某地區(qū)500 kV電網(wǎng)供電能力分析及改進措施探討

南有斌，黃利飛，馬乾有，王 玉

（烏海電業(yè)局，內(nèi)蒙古 烏海 016000）

1 地區(qū)電網(wǎng)概況

截至2019年底，某地區(qū)已建成500 kV變電站3座，500 kV主變壓器10臺，變電容量為7500 MVA。該地區(qū)電網(wǎng)主網(wǎng)架主要由500 kV JLT站、WH站、QLS電廠、FHL電廠環(huán)網(wǎng)構(gòu)成。WD地區(qū)由500 kV JLT站接帶，220 kV系統(tǒng)呈輻射狀供電；HBW、HN地區(qū)由QLS站和WH站共同接帶，形成高低壓電磁環(huán)網(wǎng)[1]，該地區(qū)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 某地區(qū)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖

2 地區(qū)電網(wǎng)供電能力的影響因素分析

2.1 短路電流水平

短路電流水平是電網(wǎng)規(guī)劃、運行的約束性指標，為控制電路電流水平往往需要改變電網(wǎng)的運行方式，因此也會對電網(wǎng)的供電能力產(chǎn)生影響[2-4]。該地區(qū)短路電流較為突出的是500 kV WH站，當(dāng)WH站4臺主變壓器（4×750 MVA）并列運行時，220 kV側(cè)短路電流超標，因此正常方式下，3號主變壓器冷備用，其余3臺主變壓器并列運行。實際可用的變電容量為2250 MVA，經(jīng)計算，WH站主變壓器下送極限為1280 MW。

2.2 電源容量及分布

該地區(qū)電網(wǎng)電源容量主要分布在JLT和WH、QLS供電區(qū)域。其中，JLT供電區(qū)域內(nèi)現(xiàn)有WST電廠、ZY電廠、HS熱電廠、WD電廠、DY熱電廠共5座主力電廠，裝機總?cè)萘?820 MW。WH、QLS供電區(qū)域內(nèi)現(xiàn)有JZ熱電廠、MX電廠、MHT電廠、XLF電廠、HBW熱電廠共5座主力火電廠和1座水電廠作為電源支撐（不包含風(fēng)電148.3 MW，光伏容量520 MW），總發(fā)電出力3250 MW。

2.3 電力負荷大小及其分布

該地區(qū)供電負荷主要包括WD地區(qū)和HBW、HN地區(qū)負荷2590 MW，WST地區(qū)負荷1200 MW以及EDS地區(qū)負荷約1330 MW三部分構(gòu)成。其中，WD區(qū)負荷1100 MW，HBW、HN地區(qū)負荷1490 MW，負荷主要集中在WD、HN區(qū)。

2.4 主要元件的熱穩(wěn)定極限以及暫態(tài)穩(wěn)定極限

該地區(qū)電網(wǎng)中主要元件的熱穩(wěn)定極限是影響電網(wǎng)供電能力的主要因素之一，暫態(tài)穩(wěn)定也會在一定程度上影響電網(wǎng)的供電能力[5]。運行中應(yīng)該取熱穩(wěn)定極限和暫態(tài)穩(wěn)定極限的較小值作為電網(wǎng)的控制極限。依據(jù)該地區(qū)實際情況，JLT供電區(qū)域由于無功出力相對不足存在電壓穩(wěn)定問題；WH、QLS供電區(qū)域電網(wǎng)聯(lián)系緊密，無暫態(tài)問題，由于部分線路線徑較細，熱穩(wěn)定問題較為突出[6-7]。

3 WH電網(wǎng)供電能力分析

3.1 500 kV變電站運行方式

（1）500 kV JLT站共有3臺主變壓器（容量均為750 MVA）并列運行接帶220 kV系統(tǒng)，變電總?cè)萘?250 MVA，有功接帶能力估算1900 MW，考慮主變壓器N-1后的熱穩(wěn)定問題，其有功接帶能力約為1280 MW。

（2）500 kV QLS站共有3臺主變壓器（容量均為750 MVA）并列運行接帶220 kV系統(tǒng)，變電總?cè)萘?250 MVA，與JLT站主變壓器同理，其有功接帶能力約為1280 MW。

（3）500 kV WH站共有1—4號4臺主變壓器（容量均為750 MVA），變電總?cè)萘?000 MVA。但因220 kV系統(tǒng)短路電流超標，只有1號、2號、4號主變壓器并列運行接帶220 kV系統(tǒng)，3號主變壓器冷備用；當(dāng)這3臺主變壓器中1臺停電時，3號主變壓器投入運行。因此實際可用變電容量亦為2250 MVA，同樣，其有功接帶能力約為1280 MW。

