一種典型220kV/110kV局域電磁環(huán)網(wǎng)運(yùn)行方式分析

喬 愷 劉寧超 張 磊 丁藝峰

（國(guó)網(wǎng)平頂山供電公司，河南 平頂山467000）

電力系統(tǒng)的電磁環(huán)網(wǎng)是指不同電壓等級(jí)的輸電線路通過(guò)變壓器磁或電磁耦合構(gòu)成的環(huán)形電網(wǎng)。環(huán)網(wǎng)運(yùn)行會(huì)導(dǎo)致繼電保護(hù)系統(tǒng)復(fù)雜，故障切除時(shí)間長(zhǎng)，短路電流過(guò)大，可靠性差，影響主網(wǎng)穩(wěn)定以及供電設(shè)備安全，國(guó)內(nèi)、國(guó)外都曾多次發(fā)生過(guò)環(huán)網(wǎng)突然解環(huán)導(dǎo)致停電事故［1-2］。但我們不能“談環(huán)色變”，在某些網(wǎng)架薄弱的區(qū)域電網(wǎng)，本文中所述的典型220kV/110kV局域電磁環(huán)網(wǎng)，就可盡量消除環(huán)網(wǎng)運(yùn)行的弊端，發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)。

1 局域電磁環(huán)網(wǎng)的可行性

1.1 局域電磁環(huán)網(wǎng)概況

該案例為平頂山市汝州地區(qū)，由兩座220kV變電站構(gòu)成的典型220kV/110kV局域電磁環(huán)網(wǎng)，環(huán)網(wǎng)接線如圖1所示：

圖1 王寨變——霍莊變220kV/110kV局域電磁環(huán)網(wǎng)一次簡(jiǎn)圖

霍莊變高壓側(cè)僅由一條220kV王霍線單獨(dú)供電，是典型的末端站，且僅由霍221一臺(tái)斷路器作為高壓側(cè)電源開關(guān)，網(wǎng)架十分薄弱，供電可靠性難以保證。110kV魏霍線是構(gòu)成該典型局域電磁環(huán)網(wǎng)的聯(lián)絡(luò)線，魏霍2開關(guān)則為合、解環(huán)點(diǎn)，霍莊變110kV側(cè)無(wú)其他電源，全站負(fù)荷僅由220kV王霍線供電。

1.2 可行性分析

本文通過(guò)電磁環(huán)網(wǎng)的弊端逐一分析該典型局域電磁環(huán)網(wǎng)的可行性。

1.2.1 電磁環(huán)網(wǎng)可能導(dǎo)致線路過(guò)負(fù)荷，破壞系統(tǒng)熱穩(wěn)定性，易造成距離保護(hù)誤動(dòng)?；羟f變高壓作為末端站，所帶負(fù)荷較為穩(wěn)定，110V魏霍線作為聯(lián)絡(luò)線，其設(shè)計(jì)供電能力大于霍莊變高壓近期規(guī)劃內(nèi)可能出現(xiàn)的最大負(fù)荷，避免了220kV王霍線斷線導(dǎo)致110kV魏霍線過(guò)負(fù)荷，該局域電磁環(huán)網(wǎng)開環(huán)前后潮流變化情況如表1所示：

表1 2013年霍莊變最大運(yùn)行方式下開環(huán)前后環(huán)網(wǎng)潮流變化情況

1.2.2 電磁環(huán)網(wǎng)開環(huán)前后系統(tǒng)間聯(lián)絡(luò)阻抗將突然增大，容易超過(guò)該聯(lián)絡(luò)線的暫態(tài)穩(wěn)定極限，可能引發(fā)系統(tǒng)振蕩［3-4］。該典型局域電磁環(huán)網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線長(zhǎng)度較短，線路阻抗很小，并設(shè)有單相重合閘，霍莊變所帶負(fù)荷不大，突然解環(huán)也不足以引起系統(tǒng)的劇烈振蕩。

1.2.3 由于220kV與110kV線路自然功率和電阻相差較大，環(huán)網(wǎng)運(yùn)行情況下，系統(tǒng)潮流難以達(dá)到最經(jīng)濟(jì)狀態(tài)。末端站現(xiàn)今的負(fù)荷水平無(wú)法讓220kV或110kV線路單獨(dú)以最經(jīng)濟(jì)的自然功率運(yùn)行，在20km的短距離線路下，220kV和110kV線路之間的電阻差異不明顯。相對(duì)于經(jīng)濟(jì)性，該典型局域電磁環(huán)網(wǎng)給該網(wǎng)架薄弱地區(qū)帶來(lái)的供電可靠性更為重要。

