220kV－110kV电磁合环典型分析

金长军 张海涛 李 炼

（云南省临沧供电局电力调度中心，云南 临沧 677000）

临沧电网220kV临沧变电站1号主变由220kV新临线单回线供电（见图1），220kV新临线所经地段大部份处在临沧雷电频发区域，2010年220kV新临线先后四次因雷击跳闸，给电网安全稳定运行以及人民生产生活用电造成了严重威胁。110kV旗山变承担了对临沧城区部分负荷的供电，仅由 110kV新旗塘线（或110kV临旗线）单一线路供电，供电可靠性相对较低。为了提高220kV临沧变1号主变及110kV旗山变供电片区的供电可靠性，降低因主供线路故障跳闸导致该片区失电的概率，结合临沧电网目前的网络接线情况，提出 220kV新临线－110kV、新旗塘线－110kV临旗线的电磁环网运行方案（以下简称“该电磁环网”），并对其进行可行性分析。

1 220kV新云变、220kV临沧变、110kV旗山变正常运行方式简况

220kV新云变1、2号主变并列运行，由220kV漫新Ⅰ回线供电。220kV临沧变1、2号主变分列运行，1号主变上 220kVⅠ母，由 220kV新云变经220kV新临线供电；2号主变上 220kVⅡ母，由220kV大临线供电，断点在母联212断路器。110kV旗山变1、2号主变由220kV新云变经110kV新旗塘线供电，110kV临旗线上临沧变 110kVⅡ组母线空载备用，断点在旗山变172断路器（见图1）。实施该电磁环网方案，需将110kV临旗线倒至上临沧变110kVⅠ组母线运行。

图1 新云-旗山-临沧供电方式示意图

2 运行方式调整可行性分析

根据环网运行的各相关规定与要求，从环路内变压器接线组别、静态稳定、动态稳定、继电保护4个方面对电磁环网运行的可行性进行分析，并提出控制要求。

2.1 整个环路内变压器接线组别分析

该电磁环网内涉及的变压器包括220kV新云变1、2号主变及临沧变220kV1号主变，各变压器接线组别见表1。

表1 电磁环网中的变压器接线组别

从表1可见，该电磁环网中的各变压器接线组别之差为零，满足合环关于“变压器接线组别之差为零”的要求。同时，该电磁环网中各侧均为现运行设备，相位一致，符合合环关于“相位应一致”的要求。

2.2 静态稳定分析

静态稳定分析从以下五个方面进行，即合环后是否会造成环路内相关设备过载、该环网内相关CT变比是否满足要求、合环时的潮流控制、环网运行过程中若发生220kV新临线或220kV临沧变1号主变N-1故障是否会导致220kV新云变主变过载、汛期小电上网是否对环网造成影响。

该电磁环网内涉及的相关设备的容量型号见表2、表3。

表2 该电磁环网内线路设备参数

表3 该电磁环网内变压器参数

环路内的断路器CT变比见表4。

表4 该环路内断路器CT变比表

从表 4中可见，该环网内 CT变比最小的是600/5，而环路内由于受110kV导线线路截面的输送限制允许通过的最大电流为415A，所以环路内潮流主要以线路热稳极限为限制条件。

1）典型方式合环潮流的转移情况

根据目前运行情况，220kV新临线主要承担对110kV北郊变2号主变负荷的供电，110kV北郊变2号主变容量40MVA，目前最大负荷38.6MW，结合目前110kV旗山变、220KV临沧变负荷水平，进行合环潮流计算分析如下。

（1）合环前潮流图

图2 典型方式潮流图

（2）合环后，潮流计算如下

图3 典型方式合环运行潮流图

由上述潮流计算结果可以看出，采取合环方式后，目前负荷水平下潮流转移不会导致环网内相关设备过载，且各变电站母线电压处合格范围。所以，该电磁合环满足关于“合环后环网内各元件不致过载、各母线电压不应超过规定值”的要求。

