基于特高壓骨干電網(wǎng)的500 kV省際聯(lián)絡(luò)線調(diào)整研究

毛雪雁，孫黎瀅

（浙江省電力公司，杭州 310007）

1978年以來(lái)，浙江經(jīng)濟(jì)保持了較高的發(fā)展速度，電力負(fù)荷同步快速增長(zhǎng)。據(jù)預(yù)測(cè)，遠(yuǎn)景浙江省全社會(huì)最高負(fù)荷將達(dá)到10萬(wàn)MW以上。然而，浙江省地域面積小、一次能源缺乏，僅靠本省能源發(fā)電遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，需要有大容量的區(qū)外電力輸入，以滿足浙江省的電力需求。根據(jù)電網(wǎng)規(guī)劃,“十二五”末需從省外受入的電力約為2萬(wàn)MW，除了通過(guò)500 kV輸電線路外，通過(guò)特高壓交、直流輸電是較好的方式。

交流特高壓電網(wǎng)在加強(qiáng)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的同時(shí)，會(huì)帶來(lái)系統(tǒng)短路電流增大、形成特高壓與超高壓的電磁環(huán)網(wǎng)、潮流不易控制等不利影響。因此，深入分析這些影響，對(duì)交流特高壓骨干電網(wǎng)投產(chǎn)后的超高壓電網(wǎng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)碾姶沤猸h(huán)研究，對(duì)于保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。

1 特高壓交流電網(wǎng)對(duì)超高壓電網(wǎng)的影響

覆蓋華中、華北、華東電網(wǎng)的“三華”特高壓交流電網(wǎng)建成投產(chǎn)后，原來(lái)彼此獨(dú)立的3個(gè)大型電網(wǎng)便聯(lián)結(jié)在一起，形成了以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架的超大規(guī)模交流同步電網(wǎng)。由此，送、受端之間的大容量輸電任務(wù)可以從超高壓電網(wǎng)轉(zhuǎn)移到特高壓電網(wǎng)，能更有效地利用整個(gè)電網(wǎng)中的各種發(fā)電資源，提高互聯(lián)電網(wǎng)的可靠性和穩(wěn)定性[1]。

但超大規(guī)模的交流聯(lián)網(wǎng)在實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、大容量輸電的同時(shí)，也會(huì)帶來(lái)一些問(wèn)題[2]，主要是：短路電流水平升高；有可能發(fā)生聯(lián)絡(luò)線功率低頻振蕩；可能使某個(gè)系統(tǒng)中的故障傳遞到另一個(gè)系統(tǒng)，引起連鎖反應(yīng)等。

根據(jù)電網(wǎng)規(guī)劃，浙江省將在“十二五”期間建設(shè)3座特高壓交流變電站、4個(gè)特高壓交流省際聯(lián)絡(luò)通道，同時(shí)還將有溪洛渡和寧東2個(gè)特高壓直流落點(diǎn)。加上目前浙江電網(wǎng)與上海、江蘇、安徽和福建電網(wǎng)相連的9回500 kV省際聯(lián)絡(luò)線，“十二五”末浙江省與省外電網(wǎng)的聯(lián)絡(luò)通道共有11個(gè)，各通道分布見(jiàn)圖1。

圖1 特高壓骨干網(wǎng)建成后浙江電網(wǎng)省際聯(lián)絡(luò)線示意圖

本文將以浙江電網(wǎng)2015年為計(jì)算水平年展開(kāi)分析。在該水平年的峰荷典型潮流方式下，浙江電網(wǎng)各省際聯(lián)絡(luò)線的潮流分布如表1所示。

表1 2015年浙江電網(wǎng)省際斷面潮流分布

在特高壓骨干電網(wǎng)的支撐下，浙江電網(wǎng)的受電能力大大增強(qiáng)。仿真分析的結(jié)果表明，當(dāng)失去任一特高壓省際通道時(shí)，電力受入仍然能夠得到保障。

對(duì)浙江電網(wǎng)而言，首先要解決的是短路電流過(guò)大問(wèn)題，這是電網(wǎng)規(guī)劃、設(shè)計(jì)、運(yùn)行中必須重點(diǎn)研究與解決的主要問(wèn)題之一。以浙北電網(wǎng)為例，由于處于華東電網(wǎng)的中心區(qū)域，結(jié)構(gòu)緊密，500 kV上網(wǎng)的電源較多，因而電網(wǎng)短路電流水平很高，多個(gè)變電站因短路電流接近63 kA而不得不采取各種措施，新增變電站或電源的接入系統(tǒng)方案則總是受到短路電流的掣肘而困難重重。

