黑龙江省西部电网电磁环网解环方案研究

张 睿，郝文波，胡远婷，刘 进，张美伦

(国网黑龙江省电力有限公司电力科学研究院，哈尔滨 150030)

0 引 言

电网实现分层分区，避免电磁环网，是电网运行的一个重要原则，特别是在高一级电网建成以后，应尽快实现低一级电网开环分片运行，以限制其短路电流，避免高低压电磁环网，充分发挥高一级电压电网输送容量大的优势[1-2]。黑龙江西部电网500 kV主网架在城网区域内成环，220 kV电网环网结构复杂，电网间高低压电磁环网已经形成。

随着黑龙江西部电网500 kV和220 kV电网的发展和完善，电磁环网运行可能会引起部分500 kV变电站及部分220 kV变电站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。因此，实现黑龙江西部电网500 kV/220 kV电网分层分区运行是必然趋势。结合黑龙江西部电网的特点，以黑龙江西部电网2020年冬季大负荷数据为基础，针对220 kV电磁环网提出一套合理的解环方案，并在解环情况下对短路电流以及电网静态稳定性做出计算分析，为黑龙江省西部电网顺利实施电磁解环提供参考。

1 黑龙江西部电网状况

西部电网通过500 kV华兴1、2号线与蒙东兴安盟电网相连，通过500 kV伊冯甲、乙线、岭冯1、2号线与蒙东呼伦贝尔电网相连，通过500 kV大松1号线、大松2号线、大松3号线、五富1号线、五富2号线与中部电网相连，通过220 kV冯乌线(乌拉线)、冯拉甲线与北部电网相连。西部电网包括大庆和齐齐哈尔2个地区电网。黑龙江西部500 kV电网是黑龙江省500 kV电网骨干网架的重要组成部分。黑龙江省西部电网500 kV变电站共有4座，分别为大庆站、国富站、冯屯站和华民站；220 kV电网由红旗站、齐一站、火炬站、北郊站等变电站及相应220 kV线路构成，区域内主要由220 kV齐热厂、富二厂、新华厂等火电厂以及若干新能源厂站供电。基本形成以500 kV变电站以及地区内电厂为供电中心的环状电网，详见图1。

图1 黑龙江省西部电网接线图

2 黑龙江西部电网解环方案

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-消亡的过程。实现分层分区供电是大电网发展的方向和目标[3-5]。

2.1 解环原则

为保证系统的安全可靠性，城市电网电磁环网解环点的确定原则为[6]：

1)按最终目标网架确定的220 kV分区电网是电力平衡的。

2)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。

3)解环后城市电网的220 kV母线短路电流水平应满足导则要求。

4)解环线段的潮流应较轻，解开后对整个系统的潮流分布影响不大。

通过对上述原则的把握，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。

2.2 解环实施目标

解环实施的目标为：

1)大庆电网与齐齐哈尔电网220 kV系统解环运行；

2)大庆电网区域内220 kV系统解环运行。

2.3 解环方案

根据电磁环网解环原则，在能保证城市供电可靠性与安全性的前提下[7-8]，针对黑龙江省西部电网电磁环网解环方案设计如下：

1)断开220 kV昂庆甲线，昂昂溪侧开关热备用；断开220 kV昂纲线，纲要侧开关热备用；断开220 kV齐让甲乙线，齐一侧开关热备用；断开220 kV锋繁甲乙线，先锋侧开关热备用；断开220 kV龙旗甲乙线，龙祥侧开关热备用；断开220 kV火开甲乙线，开发侧开关热备用。

2)新建220 kV昂昂溪、富二双回线路；新建220 kV先锋、红旗双回线路；新建220 kV红旗、卧里屯双回线路；新建220 kV开发、国富双回线路；新建220 kV龙祥、让变双回线路。

解环后黑龙江西部220 kV电网划分为3个供电区，分别为齐齐哈尔供电区、大庆供电区、国富供电区。分区后的电网接线如图2所示。

图2 分区后黑龙江省西部电网接线图

3 黑龙江西部电网短路电流水平

根据2020年电网状况，进行黑龙江西部电网母线短路电流计算。经计算分析，2020年西部电网500 kV最大短路电流出现在冯屯变500 kV母线三相短路，短路电流为35.55 kA；220 kV最大短路电流出现在大庆变220 kV母线三相短路，短路电流为48.823 kA，在现有断路器遮断容量(50 kA)之内；总体来看，2020年西部电网的短路电流基本控制在断路器遮断容量以内，但最大短路电流基本接近断路器遮断容量，会影响系统安全、稳定运行。通过对西部电网的解环操作，西部电网的短路电流值明显下降，全部低于遮断容量并留有裕度。因此，针对黑龙江西部电网解环运行的研究具有必要性。黑龙江西部电网500 kV及220 kV系统变电站母线最大短路电流情况详见表1。