1.2.4 由于各變電站的負(fù)荷不同，各站之間將出現(xiàn)相當(dāng)大的電壓差，電磁環(huán)網(wǎng)運(yùn)行時(shí)將會(huì)產(chǎn)生環(huán)流，導(dǎo)致變壓器的損耗增大，輸出容量減少，降低保護(hù)裝置的靈敏性和斷路器的開斷能力?？梢酝ㄟ^(guò)調(diào)整兩側(cè)變壓器的電壓分接頭使王寨側(cè)電壓適當(dāng)高于霍莊變，避免出現(xiàn)環(huán)流。如圖2所示可見(jiàn)，聯(lián)絡(luò)線魏霍線沒(méi)有出現(xiàn)環(huán)流情況。

圖2 2013年7月-11月魏霍線A相電流曲線

通過(guò)以上分析，我們能夠得出，在該案例中局域網(wǎng)架薄弱導(dǎo)致供電可靠性不高的情況下，可以采取該種典型電磁環(huán)網(wǎng)運(yùn)行方式來(lái)提高電網(wǎng)的供電可靠性。

2 局域電磁環(huán)網(wǎng)運(yùn)行方式分析

2.1 該典型局域電磁環(huán)網(wǎng)的不同運(yùn)行方式

2.1.1 霍莊變負(fù)荷所需功率全部由220kV王霍線輸送，作為局域電磁環(huán)網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線的110kV魏霍線基本不輸送功率，相當(dāng)于開關(guān)斷開，處于合環(huán)運(yùn)行下的“開環(huán)運(yùn)行”狀態(tài)，其實(shí)這就是該典型局域電磁環(huán)網(wǎng)的理想運(yùn)行方式。這樣，既保證了環(huán)網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，避免了環(huán)流，又保障了薄弱網(wǎng)架情況下的供電可靠性，但在實(shí)際運(yùn)行中較難實(shí)現(xiàn)。

2.1.2 霍莊變負(fù)荷所需功率全部由110kV魏霍線輸送，而220kV王霍線不輸送功率。此種運(yùn)行方式下霍莊主變輕載運(yùn)行，損耗較大，同時(shí)引起王寨主變負(fù)荷壓力增大。220kV線路保護(hù)更完善、接線更簡(jiǎn)單，運(yùn)行相對(duì)更可靠，所以此種運(yùn)行方式僅在因事故導(dǎo)致220kV王霍線跳閘時(shí)臨時(shí)采用。

2.1.3 霍莊變負(fù)荷所需功率同時(shí)由220kV王霍線和110kV魏霍線輸送，以前者為主，后者為輔。此種運(yùn)行方式也是本文所述局域電磁環(huán)網(wǎng)的運(yùn)行現(xiàn)狀，大量功率通過(guò)220kV王霍線向霍莊變輸送，少量功率通過(guò)魏霍線輸送，“矯枉過(guò)正”以避免電磁環(huán)網(wǎng)中出現(xiàn)環(huán)流。

2.1.4 霍莊變負(fù)荷所需功率全部由220kV王霍線輸送，同時(shí)有功率通過(guò)110kV魏霍線倒送回王寨變。此種運(yùn)行方式下電磁環(huán)網(wǎng)中就出現(xiàn)了危害很大的環(huán)流，應(yīng)盡量避免電磁環(huán)網(wǎng)在此種方式下長(zhǎng)期運(yùn)行。

2.2 現(xiàn)有運(yùn)行方式存在的問(wèn)題及解決辦法

雖然該局域電磁環(huán)網(wǎng)正常運(yùn)行兩年多，但也存在一些問(wèn)題導(dǎo)致運(yùn)行不合理、不經(jīng)濟(jì)。

2.2.1 雖未出現(xiàn)環(huán)流，但有較大的電流由王寨變經(jīng)110kV魏霍線流向霍莊變，經(jīng)濟(jì)性不佳。可以通過(guò)調(diào)整魏霍線兩端110kV母線電壓，縮小聯(lián)絡(luò)線兩端電壓差，讓功率盡量沿經(jīng)濟(jì)性更好地220kV王霍線輸送。