特高壓交流站的建設(shè)加劇了短路電流與輸電能力的矛盾。對(duì)特高壓浙北站幾種不同出線方案的研究分析顯示，特高壓浙北站接入后，浙北500 kV電網(wǎng)的短路電流明顯上升。特高壓站500 kV出線達(dá)到6回后，與特高壓站直接相連的500 kV變電站母線三相短路電流上升3.6～17.4 kA，不與特高壓站直接相連的變電站如喬司變電站，短路電流上升10.7 kA；浙南的涌潮變電站短路電流上升4.5 kA，蘭亭變電站短路電流上升2.8 kA。即使重新調(diào)整電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，全省仍有多個(gè)500 kV變電站的短路電流接近60 kA。

2 500 kV電網(wǎng)省際聯(lián)絡(luò)線調(diào)整方式研究

2.1 500 kV電網(wǎng)省際聯(lián)絡(luò)線作用分析

交流特高壓電網(wǎng)建設(shè)初期，超高壓電網(wǎng)仍需維持強(qiáng)聯(lián)系，完成省際電力交換的輸電任務(wù)，并提供事故情況下的緊急支援。但特高壓骨干電網(wǎng)形成后，華東各省電網(wǎng)之間建立了交流特高壓輸電通道，事故情況下可以提供的緊急支援更為有力。同時(shí)，直流特高壓輸電系統(tǒng)建成后，承擔(dān)了大容量功率的遠(yuǎn)距離傳輸任務(wù)，超高壓電網(wǎng)的省際聯(lián)絡(luò)線地位將有所下降，因此可以考慮逐步與特高壓電網(wǎng)解環(huán)運(yùn)行，從而降低短路電流，為超高壓電網(wǎng)的運(yùn)行留出更大空間。

在浙江的幾個(gè)省際超高壓聯(lián)絡(luò)通道中，安徽、江蘇方向的聯(lián)絡(luò)線功率通常為浙江受入，上海方向的聯(lián)絡(luò)線功率通常為浙江送出，福建方向的聯(lián)絡(luò)線功率有不確定性。隨著特高壓工程在上海及其周邊電網(wǎng)的建設(shè)，上海電網(wǎng)對(duì)浙江500 kV聯(lián)絡(luò)線輸電的依賴也明顯降低。此外，由于江蘇電網(wǎng)的短路電流水平過(guò)高，根據(jù)華東電網(wǎng)有關(guān)部門的運(yùn)行方式安排，2010年正常方式下已將瓶窯—武南的雙回500 kV線路開(kāi)斷一回，保持一回聯(lián)絡(luò)線運(yùn)行。

因此，省際500 kV聯(lián)絡(luò)線逐步調(diào)整、解環(huán)，選擇合適的運(yùn)行方式，既有必要也有可能。

為控制浙北電網(wǎng)的短路電流水平并保持浙江電網(wǎng)有足夠的受電能力，結(jié)合特高壓骨干電網(wǎng)形成后浙江周邊電網(wǎng)的發(fā)展情況，本文主要研究?jī)煞N聯(lián)絡(luò)線調(diào)整方式，即：

方式一：開(kāi)斷全部省際500 kV聯(lián)絡(luò)線，浙江電網(wǎng)僅通過(guò)特高壓聯(lián)絡(luò)線與華東、華中電網(wǎng)相連。

方式二：開(kāi)斷浙江—江蘇、浙江—上海兩個(gè)方向的500 kV聯(lián)絡(luò)線，浙江電網(wǎng)與華東500 kV電網(wǎng)部分分區(qū)。

2.2 聯(lián)絡(luò)線調(diào)整對(duì)短路電流的影響

對(duì)2015年省際聯(lián)絡(luò)線多種調(diào)整方式下短路電流變化情況的計(jì)算表明，開(kāi)斷江蘇、上海方向的省際聯(lián)絡(luò)線可以使浙北電網(wǎng)的短路電流大幅度降低，在特高壓浙北站4回線送出的方式下，浙北電網(wǎng)各500 kV變電站的三相短路電流可以下降1.0～14.5 kA，對(duì)短路電流水平踞高不下的瓶窯變電站來(lái)說(shuō)效果尤其明顯。除喬司變電站為55.6 kA以外，其他變電站的短路電流均為50 kA左右或更低?？紤]特高壓站有6回或8回線路送出的方案，開(kāi)斷兩個(gè)方向的省際聯(lián)絡(luò)線對(duì)降低短路電流的好處是顯而易見(jiàn)的，不同變電站的短路電流下降幅度在1.7～14.7 kA。