2）典型合环方式发生220kV通道故障开断的电压校核

在目前运行情况下，采取合环后，若发生220kV新临线跳闸，则潮流计算如下：

图4 典型合环方式220kV通道开断潮流图

从潮流计算可见，在目前运行情况下，采取合环方式后，若发生220kV新临线跳闸，则负荷全部转移至110kV新旗塘线供电，未造成环网内的相关输电设备过载，且末端电压满足运行要求。

3）合环断面满负荷运行的安全分析

对该电磁环网在断面按通道热稳极限（75MW）送电方式下的运行安全进行分析。其中，各站点负荷安排如下：临沧变主供的北郊#2变负荷为40MW，旗山变两台主变满负荷运行30MW，新云变除去旗山变负荷后供地区负荷50MW，新塘房电厂出力较小按全停考虑。该方式下220kV新临线和110kv新旗塘线断面潮流在75MW。

（1）在220kV新临线和110kV新临T断面潮流在该断面热稳极限75MW以下，110kV临旗线合环前后，地区电网潮流转移情况图5和图6所示。

图5 断面重载合环前

图6 断面重载合环后

从潮流转移看，在方式下合环不会导致 110kV新旗塘线以及临旗线过载或重载。

（2）在220kV新临线和110kV新临T断面潮流在该断面热稳极限75MW的合环运行方式下，如果发生220kV新临线（或临沧#1主变）故障开断 ，就将导致该电磁环网所供负荷转由110kV新旗塘线供电，地区电网潮流分布如图7所示。

图7 断面重载合环方式新临线跳闸

从图7可以看出，在220/110kV断面潮流达到75MW 情况下发生 220kV新临线故障开断，则110kV通道负荷可以运行在安全水平以内，同时电压水平会下降2.5kV左右，不会影响地区电网电压质量。

4）合环方式下220kV新临线（或临沧#1主变）开断对新云主变的运行影响

环网运行方式下发生220kV新临线或220kV临沧变1号主变N-1故障，则该电磁环网所供负荷将全部由新云主变承担，由于云新两台主变容量不一致，对负荷两台主变负荷的分布情况进行分析。

根据短路电压相等的两台并列运行变压器，其负荷的分配与变压器容量成正比的关系进行计算，并联运行的220kV新云变1、2号主变的短路电压相等，在分配负荷时，1号主变承担负荷的比例为12/(12+15)×100%=44%，2号主变承担负荷的比例为：15/(12+15) ×100%=56%（经统计：实际运行当中新云变1、2号主变潮流分配与该理论计算结果相一致）。按合环运行断面负荷最大方式考虑（2.2.3节方式），220kV新临线跳闸后其线路负荷（31.4MW）转移到新云主变后，新云主变负荷将达到 121MW，其中#1主变承担负荷约 121×44%=53.24，#2主变承担负荷约121×56%=67.8MW，与潮流分析基本一致，潮流分析如图8所示。

图8 新云主变负荷分布潮流图

自2010年6月220kV新云变2号主变投运以来，1、2号主变采取并列运行方式，1号主变最大负荷35.11MW，2号主变最大负荷44.4MW，均出现在2011年3月。预计未来2～3年220kV新云变1号主变最大负42MW，2号主变最大负荷53.3MW。按合环运行期间最大方式考虑（断面控制75MW），即转移 220kV新临线负荷达到 38.6MW 时发生220kV新临线或220kV临沧1号主变N-1开断，新云变的负荷最大将达到 133.9MW（42+53.3+38.6=133.9MW），按主变负荷分配比例，事故后新云#1主变负荷将达到59MW，#2主变负荷约75MW，不存在过载运行。

因此该电磁环网采用合环运行后，在220kV新临线或临沧主变故障后，不会造成运行的新云两台主变过载。

5）合环方式下220kV新云变220kV桥断路器（或220kV I段母线）跳闸的运行影响

合环运行方式，若发生220kV新云变220kV内桥断路器（#212），或220kV I段母线跳闸，则新云变、临沧#1主变负荷将全部转由新云#2主变供电，#2主变额定容量为150MVA，根据负荷发展情况，预计新云、临沧#1主变负荷最大将达到130MW左右（其中220kV新临线和110kV新旗临线断面功率总量控制在 75MW 以内），该故障后不会造成新云#2主变过载，但供电末端110kV北郊变母线电压会下降6kV左右，同时，由于负荷转移到110kV断面，110kV新旗临线负荷较重，所以需加强对该线路的负荷调控。潮流分析如图9和图10所示。