2.2.2 無(wú)功調(diào)整不合理，王寨變通過(guò)110kV魏霍線與霍莊變之間有較大無(wú)功互供情況，如下頁(yè)圖3所示。站內(nèi)無(wú)功補(bǔ)償裝置應(yīng)補(bǔ)償本站負(fù)荷所消耗無(wú)功，不宜遠(yuǎn)距離輸送至同電壓等級(jí)的它站進(jìn)行補(bǔ)償，應(yīng)調(diào)整聯(lián)絡(luò)線兩端站內(nèi)無(wú)功補(bǔ)償裝置的投入，讓110kV魏霍線中傳輸?shù)臒o(wú)功功率降到最小。

圖3 2013年7月-11月魏霍線A相電流曲線

2.2.3 電壓調(diào)整不合理，沒(méi)有考慮局域電磁環(huán)網(wǎng)的特殊性。此類典型局域電磁環(huán)網(wǎng)的電壓調(diào)整不能簡(jiǎn)單地單獨(dú)考慮，當(dāng)霍莊變和王寨變110kV母線電壓都偏高，且110kV聯(lián)絡(luò)線魏霍線有較大功率輸送至霍莊側(cè)時(shí)，應(yīng)先降低王寨變主變電壓擋位，待王寨變110kV母線電壓正常后，此時(shí)霍莊變110kV母線電壓也將隨之降低，若依然沒(méi)有恢復(fù)正常，再降低霍莊主變電壓擋位。

3 事故異常處理

此種典型局域電磁環(huán)網(wǎng)事故處理可分為以下兩大類：

3.1 220kV王霍線事故

若王霍1開關(guān)重合成功，則保持正常環(huán)網(wǎng)運(yùn)行方式通報(bào)相關(guān)方面。若王霍1開關(guān)重合失敗，則保持魏霍線帶霍#1主變中、低壓運(yùn)行方式。檢查魏霍1開關(guān)、保護(hù)及重合閘運(yùn)行正常，退出魏霍2開關(guān)保護(hù)及重合閘。密切監(jiān)視王寨主變和魏霍線負(fù)荷情況，魏霍線負(fù)荷電流按照不大于400A來(lái)控制，應(yīng)盡量維持霍莊變110kV母線電壓不低于113kV。

3.2 110kV魏霍線事故

若魏霍1開關(guān)重合成功，則手動(dòng)合上魏霍2開關(guān)，恢復(fù)正常環(huán)網(wǎng)運(yùn)行方式。若魏霍1開關(guān)重合失敗，則維持霍莊變開環(huán)運(yùn)行方式，退出霍221開關(guān)線路保護(hù)跳閘出口壓板和重合閘壓板，通報(bào)相關(guān)方面。

4 局域電磁環(huán)網(wǎng)運(yùn)行注意事項(xiàng)

當(dāng)“王寨變—霍莊變”實(shí)施220kV/110kV電磁環(huán)網(wǎng)運(yùn)行時(shí)：應(yīng)投入220kV王霍線兩端開關(guān)（霍221和王霍1）線路保護(hù)跳閘出口壓板和重合閘，且投入方式均應(yīng)為“單重”。應(yīng)投入110kV魏霍線兩端開關(guān)（魏霍1和魏霍2）線路保護(hù)跳閘出口壓板，投入魏霍1重合閘，但由于魏霍2為該電磁環(huán)網(wǎng)斷開點(diǎn)，所以應(yīng)退出魏霍2重合閘。當(dāng)電磁環(huán)網(wǎng)打開時(shí)：若王霍線做充電運(yùn)行，應(yīng)退出霍221開關(guān)線路保護(hù)跳閘出口壓板及重合閘；若魏霍線做充電運(yùn)行，應(yīng)退出魏霍2開關(guān)線路保護(hù)跳閘出口壓板及重合閘。

5 結(jié)語(yǔ)

本文論述了局域電磁環(huán)網(wǎng)在網(wǎng)架薄弱地區(qū)應(yīng)用的可行性，分析其運(yùn)行方式和存在的問(wèn)題，并給出相應(yīng)的解決方法，以及局域電磁環(huán)網(wǎng)的事故異常處理方法。為解決此類區(qū)域電網(wǎng)網(wǎng)架薄弱而導(dǎo)致供電可靠性不高的問(wèn)題提供了寶貴的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

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