孫維真,葉 琳,王 超,吳一峰
(浙江電力調(diào)度通信中心,杭州 310007)
隨著浙江電網(wǎng)大量電源的投產(chǎn)和500 kV主網(wǎng)架的迅速擴(kuò)張,短路電流超標(biāo)現(xiàn)象日益嚴(yán)重[1-2],電網(wǎng)被動(dòng)進(jìn)行分層分區(qū)[3],導(dǎo)致局部220 kV電網(wǎng)可靠性有所降低,還造成局部220 kV電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行和檢修方式安排困難、供區(qū)間缺乏轉(zhuǎn)供能力、相當(dāng)數(shù)量的變電站在單一元件檢修時(shí)存在停電可能等一系列問(wèn)題。
結(jié)合浙江電網(wǎng)的運(yùn)行實(shí)際,并借鑒國(guó)內(nèi)外電網(wǎng)建設(shè)與運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)[4-5],筆者認(rèn)為,在電網(wǎng)的規(guī)劃與運(yùn)行當(dāng)中,需要統(tǒng)一安全穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn),明確分層分區(qū)思路,并重點(diǎn)考慮以下4條基本原則:
(1)正常(含計(jì)劃?rùn)z修)方式下滿(mǎn)足N-1方式校驗(yàn)。
(2)既要降低短路電流水平,又要保證供電可靠性。
(3)考慮分區(qū)間具備50%的轉(zhuǎn)供能力。
(4)便于安全穩(wěn)定第三道防線(xiàn)的實(shí)施。
基于以上原則要求,本文根據(jù) 《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則》的相關(guān)規(guī)定,對(duì)浙江電網(wǎng)220 kV網(wǎng)架架構(gòu)及分層分區(qū)進(jìn)行了研究探討。
500 kV變電站220 kV母線(xiàn)分裂運(yùn)行是控制短路電流必需而又有效的措施。隨著浙江電網(wǎng)的不斷發(fā)展,500 kV短路電流持續(xù)上升是必然的趨勢(shì),尤其是特高壓電網(wǎng)的建設(shè)進(jìn)一步增加了500 kV的短路電流水平。仿真分析表明,全國(guó)特高壓聯(lián)網(wǎng)后浙江電網(wǎng)大部分500 kV變電站的短路電流將升至60 kA左右。
以4臺(tái)1 000 MVA主變并列運(yùn)行的獨(dú)立供電區(qū)域進(jìn)行研究計(jì)算,計(jì)算中考慮500 kV母線(xiàn)短路電流水平接近設(shè)備遮斷容量 (63 kA),供區(qū)內(nèi)僅1臺(tái)600 MW機(jī)組接入,220 kV變電所考慮適量的地區(qū)小電源接入。當(dāng)500 kV主變Uk(高-中)為16%時(shí),各臺(tái)主變提供的220 kV短路電流達(dá)到12 kA,220 kV母線(xiàn)短路電流超過(guò)設(shè)備遮斷容量 (50 kA);若供區(qū)內(nèi)接入機(jī)組容量大于600 MW或500 kV主變的Uk(高-中)小于16%,則短路電流水平進(jìn)一步升高。根據(jù)上述短路電流計(jì)算結(jié)果,4臺(tái)1 000 MVA主變不宜并列運(yùn)行,需考慮220 kV母線(xiàn)分裂運(yùn)行 (即4臺(tái)主變兩兩分裂運(yùn)行)的方案,具體討論如下。
方案1:500 kV變電站220 kV母線(xiàn)分裂運(yùn)行,且通過(guò)遠(yuǎn)端220 kV網(wǎng)架實(shí)現(xiàn)220 kV I段母線(xiàn)和II段母線(xiàn)供區(qū)之間的聯(lián)合運(yùn)行,220 kV聯(lián)絡(luò)通道按3個(gè)雙回線(xiàn)路通道配置,則220 kV母線(xiàn)短路電流降低約9 kA。
方案2:500 kV變電站220 kV母線(xiàn)分裂運(yùn)行且通過(guò)220 kV網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)與另一500 kV變電所的部分供區(qū)之間的聯(lián)合運(yùn)行,220 kV聯(lián)絡(luò)通道按3個(gè)雙回線(xiàn)通道、聯(lián)合供區(qū)按4臺(tái)1 000 MVA主變配置,則220 kV母線(xiàn)短路電流可降低約8 kA。