6）主网 500/220kV漫湾-大朝山电磁环网方式下对该电磁环网的运行安全影响

220kV临沧变是云南主网500/220kV漫湾-新云-临沧-大朝山电磁环网（以下简称“漫湾-大朝山”电磁环网）的断点，如果因检修等因素影响需要短时合环调电，则500/220kV漫湾-大朝山电磁环网合环对该电磁环网的影响分析如下：

图9 正常合环方式

图10 新云220kV母线分段开关跳闸

图11 漫湾-大朝山电磁环网合环前

在临沧变对500/220kV漫湾-大朝山电磁环网进行合环，合环操作前潮流分布如图11，临沧变合环后潮流分布如图12，可以看出220/110kV新云-临沧电磁环网断面已经不能满足 N-1运行安全要求（220kV新临线+110kV新旗塘线断面负荷达到145.1MW），此间如果再发生漫湾电厂出线的 N-1开断，则潮流的转移将导致110kV新旗塘线过载，潮流分布如图13所示。

图12 漫湾-大朝山电磁环网合环后

图13 合环期间漫昆线N-1开断的潮流转移

通过分析可以看出，如果500/220kV漫湾-大朝山电磁环网需合环调电，则会造成合环运行的220/110kV新云-临沧电磁环网断面不满足安全运行控制要求。在500/220kV漫湾-大朝山电磁环网需合环调电时，需解开220/110kV新云-临沧电磁环网。

7）220kV临沧变备自投装置的适应性分析

目前临沧变 220kV备自投装置为南瑞继保RCS-9653，220kV备自投装置只能实现临沧变220kV进线备投功能，即断点在#252、#254开关时方能投入 BZT功能，设计实施该备投装置时未做220kV母线分段（212断路器）的备投功能（二次接线未接入）。自2008年220kV临沧变实施分裂运行方式后，断点均设在母线分段#212断路器，临沧变220kV备自投装置已经不具备投入运行条件。临沧变110kV备自投装置在临沧变实施增容（增加2号主变）改造后相应二次接线未完善，故已经不具备运行条件。而本次电磁合环方式未改变临沧变分裂运行的方式，故临沧变220kV备自投装置不会对本次合环构成影响。

8）汛期小电上送分析

目前，并入110kV新旗塘线的的小电仅有新塘房电站，装机 18MW，（另有部份小电通过 110kV北郊变35kV母线及110kV旗山变35kV母线并网，在汛大方式下小电上送也不会超过10MW），因此汛期小电上送不会给该电磁环网造成影响。

9）动态稳定分析

220/110kV新云-临沧电磁环网的内只有新塘房一座电站其电站内的设备参数见表5。

表5 与新塘房电站设备参数情况

（1）结合220/110kV新云-临沧电磁环网的开、合环方式，以 2011年汛期典型方式进行小扰动分析，与临沧电网机组强相关的振荡模式共有5个（阻尼均大于 4.5%），在 220/110kV电磁环网开、合环方式下各模式的阻尼水平变化情况如表6所示。

表6 与临沧电网强相关的振荡模式变化情况

可以看出，220/110kV新云-临沧电磁环网开、合环对临沧电网的振荡模式影响变化不大。

（2）结合 220/110kV新云-临沧电磁环网的汛期全开机合环方式、220kV新临线停运方式方式，以2011年汛期典型方式进行小扰动分析，与临沧电网机组强相关的振荡模式共有 5个（阻尼均大于4.5%），在 220/110kV电磁环网汛期全开机合环方式、220kV新临线停运方式方式下各模式的阻尼水平变化情况如表7所示。

