雄村铜矿负荷对西藏电网稳定运行的分析研究

郭三军 金川集团股份有限公司

引言：雄村铜矿地理位置较为偏远，负荷从电网末端日喀则多林电站接入西藏中部电网。给电网结构尚不十分坚强的西藏电网带来一定的安全隐患。用电设备安装功率为140914.8kW（工作功率123450.8kW），计算有功功率为86723.7kW，年耗电量约为512508.5MWh。

一、西藏中部电网概况及边界条件

西藏中部电网电源总装机容量为1786.67MW。其中水电机组装机容量134.14MW，占全网总装机容量的63.48%；抽水蓄能装机为90MW，占总装机的5.04%；火电机组装机容量348.75MW，占19.2%；地热机组装机容量27.18MW，占1.52%；太阳能光伏装机容量160MW，占8.96%；风电装机容量7.5MW，占0.42%；余热装机容量19.1MW，占1.07%。

2020年丰大方式下，西藏电网总负荷1840MW，总发电出力2090MW，青藏直流向西北电网送电180MW。

2020年枯大方式下，西藏电网总负荷（包括昌都电网）2130MW，总发电出力900MW，青藏直流从西北电网受入电力660MW。

已建成SVC按照全部按投入共325 Mvar考虑。根据西藏电力经研院的批复，雄村铜矿配置30Mvar SVC装置，在两台专用变10kV侧并联电容器总容量为30Mvar。