因此,若500 kV以及220 kV網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、500 kV主變參數(shù)、供區(qū)內(nèi)機(jī)組接入以及地區(qū)小電源均按同等條件考慮,則上述兩種方案在抑制短路電流水平方面效果基本相當(dāng),即均可將220 kV母線(xiàn)短路電流限制在合適的范圍。
方案1是500 kV變電站單獨(dú)分區(qū),同一個(gè)500 kV變電站的220 kV兩段母線(xiàn)分裂運(yùn)行,布置若干局部樞紐變,并在遠(yuǎn)端合環(huán)以提高分段母線(xiàn)的供電可靠性,其示意圖如圖1(a)所示。該方式也可稱(chēng)為 “獨(dú)立2+2”分區(qū)模式。
方案2是兩個(gè)500 kV變電站聯(lián)合分區(qū),其中一個(gè)500 kV變電站的220 kV兩段母線(xiàn)分裂運(yùn)行,并在遠(yuǎn)端與另一個(gè)500 kV變電站的220 kV分裂運(yùn)行母線(xiàn)分別合環(huán),中間設(shè)置若干局部樞紐變電站。這種方式既保證了220 kV分段母線(xiàn)運(yùn)行的可靠性,又同時(shí)具有兩個(gè)不同的500 kV變電站,供電可靠性高,其示意圖如圖2(a)所示。該方式也可稱(chēng)為“聯(lián)合2+2”分區(qū)模式。
圖1 “獨(dú)立2+2”分區(qū)模式(方案 1)
圖2 “聯(lián)合2+2”分區(qū)模式(方案2)
對(duì)方案2而言,存在同一供區(qū)內(nèi)的電磁環(huán)網(wǎng)問(wèn)題,為避免對(duì)電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行造成影響,建議供區(qū)至少保留4回對(duì)外的220 kV聯(lián)絡(luò)線(xiàn)。這樣,一般情況下500 kV設(shè)備檢修時(shí),方案2的分區(qū)220 kV接線(xiàn)方式也無(wú)需進(jìn)行調(diào)整。
方案1與方案2的分區(qū)結(jié)構(gòu)在一定條件下通過(guò)內(nèi)部樞紐變電站能夠相互轉(zhuǎn)換,或組合成其它形式的分區(qū)方式,以滿(mǎn)足電網(wǎng)發(fā)展不同階段、不同檢修及事故后運(yùn)行方式的需要。考慮到特高壓電網(wǎng)投運(yùn)后將圍繞特高壓落點(diǎn)形成較為集中的500 kV變電所供區(qū)[6],不同特高壓供電區(qū)域之間的500 kV變電所供區(qū)不宜采用方案2。對(duì)500 kV弱聯(lián)系的電網(wǎng)而言,建議優(yōu)先考慮采用方案1的接線(xiàn)方式。
各分區(qū)500 kV變電容量應(yīng)滿(mǎn)足以下要求:
(1)各分區(qū)500 kV主變臺(tái)數(shù)應(yīng)不少于3臺(tái)。應(yīng)當(dāng)注意500 kV主變數(shù)量受短路電流的制約。電網(wǎng)分層分區(qū)運(yùn)行后,各分區(qū)內(nèi)發(fā)電廠提供的短路電流相對(duì)固定,分區(qū)電網(wǎng)的短路電流增長(zhǎng)主要與500/220 kV系統(tǒng)的等值阻抗有關(guān),該等值阻抗與主變數(shù)量成反比。
(2)應(yīng)保證各分區(qū)與主網(wǎng)的500 kV聯(lián)絡(luò)線(xiàn)數(shù)量。對(duì)2種模式的接線(xiàn)方式而言,各分區(qū)與主網(wǎng)的500 kV聯(lián)絡(luò)線(xiàn)數(shù)量都不應(yīng)少于3條。
(3)500 kV主變N-1故障后,各分區(qū)剩余主變的事故后過(guò)負(fù)荷能力之和,應(yīng)不小于各分區(qū)的最大受進(jìn)電力需求。
(4)各分區(qū)500 kV主變的供電能力,應(yīng)能滿(mǎn)足最大高峰負(fù)荷下分區(qū)內(nèi)最大容量機(jī)組跳閘后的供電需求。
(5)各分區(qū)500 kV主變的變電容量應(yīng)考慮一定的容載比。
電網(wǎng)分層分區(qū)運(yùn)行后,由于各分區(qū)的負(fù)荷水平、負(fù)荷特性、裝機(jī)容量和增長(zhǎng)速度不同,應(yīng)根據(jù)各分區(qū)的情況分別確定500 kV變電容量的容載比。
電網(wǎng)結(jié)構(gòu)應(yīng)滿(mǎn)足以下要求:
(1)各分區(qū)之間應(yīng)有足夠容量的4條以上220 kV備用聯(lián)絡(luò)線(xiàn) (因?yàn)?條220 kV線(xiàn)路的輸送能力與1臺(tái)1 000 MVA容量的主變供電能力相當(dāng)),在500 kV主變檢修或N-1方式下投入運(yùn)行以轉(zhuǎn)供部分220 kV變電站。如果因條件所限,備用聯(lián)絡(luò)線(xiàn)條數(shù)不足4條,建議采用線(xiàn)徑較粗的導(dǎo)線(xiàn)以提高輸送能力。