如果開(kāi)斷全部省際500 kV聯(lián)絡(luò)線，短路電流的控制效果更優(yōu)，各種系統(tǒng)接線方案下，短路電流降低幅度達(dá)1.6～21.2 kA。

兩種聯(lián)絡(luò)線調(diào)整方式對(duì)短路電流的影響結(jié)果見(jiàn)表2、表3。

2.3 聯(lián)絡(luò)線調(diào)整對(duì)電網(wǎng)潮流的影響

聯(lián)絡(luò)線調(diào)整前后，浙江電網(wǎng)與鄰省電網(wǎng)之間的潮流方向并未發(fā)生變化，向上海、福建電網(wǎng)仍為送出，從其他電網(wǎng)仍為受入?？紤]直流線路為定功率控制，聯(lián)絡(luò)線開(kāi)斷前后直流通道上的潮流無(wú)變化。

調(diào)整方式一的潮流計(jì)算結(jié)果表明，各特高壓省際通道上的潮流均有不同程度的變化，其中浙江—福建通道的潮流增加了34%，達(dá)到3 350 MW；而輸送潮流最大的浙北—安徽通道，只增加了4%，達(dá)到7 836 MW。所有特高壓線路均未超過(guò)熱穩(wěn)定限額。

表2 開(kāi)斷全部省際聯(lián)絡(luò)線的短路電流下降值 kA

表3 開(kāi)斷兩個(gè)方向省際聯(lián)絡(luò)線的短路電流下降值 kA

調(diào)整方式二的潮流計(jì)算結(jié)果表明，原來(lái)的浙江—江蘇、浙江—上海兩個(gè)通道上的潮流差額基本上都轉(zhuǎn)移到特高壓浙江—上海通道上，潮流增大約400 MW，其他通道上的潮流變化不大。沒(méi)有熱穩(wěn)定問(wèn)題。

2.4 聯(lián)絡(luò)線調(diào)整對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定性的影響

2.4.1 特高壓直流單極或雙極閉鎖的穩(wěn)定性分析

省際500 kV聯(lián)絡(luò)線調(diào)整前，在寧東直流發(fā)生單極或雙極閉鎖、溪洛渡直流發(fā)生單極閉鎖的故障方式下，系統(tǒng)能保持穩(wěn)定運(yùn)行；溪洛渡直流雙極閉鎖時(shí)，系統(tǒng)不穩(wěn)定。如果在溪洛渡直流雙極閉鎖后0.2 s切除溪洛渡5臺(tái)700 MW機(jī)組，系統(tǒng)能夠保持穩(wěn)定。若寧東直流和溪洛渡直流同時(shí)發(fā)生雙極閉鎖，需切除溪洛渡6臺(tái)700 MW機(jī)組后，系統(tǒng)才能逐步恢復(fù)穩(wěn)定。浙江省內(nèi)任一特高壓直流發(fā)生單極或雙極閉鎖，不會(huì)引起另一個(gè)直流閉鎖。

浙江省內(nèi)直流發(fā)生閉鎖時(shí)需從省外輸入更多的潮流，連接上海、福建的通道上輸出潮流有所減小，從安徽、江西受入的潮流有所增大，有些工況下潮流會(huì)發(fā)生反向：當(dāng)寧東直流發(fā)生單極或雙極閉鎖時(shí)，浙江—江蘇線路上的潮流從輸出轉(zhuǎn)為受入；當(dāng)兩個(gè)直流同時(shí)發(fā)生雙極閉鎖時(shí)，浙江—上海特高壓線路的潮流也由輸出轉(zhuǎn)為受入。此外，浙江省內(nèi)直流發(fā)生閉鎖時(shí)，還將影響浙江電網(wǎng)的受電能力。特別是兩個(gè)直流系統(tǒng)同時(shí)發(fā)生閉鎖時(shí)，潮流大量轉(zhuǎn)移到特高壓交流線路上，特高壓的下送潮流將顯著增大。

無(wú)論采取何種聯(lián)絡(luò)線調(diào)整方案，特高壓直流閉鎖都不會(huì)引起新的系統(tǒng)失穩(wěn)問(wèn)題（聯(lián)絡(luò)線調(diào)整前后，溪洛渡直流雙極閉鎖時(shí)均需送端切機(jī)）。

