500 kV中-老聯(lián)網(wǎng)穩(wěn)定性研究及對(duì)策

高杉雪，陳義宣，李玲芳，肖友強(qiáng)，游廣增

（1. 云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司昆明供電局，昆明 650011；2. 云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)研究中心，昆明 650200）

0 前言

為響應(yīng)國(guó)家“一帶一路”倡議，推動(dòng)綠色能源發(fā)展，將老撾富余水電電力回送云南，開(kāi)展500 kV中老聯(lián)網(wǎng)工程規(guī)劃工作。500 kV中老聯(lián)網(wǎng)工程中國(guó)側(cè)為云南西雙版納片區(qū)電網(wǎng)，現(xiàn)階段西雙版納電網(wǎng)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“版納電網(wǎng)”）較為復(fù)雜，對(duì)外通過(guò)110 kV線路與緬甸、老撾電網(wǎng)連接，對(duì)內(nèi)通過(guò)35 kV線路與農(nóng)墾電網(wǎng)連接，且電網(wǎng)結(jié)構(gòu)薄弱，網(wǎng)內(nèi)“大機(jī)小網(wǎng)”問(wèn)題突出，N-2故障下穩(wěn)定問(wèn)題突出，電網(wǎng)二、三道防線配置困難。因此，為確保老撾汛期富余電力順利回送云南，推動(dòng)綠色發(fā)展，亟需開(kāi)展版納電網(wǎng)穩(wěn)定性研究及相應(yīng)對(duì)策。

1 版納電網(wǎng)現(xiàn)狀

版納電網(wǎng)現(xiàn)狀下有500 kV變電站1座，除與老撾、緬甸等國(guó)外電網(wǎng)通過(guò)110 kV線路交流聯(lián)網(wǎng)外，還通過(guò)35 kV線路與農(nóng)墾電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)。

500 kV B電站為版納電網(wǎng)主要供電電源，截至2020年底，電站裝機(jī)占版納電網(wǎng)總電源裝機(jī)的82 %，通過(guò)2回500 kV線路與版納電網(wǎng)連接。版納電網(wǎng)其余小水電和新能源電廠均通過(guò)110 kV及以下電壓等級(jí)線路接入電網(wǎng)，電源總裝機(jī)僅占版納電網(wǎng)總電源裝機(jī)的18%，其中農(nóng)墾電網(wǎng)小電裝機(jī)占整個(gè)版納電網(wǎng)總電源裝機(jī)的4 %。

截至2020年底，豐水期版納全社會(huì)最大負(fù)荷與最大電源出力比值約為1:3，枯水期不考慮B電廠庫(kù)容調(diào)節(jié)能力下比值約為1:1.2，“大機(jī)小網(wǎng)”問(wèn)題突出。由此帶來(lái)的電網(wǎng)關(guān)鍵設(shè)備故障下穩(wěn)定問(wèn)題復(fù)雜，暫、熱穩(wěn)問(wèn)題交織，電網(wǎng)二、三道防線配置困難。為保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，正常運(yùn)行方式下500 kV B電廠分廠運(yùn)行，4臺(tái)機(jī)組通過(guò)500 kV A-B線并入云南電網(wǎng)，剩余1臺(tái)機(jī)組通過(guò)500 kV B-C線及220 kV網(wǎng)架形成電磁環(huán)與云南主網(wǎng)相連。

在版納電網(wǎng)500 kV網(wǎng)架經(jīng)B電廠斷環(huán)運(yùn)行的方式下，為滿足N-1原則，正常運(yùn)行中控制500 kV A-C線+220 kV C-d線斷面功率不超220 kV C-d線熱穩(wěn)值。此外，在版納電網(wǎng)與緬甸、老撾聯(lián)網(wǎng)的110 kV線路均配置了功率振蕩解列裝置，若境外電網(wǎng)發(fā)生失步或同步振蕩，振蕩解列裝置自動(dòng)解列相應(yīng)并網(wǎng)線路。與農(nóng)墾聯(lián)網(wǎng)的6回35 kV線路未配置第三道防線相關(guān)裝置，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖如下。

圖1 版納片區(qū)現(xiàn)有網(wǎng)架結(jié)構(gòu)示意圖

2 500 kV中老聯(lián)網(wǎng)方案

本次分析中老聯(lián)網(wǎng)方案采用500 kV交流系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，在500 kV C變（云南側(cè)）與500 kV D變（老撾側(cè)）間新建1回500 kV交流線路，汛期將老撾北部富余電力送入云南電網(wǎng)。500 kV中老聯(lián)網(wǎng)后，原中老聯(lián)網(wǎng)線路110 kV hh-cc線路斷開(kāi)。

3 老撾回送電網(wǎng)穩(wěn)定分析及控制措施

3.1 版納電網(wǎng)近景規(guī)劃

版納地區(qū)220 kV層面規(guī)劃新建變電站2座，開(kāi)關(guān)站1座，牽引站4座。

其中220 kV h變?chǔ)薪釉?20 kV B-f線后分別經(jīng)1回220 kV線路與B電廠及220 kV f變連接；220 kV i變經(jīng)2回220 kV新建線路分別與500 kV C變及220 kV g變連接。220 kV j開(kāi)關(guān)站經(jīng)2回新建線路分別與500 kV C變及A變連接。新建的4座220 kV牽引站中，220 kV k牽引站由220 kV d變及j開(kāi)關(guān)站各出1回220 kV線路供電；220 kV l牽引站由500 kV C變及220 kV j開(kāi)關(guān)站各出1回220 kV線路供電；220 kV m牽引站由500 kV C變及220 kV h變各出1回220 kV線路供電；220 kV n牽引站由500 kV C變及220 kV g變各出1回220 kV線路供電。