3.2 500 kV JLT站供電能力分析

500 kV JLT站供電區(qū)域內(nèi)負荷主要由WD地區(qū)（如表1所示）和WST地區(qū)兩部分構(gòu)成，平均負荷約為2300 MW（WD地區(qū)約為1100 MW，WST地區(qū)約為1200 MW），超出JLT主變壓器下送極限約400 MW。500 kV JLT—DY雙回、WH—JLT雙回以及FHL—JLT線均輸送功率至JLT站，見圖1。該區(qū)域內(nèi)現(xiàn)有WST電廠（2×300 MW）、ZY電廠（2×135 MW）、HS熱電廠（2×150+200 MW）、WD電廠（2×150 MW）、DY熱電廠（3×50 MW）共5座主力電廠，裝機總?cè)萘?820 MW，可作為電源支撐[8]。所以JLT主變壓器的接帶能力與這些電廠的開機方式有極大的關(guān)聯(lián)。理論上該區(qū)域負荷與發(fā)電出力相抵消后，JLT主變壓器接帶的平均負荷約為500 MW（截至2019年，JLT站主變壓器出現(xiàn)的最大有功負荷780 MW），還可接帶約770 MW負荷。但由于區(qū)域內(nèi)負荷較大，發(fā)電機組無功出力無法支撐該供電區(qū)域電壓，所以還存在暫態(tài)穩(wěn)定問題，即當(dāng)JLT站發(fā)生主變壓器N-1或1條500 kV母線故障時，可能會造成系統(tǒng)電壓崩潰。經(jīng)穩(wěn)定計算，JLT站主變壓器正常方式及N-1方式下的接帶能力按表2控制。

表1 WD地區(qū)220 kV變電站負荷情況

表2 JLT站主變壓器接待能力控制極限

由表2可見，WD地區(qū)正常方式下，JLT主變壓器的接帶能力與區(qū)域內(nèi)電廠的開機方式有極大的關(guān)聯(lián)。在正常方式下發(fā)電機組全出力運行時，還有約120 MW負荷的接帶能力，而當(dāng)JLT站出現(xiàn)主變壓器或母線檢修時，考慮檢修方式下的N-1，需要控制地區(qū)負荷。

受JLT站主變壓器下送極限影響，WD地區(qū)220 kV WF站、SD站新接入負荷受限，運行電壓較低，經(jīng)計算，最多可接帶120 MW負荷。

3.3 JH站投產(chǎn)后JLT、JH站供電能力分析

500 kV JH站（2×1200 MVA）投產(chǎn)后，該地區(qū)500 kV主網(wǎng)架將得到增強，WD地區(qū)220 kV WF站放射狀供電改為環(huán)網(wǎng)供電，WF地區(qū)四級電網(wǎng)事件風(fēng)險消除。JLT站主要有WST電廠（2×300 MW）、ZY電廠（2×135 MW）、WD電廠（2×150 MW）、DY熱電廠（3×50 MW）4座電廠做支撐，總裝機容量為1320 MW，接帶WD地區(qū)RY站、YH站、WF站。JH站主要有HS熱電廠（2×150+200 MW）做支撐，裝機容量500 MW，接帶WD地區(qū)WF站、SHT站、JZ站、HT站。JH站投產(chǎn)后JLT站220 kV側(cè)三相短路電流由43.6 kA降至38.9 kA，單相短路電流由44.45 kA降至38.2 kA[1]。JH站投產(chǎn)后電網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 JH站投產(chǎn)后電網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖

3.3.1 500 kV JLT變電站供電能力分析

500 kV JH站投產(chǎn)后，JLT站供電區(qū)域供電能力有所提高，該地區(qū)電廠不同開機方式下，不存在暫態(tài)穩(wěn)定問題。最大負荷1526 MW，考慮JLT站主變壓器N-1，實際運行中各電廠按照開1臺機考慮，該地區(qū)還可以接帶389 MW負荷。JLT地區(qū)開機容量及接帶負荷裕度如表3所示。

表3 500 kV JH站投運后JLT站接帶能力

3.3.2 500 kV JH站供電能力分析

500 kV JH站投產(chǎn)后，HS熱電廠、220 kV WF站、JZ化工站、HT站切改至JH站接帶。HS熱電廠不同開機方式下，JH供電區(qū)域不存在潮流及暫態(tài)穩(wěn)定問題。地區(qū)最大負荷630 MW，考慮JH站主變壓器N-1，實際運行中各電廠按照開1臺機考慮，該地區(qū)還可以接帶540 MW負荷。開機容量及接帶負荷裕度如表4所示。

