淮南电网电磁环网解环分析

马 静, 胡继堂, 刘 凯, 王 栋, 谢 娟, 屈 鹏

(1.国网安徽省电力公司经济技术研究院, 安徽 合肥 230022; 2.国网安徽省电力公司淮南供电公司, 安徽 淮南 232007)

随着国民经济的发展,电力系统的容量不断扩大。一般负荷中心都远离电源,需要远距离输送电能。针对远距离大容量输电问题,传统的解决方法是随着系统容量的增加而提高系统电压,即采用更高一级电压等级来解决由于电网发展而出现的问题[1-2]。在一个新的更高的电压等级出现的早期,电力系统网络在结构上不可能做到非常坚强,而是一步步完善、加强并日臻合理[3-4]。在这个完善和强化的过程中,为了获取大的网络传输功率,合理利用廉价资源,满足用户对用电的要求,电力系统需要出现一个或多个电磁环网运行[5-6]。电磁环网的存在给现代电网的运行管理带来麻烦,也给电网的发展带来了不确定因素。

目前,淮南220 kV电网已经相对成熟,500 kV主网架正在逐步形成和完善,500 kV和220 kV电网间高低压电磁环网已经形成。随着淮南500 kV和220 kV电网的发展和完善,电磁环网运行有可能引起部分500 kV变电站及一些220 kV枢纽变电站的220 kV母线断路容量达到或超过断路器的额定容量,对系统的安全和稳定运行十分不利[7-9]。因此,实现淮南500 kV/220 kV电网分层分区运行是必然趋势。本文结合淮南电网特点,以淮南2020年夏季高峰预测数据为基础,针对220 kV电磁环网提出一套合理的解环方案,并在解环情况下考虑分区失去上级电源后另一分区作为备用电源这一典型场景下的供电可靠性,以期为淮南今后顺利实施电磁解环提供参考。

1 解环的基本原则

电力系统网架结构发展及其运行方式变化如图1所示。

图1 系统网架发展及其运行方式变化

在电网发展的不同阶段,电磁环网对电力系统的影响也不相同,大致可归纳为形成→利大于弊→发展→弊大于利→消亡[8]等过程。实现分层分区供电是大电网发展的方向和目标。大电网的目标网架结构的关键不在于是否应解环,而在于如何逐步实施解环。电网具有多样性和复杂性,对不同电网实施解环需要具备的具体条件往往也不同[10-13]。因此,要根据不同电网的发展特点,对电网发展的不同阶段进行详细地分析和研究,在明确网架结构发展阶段的基础上,讨论电网的运行方式。对于大电网,当条件还不成熟时,以暂时保持电磁环网运行为佳;而当电磁环网对系统安全稳定运行的威胁超过其所能带来的经济效益时,只要条件成熟,应尽早、尽快实施解环[14-17]。

要合理的实施电磁解环,需要进行潮流、稳定性、短路电流、网损等多方面的计算,综合利弊之后才能作出决策[18-21]。

(1) 分析电磁环网的构成情况,根据电网分层分区、方便管理的原则初步确定联络线后,才可判定应断开的线路。

(2) 开环后,电网能够满足全网负荷需求,且网络结构合理,能够适应不同运行方式下的潮流变化,具有一定的灵活性。另外,潮流分布应更为合理,各种运行方式下不应出现元件过载现象。

(3) 具有较大的抗干扰能力,符合 N-1(包括正常的检修方式)要求。

(4) 通过解开电磁环网,降低系统的短路电流,使短路电流达到合理的水平,保证能断开任何故障的电流。

(5) 断开联络线后,保证系统具有较高的安全稳定性,对系统进行静态稳定校验和暂态稳定校验,保证系统满足安全稳定要求。

(6) 解环后,各分区要有合理的电源分布,分区的有功平衡得到满足。对外联络通道充足合理,分区间互为备用,防止解环后分区大面积停电事故的发生。

(7) 分区内要有充足的无功补偿容量和有效的无功调节手段,满足电压调整的要求,保持电压的稳定性。

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通过上述各指标的分析或原则的把握,根据电磁环网的实际构成情况,以及计算得到的电网运行指标,即可对电网进行解环操作。

2 淮南电网概况

2.1 500 kV电网概况

2020年淮南500 kV电网接线如图2所示。淮南500 kV电网是安徽500 kV电网骨干网架的重要组成部分。淮南500 kV变电站共有3座,分别为汤庄站、洛厂站和孔店站。

图2 淮南500 kV电网接线示意

500 kV洛厂站是淮南500 kV电网的重要电源点。洛厂电厂机组示意如图3所示。图3中,3#,4#,5#,6#机组直接通过升压变压器与500 kV母线相连,1#和2#机组直接通过升压变压器与220 kV母线相连,因此500 kV洛厂站并不与淮南220 kV电网直接相连,而是相当于500 kV汤庄站和500 kV孔店站之间的过渡点和电源支撑点。

图3 洛厂电厂机组示意

2.2 220 kV电网概况

2020年淮南220 kV电网接线如图4所示。

图4 淮南220 kV电网接线示意

淮南220 kV电网由220 kV华塑站、寿州站、泉大站、金家岭站、八公山站、古沟站等站点及相关220 kV线路构成,主要由500 kV汤庄站、孔店站、顾桥电厂、钱甸电厂、新庄孜电厂、洛厂电厂、华塑电厂、田厂电厂供电。基本上形成以500 kV汤庄站、孔店站及区内电厂为供电中心的电网,结构以环网为主。