此外農(nóng)墾電網(wǎng)改由3回110 kV線路與版納電網(wǎng)連接，原聯(lián)網(wǎng)的6回35 kV線路斷開(kāi)，其內(nèi)部1座35 kV變電站升壓為110 kV變電站。

電網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖如下。

圖2 中老500 kV聯(lián)網(wǎng)后版納電網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖

3.2 老撾回送電網(wǎng)穩(wěn)定分析及控制措施

當(dāng)220 kV j開(kāi)關(guān)站建成后500 kV B電站將恢復(fù)合廠運(yùn)行，故本次計(jì)算條件考慮版納片區(qū)電網(wǎng)500 kV合環(huán)運(yùn)行，老撾電網(wǎng)規(guī)劃?rùn)C(jī)組采用典型參數(shù)，線路保護(hù)動(dòng)作時(shí)間參考南方電網(wǎng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

經(jīng)計(jì)算，N-1故障下云南電網(wǎng)能保持穩(wěn)定運(yùn)行，但N-2故障下暫穩(wěn)問(wèn)題突出。部分N-2故障下全切片區(qū)大電源機(jī)組后，片區(qū)小電機(jī)組仍有失步可能。具體分析如下。

1）N-1故障

老撾電網(wǎng)500 kV聯(lián)網(wǎng)的500 kV C-D線路發(fā)生N-1故障后，云南電網(wǎng)穩(wěn)定，老撾電網(wǎng)孤網(wǎng)，若故障前老撾電網(wǎng)外送功率較大，易造成老撾北部電網(wǎng)頻率失穩(wěn)或暫態(tài)失穩(wěn)。其余線路或主變N-1故障下，云南電網(wǎng)及老撾電網(wǎng)均能保持穩(wěn)定運(yùn)行。

2）N-2故障

500 kV A-B、A-C雙回線路A變側(cè)或500 kV A-B、B-C雙回線路B變側(cè)發(fā)生N-2故障后系統(tǒng)暫態(tài)失穩(wěn)，切除相關(guān)500 kV及220 kV電廠機(jī)組后（含老撾聯(lián)網(wǎng)機(jī)組），部分版納地區(qū)電網(wǎng)及農(nóng)墾電網(wǎng)小電機(jī)組因與主網(wǎng)距離較遠(yuǎn)，故障后電廠側(cè)電壓跌落嚴(yán)重，小電機(jī)組仍可能失步，如圖3所示。

本文針對(duì)失穩(wěn)小電的機(jī)組，分析研究了三種方案切除或解列失穩(wěn)小電機(jī)組：

①通過(guò)安穩(wěn)裝置直接切除各并網(wǎng)線路；

②通過(guò)發(fā)電機(jī)失步等保護(hù)切除；

③在農(nóng)墾電網(wǎng)等與云南電網(wǎng)并網(wǎng)點(diǎn)、地區(qū)小電并網(wǎng)點(diǎn)裝設(shè)功率振蕩解列裝置（含失步解列及同步振蕩解列功能）；

上述三種切除/解列小電的方案中，方案①存在穩(wěn)控裝設(shè)站點(diǎn)多，控制復(fù)雜等問(wèn)題，且安穩(wěn)裝置誤動(dòng)及拒動(dòng)導(dǎo)致電網(wǎng)失穩(wěn)的風(fēng)險(xiǎn)高。方案②由于振蕩中心距小電可能較遠(yuǎn)，小電機(jī)組失步解列可能無(wú)法動(dòng)作，此外小電機(jī)組容量小，保護(hù)功能不齊全，實(shí)施困難。方案③，即在小電并網(wǎng)點(diǎn)裝設(shè)功率振蕩解列裝置由于配置簡(jiǎn)單且可實(shí)施性較高，推薦采納。

N-2故障后具體穩(wěn)定問(wèn)題及采取的相關(guān)方案見(jiàn)表1。

表1 500 kV中老聯(lián)網(wǎng)后N-2故障下相關(guān)穩(wěn)定問(wèn)題及控制方案

由表1可見(jiàn)，采用本文提出的方案能解決小電機(jī)組功角失穩(wěn)問(wèn)題，電網(wǎng)能夠保持穩(wěn)定運(yùn)行，如圖4所示。

圖4 N-2故障切除大容量水電機(jī)組并解列地區(qū) 小電機(jī)組后功角曲線圖

4 結(jié)束語(yǔ)

本文分析了500 kV中老聯(lián)網(wǎng)后，老撾電網(wǎng)富余電力回送云南方式下，系統(tǒng)N-1、N-2故障后存在的穩(wěn)定問(wèn)題，并針對(duì)相關(guān)穩(wěn)定問(wèn)題提出相應(yīng)的切機(jī)及振蕩解列等控制措施，為保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行及老撾電力順利回送奠定理論基礎(chǔ)。