表4 500 kV JH站接帶能力

3.4 500 kV QLS、WH站供電能力分析

QLS、WH站供電區(qū)域內(nèi)的負荷主要由HBW、HN地區(qū)（如表5所示）和EDS地區(qū)負荷三部分構(gòu)成，總負荷約為2820 MW（HBW、HN地區(qū)約為1490 MW，EDS地區(qū)約為1330 MW），超出QLS、WH站供電區(qū)域的接帶能力約280 MW。500 kV WH—JLT雙回輸送功率至JLT站，500 kV BR—WH雙回輸送功率至WH站，500 kV FHL—QLS線、DK—QLS線均輸送功率至QLS站（如圖1所示）。該區(qū)域內(nèi)現(xiàn)有JZ熱電廠（2×350 MW）、MX電廠（2×300 MW）、MHT電廠（2×200 MW）、XLF電廠（2×200 MW）、HBW熱電廠（2×200+2×330 MW）共5座主力火電廠作為電源支撐（不包含風(fēng)電148.3 MW，光伏容量520 MW），總發(fā)電出力3160 MW。因此QLS、WH站的接帶能力與這些電廠的開機方式有極大的關(guān)聯(lián)。該區(qū)域負荷與發(fā)電出力相抵消后，QLS站主變壓器接帶負荷約為600 MW、WH站主變壓器接帶負荷約為420 MW，共計1020 MW（截至2019年，QLS站主變壓器出現(xiàn)的最大有功負荷1076 MW、WH站主變壓器出現(xiàn)的最大有功負荷570 MW），理論上QLS站還可接帶負荷約670 MW，WH站還可接帶負荷約850 MW，共計1520 MW。但當(dāng)供電區(qū)域內(nèi)各電廠均開一臺機時，QLS、WH站主變壓器有功接帶能力將受到限制，該地區(qū)最多可再接帶480 MW負荷，此時QLS站主變壓器下送1147 MW，WH站下送1271 MW，WH站負荷達到極限。

表5 HBW、HN地區(qū)220 kV變電站負荷情況

具體計算按照大負荷小開機方式計算。大負荷小開機方式下，QLS站、WH站負荷2834 MW，QLS站、WH站區(qū)域機組開1臺機（MHT站開機200 MW、MX站開機300 MW、XLF站開機200 MW、HBW電廠開機330 MW，JZ熱電廠開機330 MW）。QLS站主變壓器下送927 MW，WH站主變壓器下送1011 MW。該方式下WH站主變壓器下送接近熱穩(wěn)定極限。

受QLS站、WH站主變壓器下送極限影響，HBW、HN地區(qū)220 kV系統(tǒng)新接入負荷受限。經(jīng)計算，最多可接帶510 MW。220 kV QLS—XH三回、XH—YHⅠ線+YH—JSW線斷面受QLS—XHⅠ回、XH—YHⅠ線（LGJ-400）導(dǎo)線影響，220 kV XH站、JSW站新接入總負荷不能超過190 MW。

3.5 結(jié)論

（1）經(jīng)分析，JLT供電區(qū)域新接入負荷極限為120 MW；QLS、WH供電區(qū)域新接入負荷510 MW，其中220 kV XH站、JSW站新接入總負荷不能超過190 MW。

（2）500 kV JH站投產(chǎn)后，JLT供電分區(qū)最大供電能力為1900 MW，JH供電分區(qū)最大供電能力為1350 MW。

（3）受500 kV JLT站、QLS站、WH站主變壓器下送極限限制，不能滿足HBW、HN地區(qū)未來負荷增長的需求。

4 改進措施

4.1 新建500 kV變電站

由于HBW、HN地區(qū)環(huán)網(wǎng)運行，隨著某地區(qū)負荷逐步增長，QLS、WH供電區(qū)域潮流問題日益嚴重。通過計算，限制該地區(qū)供電能力的主要因素為QLS站、WH站主變壓器下送極限。建議新建一座500 kV變電站，WH—JLT雙回破口接入該500 kV變電站，后期新建的某抽水蓄能變電站也可接入該變電站，并逐步打開該地區(qū)500 kV/220 kV電磁環(huán)網(wǎng)[9-15]，形成獨立的220 kV供電區(qū)域，各供電區(qū)域之間保留足夠的備用聯(lián)絡(luò)通道。新建500 kV變電站及解環(huán)后結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 新建500 kV變電站及解環(huán)后結(jié)構(gòu)圖

4.2 改造老舊設(shè)備

結(jié)合該地區(qū)用電需求變化趨勢以及市政規(guī)劃建設(shè)，合理分布變電站站址以及線路路徑。改造某地區(qū)電網(wǎng)中線徑較細、主變壓器容量較小的老舊設(shè)備，對QLS站、WH站主變壓器進行擴容，以滿足該地區(qū)日益增長的負荷需求。