(2)應(yīng)結(jié)合220 kV分層分區(qū)統(tǒng)一規(guī)劃110 kV電網(wǎng)建設(shè)。加強(qiáng)分區(qū)內(nèi)220 kV變電站之間110 kV備用聯(lián)絡(luò)線(xiàn)的建設(shè),但各500 kV分區(qū)之間不宜再建設(shè)110 kV備用聯(lián)絡(luò)線(xiàn),各分區(qū)之間現(xiàn)有的110 kV備用聯(lián)絡(luò)線(xiàn)也應(yīng)通過(guò)規(guī)劃和技術(shù)改造逐步退出運(yùn)行,以避免220 kV主變、線(xiàn)路等元件檢修時(shí)倒110 kV負(fù)荷還需要短時(shí)500 kV/220 kV電磁環(huán)網(wǎng)。
(3)各分區(qū)之間的220 kV備用聯(lián)絡(luò)線(xiàn)兩側(cè)應(yīng)安裝避雷器,正常方式下處于充電運(yùn)行狀態(tài),便于調(diào)度運(yùn)行的解合環(huán)操作。
當(dāng)前浙江電網(wǎng)220 kV的電氣聯(lián)系較為緊密,600 MW機(jī)組接入220 kV電網(wǎng)的穩(wěn)定問(wèn)題不是特別突出,但存在檢修方式下的局部電網(wǎng)小系統(tǒng)問(wèn)題。600 MW機(jī)組接入電網(wǎng)的模式主要考慮以下兩種:
方案1:通過(guò)2回220 kV線(xiàn)路接入220 kV電網(wǎng)。
方案2:通過(guò)4回220 kV線(xiàn)路分別接入2個(gè)220 kV樞紐變電站。
具體選擇哪種接入形式,要視電網(wǎng)的實(shí)際結(jié)構(gòu)而定。但在有條件的情況下,在電網(wǎng)規(guī)劃時(shí),應(yīng)盡可能考慮600 MW機(jī)組通過(guò)4回220 kV線(xiàn)路接入220 kV電網(wǎng),以提高電源接入的可靠性。
600 MW機(jī)組接入220 kV系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是就地平衡負(fù)荷,降低了供區(qū)內(nèi)500 kV主變的下送潮流。但對(duì)接入500 kV系統(tǒng)和220 kV系統(tǒng)的電源比例要做統(tǒng)一規(guī)劃和全局考慮,特別要在電網(wǎng)規(guī)劃階段加強(qiáng)對(duì)這方面的研究。另外,要著重考慮區(qū)域內(nèi)500 kV主變和機(jī)組的N-1問(wèn)題,對(duì)于方案1的接入方式,特別要考慮在線(xiàn)路檢修方式下,一旦電源送出線(xiàn)跳閘導(dǎo)致機(jī)組全部失去時(shí),要保證500 kV主變下送潮流不超主變短時(shí)過(guò)負(fù)荷能力。
為確保分區(qū)的電壓穩(wěn)定水平,在增加系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償?shù)耐瑫r(shí),還應(yīng)研究在缺乏必要電源支撐的重負(fù)荷地區(qū)裝設(shè)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置的必要性和最優(yōu)配置方案,且每個(gè)分區(qū)都應(yīng)配置足夠容量的低壓減載裝置。
當(dāng)分區(qū)內(nèi)部電壓支撐能力不足時(shí),如再發(fā)生大機(jī)組因過(guò)激磁保護(hù)動(dòng)作過(guò)早跳機(jī),可能導(dǎo)致分區(qū)電網(wǎng)的崩潰。因此,需要合理設(shè)計(jì)機(jī)組過(guò)勵(lì)限制和過(guò)勵(lì)磁保護(hù)邏輯及定值,分區(qū)低壓減載定值也應(yīng)與機(jī)組過(guò)勵(lì)限制和過(guò)勵(lì)磁保護(hù)定值相配合。
國(guó)家電網(wǎng)公司 《電力系統(tǒng)電壓質(zhì)量和無(wú)功電力管理規(guī)定》[7]對(duì)電網(wǎng)電壓合格率提出了更高的要求(尤其是電壓波動(dòng)合格率),雖然目前尚未明確使用新規(guī)定對(duì)同業(yè)對(duì)標(biāo)和業(yè)績(jī)考核電壓合格率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)考核,但應(yīng)當(dāng)及早研究確定對(duì)策,做好管理與技術(shù)等方面的準(zhǔn)備。為此,還應(yīng)重點(diǎn)考慮以下內(nèi)容:
