关220 kV环网线路N-2计算分析

220 kV贤兴+贤临N－2，电网可保持稳定运行，兴县站、中润站220kV母线电压均低至204kV，不满足运行要求。

220 kV贤兴+临兴N－2，电网可保持稳定运行，兴县站、中润站220kV母线电压均低至194kV，不满足运行要求。

220 kV兴红双N－2，电网可保持稳定运行，中润站220 kV母线电压低至208 kV，不满足运行要求。

220 kV方山—红旭双回N－2，电网可保持稳定运行，220 kV贤兴线潮流441 MW（40℃过载19%），兴县站、中润站220 kV母线电压均低至205 kV，不满足运行要求。

220 kV车家湾—方山双回N－2，电网可保持稳定运行，220 kV贤兴线潮流441 MW（40℃过载19%），兴县站、中润站220 kV母线电压均低至209 kV，不满足运行要求。

220 kV吕罗双N－2，电网可保持稳定运行，220 kV贤临线潮流457 MW（40℃过载22%），兴县站、中润站220 kV母线电压均为216 kV，不满足运行要求。

220 kV吕车双N－2，回龙塔机组功角失稳，联切回龙塔2台机组后可保持稳定运行，但联切机组后，220 kV贤兴线潮流515 MW（40℃过载39%），兴县站、中润站220 kV母线电压均低至197 kV，车家湾220 kV母线电压低至190 kV，不满足运行要求。

发生吕车双N－2三相永久故障，回龙塔机组功角曲线及车家湾站、中润电解铝站220 kV母线电压曲线如图2、图3所示，联切回龙塔2台机组后贤兴线潮流曲线如图4所示。

图2 吕车双N-2三相永久故障功角曲线

图3 吕车双N-2三相永久故障电压曲线

图4 吕车双N-2三相永久

2.4 计算小结

a）回龙塔双机运行方式，中润站最大可接带负荷约400 MW，全接线方式及N－1方式基本满足运行要求。

b） 发生220 kV吕车双N－2三相永久故障，回龙塔机组功角失稳，联切回龙塔2台机组后可保持稳定运行，但联切机组后，220 kV贤兴线潮流515 MW（40℃过载39%），兴县站、中润站220 kV母线电压均低至197 kV，车家湾220 kV母线电压低至190 kV，不满足运行要求。

c） 其余N－2方式，贤兴线、贤临线存在不同程度过载，贤兴线最大潮流441 MW（40℃过载19%），贤临线最大潮流457 MW（40℃过载22%），兴县站、中润站220 kV母线电压低于209 kV，最低低至204 kV。

3 结论及建议

3.1 结论

吕梁兴县相关环网供电能力研究得出以下结论。

在a）正常方式（未安排相关设备检修，方山串补正常投入），b）中润电解铝负荷功率因数不低于0.95，c） 回龙塔双机、柳林电厂+华光220 kV机组3台机组至少开2台3个前提条件下，“兴县—固贤—临县—金罗—吕梁—车家湾—方山串补站—红旭站—兴县单双回混合环网给中润电解铝负荷供电最大能力约400 MW。达不到以上前提条件时，中润电解铝接带负荷能力将下降。

发生220 kV吕车双N－2三相永久故障，存在回龙塔机组功角失稳问题，需同步投入安全稳定控制系统，在发生吕车双N－2故障时需要联切回龙塔机组及中润电解铝负荷。发生其余相关线路N－2故障，需要不同程度联切中润电解铝负荷。

3.2 建议

在目前网架下，建议在吕梁环网区域配置安全稳定控制系统[1]，采取切回龙塔机组、切电解铝负荷等控制措施解决相关线路N－2不满足要求问题，保证中润电解铝接带400 MW负荷能力。

为满足电解铝接带800 MW负荷目标，建议补强网架，增加红旭站出线回路数或在近区合适站点接入电源点，统筹规划，后期满足电解铝最终供电需求。