特高压投运后山西电网安全稳定运行探讨

曹明德

(山西省电力公司超(特)高压输变电分公司,山西太原 030006)

特高压投运后山西电网安全稳定运行探讨

曹明德

(山西省电力公司超(特)高压输变电分公司,山西太原 030006)

针对山西电网在特高压试验示范工程建成投运后的安全稳定运行现状,从技术和管理两个方面给出解决山西电网安全稳定运行的措施,确保特高压电网和山西电网安全稳定运行。

特高压电网;山西电网;安全稳定

0 引言

建设特高压电网是国家电网公司全面落实科学发展观、贯彻国家能源产业政策、促进我国电力工业和经济社会可持续健康发展的重大举措。1 000 kV特高压交流试验示范工程建成投产,标志着山西省电网步入 “特高压电网”发展新时代。按照国家电网2012年形成世界上规模最大、电压等级最高、交直流混合运行的 “三华”特高压同步电网要求,山西将拉开新一轮的电网建设大幕。预计到2012年,山西将建成1 000 kV特高压外送通道3个、输电线路13回,拥有1 000 kV长治特高压变电站6 000 MW,吕梁变电站3 000 MW、晋北开关站,将建成±500 kV山西—江苏直流工程,拥有±500 kV直流换流站1座[1-2]。

电网发展大规模的提速,无疑对电网安全提出了更高的要求,与此同时,随着山西省风电基地和大型煤电基地的大规模集中开发,电源布局和结构发生了较大的变化,其接入和外送也对电网的安全提出了很大的挑战。此外,山西电网担负着 “西电东送”、向首都供电、向 “晋煤外运”电气化铁路,煤矿等高危客户供电的重任,确保电网安全稳定运行。

2 特高压投运后山西电网安全稳定运行面临诸多新挑战

2008年12月,晋东南-南阳-荆门特高压线路建成投运,这是我国第一条特高压试验示范工程,也是全世界第一条商业化运行的特高压线路。图1为1 000 kV特高压输电系统示意图,虚线框内是第一期晋东南-南阳-荆门的工程示意图[3]。

图1 1 000 kV特高压输电系统示意图

2009年2月11日特高压荆门侧线路高抗中性点小电抗压力释放保护动作跳高压侧开关,造成长南线过电压跳长治站、南阳站两侧1 000 kV开关。

a)潮流分析。从潮流分布看,长南线1 300 MW掉闸后,山西电网外送通道增加1 000 MW左右,省网消纳300 MW左右。其中,南送功率主要通过潞辛双回转供华北主网,消纳600 MW左右,转移比例约为50%;省网消纳功率通过长晋双回南送,长晋双回增加300 MW;长久三回南送功率减少,由550×3 MW 减少为200×3 MW,减少1 050 MW。由此看出,长南线掉闸后,南送功率在长治站两侧久安及晋城站分别转移,久安侧通过潞辛双回转供华北电网,且久安侧转移比例比较大[4]。

b)无功电压分析[4-5]。特高压线路荆门侧掉闸后、长治侧掉闸前,特高压线路空充电并于山西电网,使得线路充电无功注入山西电网,最大注入无功743 MW,造成1 000 kV系统电压升高100 kV左右,长治站500 kV系统电压升高约20 kV,久安站及周边电厂电压升高约10 kV,与理论分析的8～12 kV很吻合;山西中南部电网电压升高约10 kV。从电压升高情况看,山西电网500 kV厂站电压以长治站为中心,升高呈下降趋势。

c)频率分析。特高压线路掉闸前,电网频率约49.996 H z,荆门侧掉闸后4.53 s,系统频率达到最大值50.1 H z,可见掉闸后频率呈上升趋势,最大升高约0.1 H z,经华北网调和山西省调共同调整机组出力,10 min后,系统频率恢复为50 H z。在系统频率升高阶段,山西电网机组一次调频基本全部动作,表明绝大部分机组的一次调频投入运行,对本次特高压线路掉闸后的频率升高起到积极的作用。但是,从各机组的一次调频的负荷调节量及响应时间来看,机组的一次调频性能差异较大。