(1)在規(guī)劃設(shè)計(jì)和技術(shù)改造中重視無(wú)功配置,保證在負(fù)荷高峰和低谷運(yùn)行方式下分層和分區(qū)的無(wú)功平衡,為電網(wǎng)的電壓調(diào)節(jié)預(yù)留一定的控制手段,尤其要重視感性無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的配置和運(yùn)行,實(shí)現(xiàn)500 kV主變有載調(diào)壓。對(duì)各級(jí)電網(wǎng)的無(wú)功電壓補(bǔ)償和調(diào)節(jié)設(shè)備,在基建和技改時(shí)應(yīng)盡量選擇高質(zhì)量產(chǎn)品,在生產(chǎn)運(yùn)行中對(duì)損壞的設(shè)備應(yīng)及時(shí)修復(fù),以提高無(wú)功電壓調(diào)節(jié)設(shè)備的可用率。
(2)加強(qiáng)水電廠調(diào)相、進(jìn)相運(yùn)行管理??紤]到部分水電廠與主網(wǎng)的聯(lián)系相對(duì)薄弱,在水電機(jī)組運(yùn)行時(shí)可以利用機(jī)組的無(wú)功調(diào)節(jié)維持電廠高壓母線(xiàn)電壓的相對(duì)穩(wěn)定,當(dāng)水電機(jī)組退出運(yùn)行時(shí)則電廠沒(méi)有任何調(diào)節(jié)能力,其電壓波動(dòng)較大,特別是機(jī)組突然退出運(yùn)行時(shí)可能產(chǎn)生較大的電壓波動(dòng)。所以,水電機(jī)組在不發(fā)有功時(shí)可采用調(diào)相、進(jìn)相等運(yùn)行方式以維持電壓的平穩(wěn)。
(3)加快省地(縣)自動(dòng)電壓控制(AVC)系統(tǒng)建設(shè),加強(qiáng)省地AVC系統(tǒng)的在線(xiàn)協(xié)調(diào)控制,加快電廠AVC子站和地區(qū)電網(wǎng)AVC系統(tǒng)建設(shè),并加強(qiáng)與華東網(wǎng)調(diào)無(wú)功電壓管理的協(xié)調(diào),爭(zhēng)取在浙江AVC系統(tǒng)對(duì)500 kV變電站的自動(dòng)電壓控制上得到華東網(wǎng)調(diào)的支持。
(4)積極研究和應(yīng)用新技術(shù)和新設(shè)備。主動(dòng)開(kāi)展日電壓波動(dòng)預(yù)測(cè)研究,積極研究和應(yīng)用SVC,SVG及可控電容/電抗器等新技術(shù)和新設(shè)備。
(1)低頻減載分配方案既要滿(mǎn)足大電網(wǎng)運(yùn)行的要求,還應(yīng)滿(mǎn)足分區(qū)后各分區(qū)電網(wǎng)運(yùn)行的要求,應(yīng)合理分配低頻減載各輪次的切負(fù)荷量。
(2)考慮到大電網(wǎng)分區(qū)解列時(shí)頻率下降速度很快,需要縮短低頻減載裝置的動(dòng)作時(shí)限以抑制頻率的快速下降,并采取其他措施來(lái)加速負(fù)荷的切除。
(3)低頻減載方案中的動(dòng)作頻率必須與大機(jī)組的低頻保護(hù)定值密切配合,防止大機(jī)組在低頻運(yùn)行時(shí)過(guò)早跳機(jī)。
對(duì)于存在功率過(guò)剩問(wèn)題的分區(qū),為避免分區(qū)解列后的高頻問(wèn)題,除安排一定的低頻減載容量外,還需要在分區(qū)內(nèi)選擇部分機(jī)組實(shí)施高頻切機(jī)功能,根據(jù)最大可能過(guò)剩功率確定高頻切機(jī)容量并分配到各輪次。此外,還要根據(jù)過(guò)剩功率與分區(qū)機(jī)組容量的比例合理選擇各輪次的間隔時(shí)間,并適當(dāng)采取其他措施來(lái)加速機(jī)組的切除。
對(duì)浙江電網(wǎng)220 kV網(wǎng)架結(jié)構(gòu)及分層分區(qū)原則進(jìn)行了探討,對(duì)兩種不同的分區(qū)模式進(jìn)行了比較,并指出“獨(dú)立2+2”分區(qū)模式更適于特高壓電網(wǎng)投產(chǎn)后采用;對(duì)電網(wǎng)分區(qū)轉(zhuǎn)供能力與供電可靠性、電網(wǎng)供電能力進(jìn)行了研究,對(duì)各分區(qū)500 kV變電容量提出了要求;此外,還討論了大容量機(jī)組接入220 kV電網(wǎng)方案、無(wú)功電壓配置與運(yùn)行控制策略、正常頻率運(yùn)行策略等問(wèn)題,并提出相關(guān)建議,有助于浙江電網(wǎng)的規(guī)劃與運(yùn)行。
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