3 淮南电网的解环

220 kV电网解环后应尽量避免出现放射型网络并维持小环网结构,解环后对整个系统的潮流分布影响不大,应保证解环后城市电网的供电可靠性和供电安全性无明显降低。据此原则,淮南220 kV电磁环网解环方案如下。

(1) 淮南电网内部的解环方案 断开220 kV凤城、南关线,凤城侧开关热备用;断开220 kV金家岭、辛东双回线路,金家岭侧开关热备用;断开220 kV园区、古沟双回线路,园区侧开关热备用;新建220 kV洛厂、金家岭双回线路;新建220 kV寿州、万岗双回线路。

(2) 淮南电网与外部电网解环方案 断开220 kV乐土、蒙城双回线路,蒙城侧开关热备用;断开220 kV洛厂、韭山线,洛厂侧开关热备用;断开220 kV洛厂、四里河线,洛厂侧开关热备用;断开220 kV泉大、田厂线,田厂侧开关热备用。

解环后淮南220 kV电网划分为两个分区,分别为汤庄分区和孔店分区,其中田厂、洛河站划出淮南电网。分区后的电网接线如图5所示。

图5 220 kV电网解环后接线示意

解环前后主要线路有功潮流对比如表1所示。主要站点电压对比如图6所示。对比结果显示,解环前后汤庄分区线路潮流以及各变电站母线电压均没有发生大的变化;孔店分区线路潮流变化较大,变电站母线电压略微下降,但潮流和电压都保持在正常范围内,且潮流分布更为合理。

表1 解环前后主要线路有功潮流对比 MW

图6 解环前后220 kV变电站母线电压对比

4 典型场景下淮南电网运行措施

解环后,淮南220 kV电网被划分为汤庄、孔店两个分区。本文考虑一个分区500 kV变电站完全故障退出运行,另一分区为备用电源通过联络通道供电,并对运行措施及运行结果进行分析。

4.1 孔店分区500 kV变电站完全故障退出运行情况分析

淮南220 kV电网孔店分区500 kV变电站完全故障退出运行后,220 kV汤庄分区作为备用电源,通过联络通道供电。联络通道选择淮南220 kV电网内部解环线路,即凤城—南关单回线路、金家岭—辛东双回线路、园区—古沟双回线路。

汤庄分区作为孔店分区备用电源后,淮南220 kV电网线路潮流变化较大,但都在合理范围内,未发生元件过载现象。各220 kV变电站母线电压下降较大,绝大多数站点电压都不在合理范围内。因此,只有汤庄分区作为备用电源不足以满足整个淮南220 kV网络的正常运行。汤庄分区作为备用电源时变电站母线电压与故障前电压对比如图7所示。

图7 汤庄分区作为备用电源时变电站母线电压与故障前电压对比

通过分析发现,孔店分区华塑站无功负荷较大,只靠华塑热机电厂的无功出力远不能满足该站的无功负荷需求,因此需要在华塑站就地补偿无功以减小整个220 kV网络对该站的无功输送,从而提高网络电压。在就地补偿无功后,各220 kV变电站母线电压明显回升,且母线电压都在合理范围内。华塑站就地无功补偿情况下,汤庄分区作为备用电源时变电站母线电压与故障前电压对比如图8所示。

图8 华塑站就地无功补偿情况下汤庄分区作为备用电源时变电站母线电压与故障前电压对比

因此,当淮南220 kV电网孔店分区500 kV变电站完全故障退出运行时,在华塑站就地无功补偿的情况下,汤庄分区作为备用电源可以满足整个淮南220 kV网络的正常运行。

4.2 汤庄分区500 kV变电站完全故障退出运行情况分析

淮南220 kV电网汤庄分区500 kV变电站完全故障退出运行后,220 kV孔店分区作为备用电源通过联络通道供电。联络通道选择淮南220 kV网络内部解环线路,即凤城—南关单回线路、金家岭—辛东双回线路、园区—古沟双回线路。

孔店分区作为汤庄分区备用电源时,220 kV网络潮流变化较大,但潮流都在合理范围内,未发生元件过载现象。与故障前相比,汤庄分区220 kV变电站母线电压下降较大,但是电压都在合理范围内。因此,只有孔店分区作为汤庄分区备用电源时,才可以满足整个淮南220 kV网络的正常运行。孔店分区作为备用电源时变电站母线电压与故障前电压对比如图9所示。

图9 孔店分区作为备用电源时变电站母线电压与故障前电压对比

5 结 论

(1) 通过对淮南电网电磁环网的分析,根据文中所提解环原则,分步分阶段解环,实现了电网的分层分区运行。仿真结果表明,解环分区后电网220 kV母线短路电流减小,网架结构更加合理,典型场景下两个分区可以互为备用,保障了供电的可靠性。

(2) 根据电网发展特点,在电磁环网解环条件发展成熟后,电网宜尽早、尽快实施电磁解环,以降低电网短路电流,提高电网的供电能力,保障电网的安全稳定运行。

(3) 220 kV电网电磁解环需要根据电网发展情况分步分阶段实施,各个发展阶段的解环方案应保持一定的前后延续性。