表7 与临沧电网强相关的振荡模式变化情况

可以看出，220/110kV新云-临沧电磁环网汛期全开机合环方式、220kV新临线停运方式对临沧电网的振荡模式影响变化不大。

（3）在220/110kV新云-临沧电磁环网汛期全开机合环方式下220kV新临线停运后，110kV新旗塘线、110kV临旗线单瞬故障的稳定情况，如图14所示。

在 220kV新临线停运后，110kV新旗塘线、110kV临旗线单瞬故障下电网可以保持稳定。

结论：220/110kV新云-临沧电磁环网合环对临沧地区电网动稳水平影响不大，可以进行合环。

10）继电保护

经临沧地调保护组校核，220kV临沧变、220kV新云变、110kV旗山变现有保护配置可满足220kV新临线、110kV新旗塘线、110kV临旗线电磁合环方式运行。

图14

11）小结

综上所述，结合新云、临沧#1主变供电区域近期负荷发展水平，在控制 220kV新临线和相关110kV线路（新旗塘线或临新线）断面潮流在75MW后，可以将220kV新云变-110kV旗山变-220kV临沧变电磁环网合环运行。

3 电磁环网运行中的控制要求及注意事项

（1）进行220kV新云变-110kV旗山变-220kV临沧变电磁环网合环前以及合环运行期间，必须控制220kV新临线与110kV新旗塘线（任意段）断面潮流之和在 75MW 以内，并满足 220kV新临线与110kV临旗线断面潮流之和在75MW以内。

（2）该电磁环网运行过程中，220kV临沧变2号主变检修或故障需转移负荷（即由临沧#2变所供的110kV北郊变负荷需部分转移）至该环网供电（停电调电），或其他原因导致无法保证 220kV新临线+110kV新旗塘线（或 110kV临新线）断面潮流之和在75MW以下时，该电磁环网需开环运行。

（3）220kV新云变-110kV旗山变-220kV临沧变电磁环网合环运行期间，不允许220kV临沧变两台主变分别供电区域间进行合环调电。

（4）500/220kV漫湾-大朝山电磁环网需在220kV漫湾-新云-临沧-大朝山进行电磁环网合环操作前，必须解开220kV新云变-110kV旗山变-220kV临沧变电磁环网。

（5）220kV新云变容量120MWA的主变单台运行时，合环方式下发生220kV新临线跳闸，潮流转移后120MWA的主变有过载的可能（最大过载倍率为1.1倍），相关运行监控单位需在主变事故过载运行时间要求内转移部分负荷。

（6）220kV新云变-110kV旗山变-220kV临沧变电磁环网合环运行期间，如果发生新云变220kV桥断路器（#212）或新云#1主变故障跳闸，则新云变、临沧#1变负荷将全部转移到新云#2主变（150MVA）供电，并加重110kV新旗临线潮流，事故后应加强新云#2主变、110kV新旗临线路潮流调控，以及临沧#1主变供电的110kV北郊变供电区域的电压调整。

（7）220kV新云变-110kV旗山变-220kV临沧变电磁环网合环运行期间，新云变、临沧变供电区域正常操作或事故情况下涉及 110kV旗山变、220kV临沧变、220kV新云变的断、合环操作时，应做好潮流调控确保各断面满足 N-1安全控制要求，并严防该电磁环网供电区域与临沧#2主变供电区域与主网形成新的电磁环网方式运行。

（8）做好相关继电保护定值的跟踪校核，确保保护装置满足电网运行安全要求。

（9）合环操作应尽可能的调整合环两侧的电压相等。

（10）临沧地调、220kV新云变、220kV临沧变、110kV旗山变、新塘房电站、临沧县调等相关单位、厂、站的运行人员熟悉掌握该电磁环网方式运行情况。变电管理所、电力调度中心根据本方案制定相应事故处理预案，并报地调备案。

（11）事故情况下，应根据保护动作情况判断故障原因或者故障点，在有效隔离故障点后，再按调度处理原则进行复电，避免盲目复电造成事故的扩大。