與聯(lián)絡(luò)線調(diào)整前相比，聯(lián)絡(luò)線調(diào)整后直流系統(tǒng)閉鎖造成的線路潮流變化更大，特別是按照方式一調(diào)整聯(lián)絡(luò)線，兩個(gè)直流系統(tǒng)同時(shí)雙極閉鎖時(shí)，浙江—安徽特高壓通道潮流超過(guò)12 000 MW，主變壓器超載倍數(shù)接近1.5。調(diào)整方式二的情況要好于方式一。

2.4.2 特高壓交流通道（雙回線）故障時(shí)的穩(wěn)定性分析

調(diào)整方式一時(shí)，若浙江—安徽特高壓通道雙回線路故障，系統(tǒng)將失穩(wěn)，其他通道故障時(shí)系統(tǒng)能保持穩(wěn)定。

采用調(diào)整方式二時(shí)，特高壓通道故障不會(huì)引起系統(tǒng)失穩(wěn)。浙江—江西通道故障時(shí)，浙江—安徽通道的潮流最大，約為8 500 MW，但未超過(guò)熱穩(wěn)定限額。

2.4.3 特高壓交流線路單一故障時(shí)的系統(tǒng)穩(wěn)定性分析

特高壓交流線路單回線故障時(shí)，對(duì)500 kV省際聯(lián)絡(luò)線調(diào)整前、后的浙江電網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定性進(jìn)行分析?？紤]的故障方式為單回特高壓線路發(fā)生三相接地短路故障后0.1 s切除故障線路。

仿真結(jié)果顯示，省際聯(lián)絡(luò)線調(diào)整前后，特高壓交流線路單一故障導(dǎo)致直流系統(tǒng)換相失敗的可能性差別不大。無(wú)論采用哪種聯(lián)絡(luò)線調(diào)整方案，浙江電網(wǎng)任一特高壓交流線路發(fā)生三相短路都會(huì)導(dǎo)致寧東直流和溪洛渡直流逆變站同時(shí)換相失敗。故障切除后直流即可恢復(fù)，不會(huì)導(dǎo)致直流閉鎖，系統(tǒng)保持穩(wěn)定運(yùn)行。

2.4.4 500 kV交流線路單一故障時(shí)的系統(tǒng)穩(wěn)定性分析

全網(wǎng)掃描仿真結(jié)果表明，500 kV省際聯(lián)絡(luò)線調(diào)整前后，省內(nèi)單回500 kV交流線路在發(fā)生三相短路后0.1 s內(nèi)切除故障線路，系統(tǒng)均能保持穩(wěn)定。

與聯(lián)絡(luò)線調(diào)整前相比，調(diào)整后500 kV交流線路單一故障引起直流系統(tǒng)換相失敗的情況有所增加，但不會(huì)導(dǎo)致直流閉鎖。

3 結(jié)論

（1）特高壓電網(wǎng)投產(chǎn)后，將使500 kV電網(wǎng)的短路電流進(jìn)一步上升。浙北電網(wǎng)中與特高壓站直接相連的500 kV變電站母線三相短路電流上升3.6～17.4 kA。

（2）開(kāi)斷江蘇、上海方向的省際聯(lián)絡(luò)線，可以使浙北電網(wǎng)的短路電流大幅度降低，同時(shí)開(kāi)斷安徽方向的聯(lián)絡(luò)線時(shí)效果更好，可以為電網(wǎng)規(guī)劃、設(shè)計(jì)、運(yùn)行留出空間。

（3）在本文考慮的特高壓交流電網(wǎng)規(guī)模下，如果開(kāi)斷全部省際500 kV聯(lián)絡(luò)線，系統(tǒng)穩(wěn)定水平明顯下降；如果僅開(kāi)斷江蘇、上海兩個(gè)方向的省際500 kV聯(lián)絡(luò)線，保留安徽、福建方向的500 kV省際通道，系統(tǒng)穩(wěn)定水平與保持全部聯(lián)絡(luò)線時(shí)相比沒(méi)有明顯變化。

（4）在特高壓電網(wǎng)投運(yùn)初期，不能實(shí)施500 kV電網(wǎng)解環(huán)運(yùn)行，需要調(diào)整500 kV的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式以適應(yīng)特高壓接入。待特高壓骨干電網(wǎng)建成后，可以將500 kV電網(wǎng)有序、部分解環(huán)運(yùn)行，從而有效控制500 kV電網(wǎng)短路電流和潮流分布。

[1]劉振亞.特高壓電網(wǎng)[M].北京：中國(guó)經(jīng)濟(jì)出版社.2005.

[2]徐政.交直流電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為分析[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2004.