二、研究条件及计算工具

（一）运行方式

雄村铜矿为西藏电网末端，设备按照已经规划的方式运行，51%同步电动机和49%异步电动机负荷。

（二）故障类型

a.交流线路三永N-1故障；

b.交流线路单相瞬时故障；

c.直流单极闭锁。

（三）稳定判据

功角稳定：电网遭受每一次大扰动后，引起电力系统各机组之间功角相对增大，在经过第一、第二摇摆不失步。

电压稳定：在电力系统受到扰动后的暂态过程中，负荷母线电压能够在10秒以内恢复到0.80p.u.以上。

频率稳定：系统频率能迅速恢复到额定频率附近继续运行，不发生频率崩溃，事故后的系统频率不会长期悬浮于某一过高或过低的数值。

（四）计算工具

中国电力科学研究院开发的“PSD电力系统软件工具（PSD Power Tools）”系列软件包：

a.PSD-PFNT潮流计算程序；

b.PSD-SWNT暂态稳定计算程序；

c.PSD-CLIQUE地理接线图绘制程序；

d.PSD-MYCHART多曲线对比程序。

三、主要元件模型

（一）发电机模型

发电机模型采用考虑次暂态过程的和变化模型，考虑了发电机励磁系统、原动机及调速系统的作用。

（二）负荷模型

1.西藏电网负荷模型

西藏电网负荷模型为30%异步电动机和70%静态负荷，静态负荷模型中恒阻抗负荷、恒电流负荷、恒功率负荷所占比例为0.25:0.55:0.2。参数如表3-1。

表3-1 西藏电网负荷模型异步电动机参数

2.雄村铜矿负荷模型

所示，使用的同步电动机及励磁系统参数为铜矿业主从设备供应商收集的部分电动机参数，如表3-2和表3-3所示。

表3-2 西藏电网雄村铜矿负荷模型同步电动机参数

励磁系统均采用BPA程序中的EB无刷它励旋转励磁系统模型，结构如图3-1。

图3-1 BPA软件中的EB无刷它励旋转励磁系统模型结构框图

其主要参数如表3-3所示。

表3-3 西藏电网大型铜矿负荷模型同步电动机励磁系统主要参数

（三）SVC装置模型

研究使用的BPA程序中SVC结构如图3-2所示，其主要参数如表3-4所示。

图3-2 SVC结构

表3-4 铜矿负荷SVC装置主要参数

四、铜矿负荷接入对西藏联网通道稳定性的影响分析

（一）铜矿负荷接入点系统强度分析

雄村铜矿专用变接入西藏藏中电网谢通门110kV变电站。2020年枯大和丰大方式下，铜矿负荷接入点的短路电流及短路容量分别如表4-1所示。

表4-1 西藏电网2020年铜矿负荷接入点系统强度

（二）2020年枯大方式安全稳定分析

1.交流线路三永N-1故障校核

（1）采用70%异步电动机+30%静态负荷模型，西藏电网主要500kV、220kV和110kV多条交流线路发生三永N-1故障，电压失稳。如表4-2所示。

（2）采用实际比例的同步电动机+异步电动机负荷模型（51%同步电动机和49%异步电动机），主要500kV、220kV和110kV线路三永N-1故障，全部稳定。

（3）采用100%异步电动机负荷模型

主要500kV、220kV和110kV线路多条交流线路发生三永N-1故障，电压失稳。

2.交流线路单相瞬时故障校核

采用70%异步电动机+30%静态负荷模型，西藏电网主要500kV、220kV和110kV线路单相瞬时故障校核稳定；

采用同步电动机模型，以及100%异步电动机负荷模型对线路单相瞬时故障进行校核，电网均能在故障后恢复稳定运行。

3.铜矿负荷近区35kV线路故障校核

无SVC， 70%异步电动机+30%静态负荷模型，铜矿近区35kV线路三永N-1故障校核稳定，采用同步电动机模型，以及100%异步电动机负荷模型对铜矿近区35kV线路三永N-1故障进行校核，结果也全部稳定。

4.青藏直流单极闭锁故障校核

没有SVC，青藏直流发生单极闭锁故障，由于没有短路接地故障造成的电压跌落情况，线路稳定。

（三）2020年丰大方式安全稳定分析

电网各电压等级多条交流线路发生三永N-1故障、青藏直流检修停运、川藏联网通道检修、西藏电网孤岛运行、雄村铜矿故障退出运行，校核主要500kV、220kV和110kV线路稳定运行。

五、负荷接入西藏电网的分析

在2020年枯大方式和丰大方式下：

（一）青藏直流发生单极闭锁后、铜矿负荷接入点近区35kV线路发生三永N-1故障、各电压等级交流线路发生单相瞬时故障后，电网稳定。

（二）采用实际比例的“同步电动机+异步电动机负荷”模型，配置30Mvar的SVC。主要线路三永N-1故障后稳定运行；部分交流线路三永N-1故障造成铜矿少量负荷切除、其他交流线路三永N-1故障、检修方式下川藏联网通道上的各段500kV联络线路三永N-1故障，电网均稳定运行。

（三）采用西藏电力调度的70%异步电动机+30%静态负荷和采用100%异步电动机负荷模型，电网各电压等级多条交流线路发生三永N-1故障，电压失稳。配置马达低压脱扣装置，500kV、220kV和110kV的全部交流线路三永N-1故障均不会造成电网电压失稳。但铜矿的少量一般负荷有可能会在故障后的电压跌落期间被切除。

六、应对措施

1.雄村铜矿负荷模型按照实际比例的同步电动机和异步电动机考虑。

2.在雄村110kV变电站配置容量30Mvar的SVC装置，专用变低压侧配置并联电容器容量30Mvar。

3.配置低压脱扣装置，合理设置动作延时和各级所切负荷量。

七、结论

雄村铜矿位于西藏电网末端，为避免无功长距离传输，减少电网电压降，按照雄村铜矿同步电动机和异步电动机负荷比重及其相关电机参数，结合生产工艺设备启动程序，在雄村110kV变电站安装30Mvar的SVC，在两台专用变10kV侧并联电容器总容量为30Mvar，专用变电站内无功损耗和无功负荷需就地补偿，满足西藏电网安全稳定运行。同时，为了适应铜矿负荷变化和西藏电网发展的需要，配置马达低压脱扣装置十分必要。

表4-2 西藏电网2020年枯大方式主要线路N-1