由此可见,特高压投运后,山西电网的安全面临着新的挑战[6]。

a)监控手段自动化程度不高。随着特高压变电站投运及电网建设规模的不断加大,山西电网与外部电网的互联性越来越紧密、结构日益复杂,电网运行方式、动态行为复杂多变,对电网安全运行监控能力提出更高要求,尤其特高压投运对联络线控制、特高压近区 500 kV电压调整提出更高要求。例如,为使省网500 kV输变电设备具有一定的耐压空间,长治站在南送2 000 MW时,近端500 kV厂站运行电压应不超过530 kV。另外在用电低负荷高电压、外送大功率时电压抬高会增加,迅速降低500 kV系统电压水平是首要措施,随后降低机组出力调整系统频率到合格范围之内。因此长期沿用的电力系统分析和控制手段,很难满足大电网的安全稳定运行要求。

b)电压控制手段有限。特高压线路末端跳闸,安全自动装置失灵,会造成送端电网电压大幅升高,最高可达 580 kV,对 500 kV系统输变电,一、二次设备耐压水平而言电压调整力提出了更高要求。而目前山西侧仅靠部分机组和特高压长治站低压电容器和电抗器来进行调整,电压控制手段有限。

c)外送潮流调整难度加大。目前省调机组的整体发电自动控制能力和水平不高,调整性能并不能满足联络线功率自动调整要求,山西电网部分500 kV系统机组参与华北网特高压联络线调整,使省调机组的出力受华北网调AGC控制,加大了对山西电网外送潮流调整的难度。

2 确保山西电网安全稳定运行应采取的措施

a)进一步加快与特高压配套工程建设与改造。多年来的实践证明,以基本建设促进电网快速发展,以技术改造促进现有电网升级完善,共同推进电网发展,建设坚强的山西电网,才能增强供电保障能力和抵御自然灾害的能力。随着全省电网在特高压 “三华”同步电网中枢纽作用的发挥,山西省内500 kV主干电网需进一步加强。随着大型电源项目的陆续投产和供需形势变化,需要通过实施特高压后续工程拓展外送市场。目前,山西省电力公司已精心组织并投入运行1 000 kV特高压长治变电站500 kV接续线路 5回,改造 500 kV侯村、运城主变4台、线路23条,形成了500 kV南北双回路,打开了长期制约北电南送能力的中南部电磁环网,形成了500 kV中南部双环网。在此基础上,应继续加大电网建设力度,到2012年,山西省内将建成500 kV“三纵两横”主干电网,拥有19座500 kV变电站,2座开闭站、40台主变,主变容量为34 000 MVA,满足特高压外送电需求,促进电网安全发展。

b)加快大型煤电基地建设,留足备用。随着特高压电网的发展,要加快与之配套的大型电源项目的建设,加强对电源建设的管理,使电力流向合理;加大机网协调管理力度,抓好 AGC系统完善、调速系统参数测试等工作,消除电网安全管理死角;有效解决并网电厂和用户涉网安全的技术监督和管理不适应大电网运行管理需求的问题,结合电力供需形势,做好电网开机方式分析和动态稳定水平的校核,提出电网安全运行关键机组的开机方式要求,保证系统安全稳定运行。

c)大力采用先进技术,加强电网运行监控。加快山西电网动态监测系统 (WAMS)工程开发及建设工作,实现山西电网的在线安全稳定预警、辅助决策及实时安全控制的功能。加快自动电压无功控制系统建设工作,完成省调电厂和220 kV及以上变电站接入主站的联调工作,提高山西电网电压控制水平。加快脱硫在线监测系统、供热机组在线监测系统、一次调频在线监测系统的研究和建设工作。

d)切实做好特高压运行管理。强化调度运行监视和调整,做好联络线功率监视与控制,严格禁止超稳定限额运行,加强中南部并网电厂、500 kV变电站和220 kV枢纽站的调度管理,特别要加强特高压近端电厂和水电机组的协调沟通,合理分配220 kV和500 kV系统机组发电比例,防止输变电设备过负荷,确保特高压电网安全稳定运行。加强动态巡视、危险点看护、通道作业禁止等措施,确保线路安全运行。做好特高压长治站站用电源的运行维护和统一调度,保证安全可靠。积极采用基于电力电子的新一代输电技术及新型电网安全防御系统,可进一步提高特高压电网的安全性[7]。