表1 2020年黑龙江西部电网变电站短路电流计算结果

4 黑龙江西部电网静态稳定计算分析

根据黑龙江西部电网解环后网架结构、负荷预测、电力平衡等进行典型运行方式潮流计算，选取2020年冬季大方式为典型方式。

4.1 黑龙江西部电网典型方式潮流分布状况

预计2020年黑龙江西部电网冬季大负荷约为3 812 MW(不包括厂用负荷)，地区火电机组共4 980 MW。解环前，西部电网部分线路存在线路N-1故障过载问题，较为严重的是：

1)220 kV大火甲乙线。大火甲乙线主要承担大庆变下网潮流，当西城热电厂开机较大时，部分有功潮流也将通过大北甲乙线向大火甲乙线汇集，造成大火甲乙线N-1故障后过载。该文解环方案断开火开甲乙线，开发变与中本变负荷不再由大火甲乙线承担，减轻大火甲乙线潮流压力，解决了大火甲乙线N-1故障后过载问题。

2)富二厂与富热厂发电潮流通过220 kV富光甲乙线、富雅甲乙线、二振甲乙线、二华甲乙线送出(均为同塔线路)，其中二振甲乙线N-1故障后，运行线路过载问题较为严重。该文解环方案新建220 kV昂昂溪、富二双回线路，用来分担发电潮流，线路过载问题得以解决。解环后，让变负荷主要由让繁甲乙线与新建龙祥、让变双回线路承担，当龙凤电厂不开机时，让繁甲乙线存在N-1故障后过载风险。详见表2 、表3及图3。

表2 解环前后主要线路有功潮流对比

表3 解环前后主要变电站电压对比

图3 黑龙江西部电网典型潮流图

对比结果显示，解环前后齐齐哈尔地区线路潮流以及各变电站母线电压均未发生较大变化；大庆地区线路潮流变化较大，变电站母线电压小幅度下降，但潮流和电压都保持在正常范围内。

4.2 黑龙江西部电网主变N-1开机方式要求

解环后，黑龙江西部220 kV电网划分为3个供电区，分别为齐齐哈尔供电区、大庆供电区、国富供电区。其中在解环过程中，形成齐齐哈尔供电区主要由齐热厂、富二厂、富热厂以及冯屯变和华民变220 kV变压器下网潮流供电，大庆供电区主要通过西城热电厂、龙凤热电厂以及大庆变220 kV变压器下网潮流供电，国富供电区主要依靠宏伟热电厂、大庆油田A、B厂、新华热电厂以及国富变220 kV变压器下网潮流供电的情况，并且齐齐哈尔供电区、大庆供电区与国富供电区之间失去联络。

4.2.1 齐齐哈尔地区主变N-1开机方式要求

典型方式下，冯屯变1号主变发生N-1情况，为保证齐齐哈尔地区电压与潮流处在合理范围，要求齐齐哈尔地区最小开机700 MW。开机方式：齐热厂1台机300 WM，富二厂2台机400 MW。潮流图如图4所示。

图4 齐齐哈尔地区最小开机方式潮流图(冯屯变1号主变N-1)

典型方式下，华民1号主变检修且2号主变发生N-1情况，齐地区仅剩1台冯屯500 kV主变(801 MVA)与主网连接，为保证齐齐哈尔地区电压与潮流处在合理范围，要求齐齐哈尔地区需要最小开机方式为富二厂与富热厂联合出力不小600 MW，否则冯郊甲乙线存在N-1过载问题。开机方式为：富热B厂1台200 MW，富二厂2台400 MW。详见图5。

图5 齐齐哈尔地区最小开机方式潮流图(华民1号主变检修且2号主变N-1)

4.2.2 大庆地区主变N-1开机方式要求

典型方式下，大庆变1号主变(801 MW)发生N-1情况，为保证大庆地区电压与潮流处在合理范围，要求大庆地区最小开机1 280 MW。开机方式为：西城热电1台机350 MW，油田热电厂2台机400 MW，新华厂2台机530 MW。详见图6。

图6 大庆地区最小开机方式潮流图(大庆变1号主变N-1)

典型方式下，国富变1号、2号主变(1 000 MW)发生N-1情况，为保证大庆地区电压与潮流处在合理范围，要求大庆地区最小开机1 280 MW。开机方式为：西城热电1台机350 MW，油田热电厂2台机400 MW，新华厂2台机530 MW。详见图7。

图7 大庆地区最小开机方式潮流图(国富变1号主变N-1)

5 结 语

1)通过对黑龙江西部电网电磁环网进行分析，根据文中所提解环方案，实现了电网的分层分区运行。仿真结果表明，解环分区后西部电网220 kV母线短路电流明显减小并留有足够裕度，提高了电网的供电能力，保障了电网的安全稳定运行。

2)黑龙江西部电网解环后潮流分布合理，电压保持在正常水平，解决了大火甲乙线、二振甲乙线N-1后潮流过载问题，同时出现了让繁甲乙线过载问题，解环后西部地区主变N-1后其余元件满足运行要求。