e)加强培训,提高员工综合素质和技术业务水平。加强针对特高压和大电网运行控制技术的培训,适应电网快速发展和管理方式转变的要求;加大对专业人员适岗能力的培训与考核,充分利用现场检修、厂家讲解、仿真基地、远程培训等多种形式,努力为专业人员创造学习的平台和环境,切实提高实际操作水平。充分发挥专业技术能手和专家在工作中的作用,分析解决生产中的实际问题,指导技术把关,带动整体生产队伍人员素质的提高。

f)全面推行安全风险管理。安全风险管理是突出预防为主、实施过程控制、改进管理绩效的科学手段,是现代企业安全管理的发展方向。要围绕防范大面积停电事故,健全规章制度,严肃制度执行,强化监督检查,积极应用在线监测等新技术新方法,强化分析监测,全面控制危险因素,不断提高驾驭大电网的能力和水平。

g)深化隐患排查治理。加强隐患排查治理的全过程管理,坚决避免重排查轻治理。要做到隐患清楚、定性准确、上下一致,做到方案彻底、措施得力、预案有效。不仅要排查电网、设备、设施、环境等方面的隐患,还要排查人员、管理、制度、方法等方面的隐患,做到隐患排查工作不留死角。深入开展电网设备评价,切实消除设备缺陷和潜在隐患。

h)进一步提升应急处置能力。完善的应急机制,对于有效应对突发事件,及时化解大面积停电风险,具有重要作用和显著效果。一要围绕安全的难点、热点和重点领域,加强应急体系建设,健全应急预案,加强风险预警,提高风险抵御、控制和处置能力;二要加快电网备用调度、应急物资储备、应急抢险救援机制建设,实现应急工作的常态化、规范化;三要注重应急演练,超前做好人、财、物和机制等方面的保证支撑作用,确保应急工作关键时刻能够拿得出、用得上,发挥应有的作用。

4 结束语

特高压工程的投运是一项伟大的创举,应保障其安全稳定运行。在电网技术升级的初期,对大电网的运行机理还缺乏深入研究,现有的电网运行管理机制、人员素质、技术体系等都难以适应大电网运行管理的需要。应针对山西电网在特高压试验示范工程建成投运后的安全稳定运行现状,从技术和管理两个方面著手,确保特高压电网和山西电网安全稳定运行。

[1] 刘振亚.特高压直流输电技术研究成果专辑 [M].北京:中国电力出版社,2005:20-27.

[2] 刘振亚.特高压电网 [M].北京:中国经济出版社,2005:89-96.

[3] 徐振宇.1 000 kV特高压输电线路保护的现状及发展[J].电力设备,2008,9(4):18-20.

[4] 林章岁,张林垚.特高压电网对福建电网安全稳定影响的研究[J].电力建设,2005,29(6):5-8.

[5] 舒印彪.1 000 kV交流特高压输电技术的研究与应用[J].电网技术,2005,29(19):1-6.

[6] Cao M ingde,Wang Kejin.Operation Analy sis of 1 000 kV UHV AC Demonstration Project Transm ission Line in Shanxi Province[R].2009 International Conference on UHV T ransm ission 2009:1-10.

[7] 舒印彪,张文亮,周孝信,等.特高压同步电网安全性评估 [J].中国电机工程学报,2007,27(34):1-6.

Discussion on the Stable Operation of Shanxi Grid After UHV Comm issioning

CAO M ing-de
(Extra(Ultra)High Voltage Transmission and Transformation Branch Company of SEPC,Taiyuan,Shanxi 030006,China)

Based on the status quo of the Shanxigrid operation after 1 000 kV UHV AC demonstration p roject comm issioning,some countermeasures about techniques and management are proposed to ensure the security and stability of UHV grid and Shanxi Power G rid.

UHV grid;Shanxi grid;safety and stability

TM 715

A

1671-0320(2010)02-0024-03

2010-01-15,

2010-03-02

曹明德 (1963-),男,山西太原人,2005年毕业于太原理工大学电力系统及自动化专业,工程硕士,高级工程师,从事电力系统生产运行工作。