500/220 kV电磁环网解环与分区运行研究

南 哲，侯玉琤，宁辽逸

(国网辽宁省电力有限公司经济技术研究院，辽宁 沈阳 110015)

500/220 kV电磁环网解环与分区运行研究

南 哲，侯玉琤，宁辽逸

(国网辽宁省电力有限公司经济技术研究院，辽宁 沈阳 110015)

高电压等级系统的建立必将导致电网经历电磁环网过渡期。明确解环时机、制定解环原则与方案、实现地区间电磁环网解环与分区运行对电网安全稳定运行具有重要意义。明确了环网过渡期不同阶段显现特点，提出了500/220 kV电磁环网解环的主体思路、主要原则、解环时机及解环方案，并通过上述理论提出了辽宁省地区间220 kV联络线的解环方案与分区运行结论。旨在为省级电网500/220 kV电磁环网解环提供参考。

电磁环网;解环方案;分区运行

电磁环网是主干电网电压等级由低向高发展过程中的必然产物，高电压等级的出现使地区间送电通道电力送出能力、地区内部供电能力有极大提升，但在高电压等级系统未完善的过渡期，电磁环网运行方式会带来电力系统热稳定、动稳定、短路电流超标、安全自动装置复杂等影响电力系统安全稳定运行的问题［1-2］。高电压等级系统逐步完善后，下级电网具备解列条件，电磁环网运行方式将逐渐解除。但在电磁环网过渡期间，如何定位电磁环网过渡阶段，准确把握下级电网解环时机，得出符合电网终期目标网架的合理解环方案尤为重要，直接影响了电网在过渡期间的安全运行［3-5］。

目前辽宁各地区内部电网500/220 kV电磁环网面临必须采取深入解环、分层分区运行问题，同时随着“十二五”期间及“十三五”初期规划的大批500 kV项目及大型电源密集接入，电磁环网状态下短路电流超标将成为辽宁电网安全稳定运行的重大问题，明确解环方案、合理分区运行显得紧迫而必要。

1 电磁环网类型与发展阶段

电磁环网可根据发展阶段及所处节点分为输电断面电磁环网与供电区内部电磁环网2种不同形式。输电断面电磁环网，供电区域间输出断面上出现2个电压等级输电线路，如省间断面、供电分区断面。该类型环网往往发生在高等级电网建设的初级阶段，主要危害是高等级输电线路故障后瞬间转移潮流过大，易导致输电断面暂态稳定与热稳定问题;供电区内部电磁环网，该类型电磁环网随着高等级500 kV变电站密集投运，地区内部下级电网电气联系密集，区域内短路容量上升迅速，导致核心变电站母线短路电流接近或超过开关遮断容量，影响电网安全运行。

电网发展过程为每当高等级电网出现即进入电磁环网期，输电断面电磁环网开始出现，随着高等级电网逐步发展，提供了输电断面电磁环网解环条件，通过解列下级联络线消除输电断面电磁环网，同时加速了供电区内部电磁环网的产生，地区内部核心变电站母线短路电流快速上升，随着高等级电网进一步完善，供电区内部下级电网完成分区运行，电网进入平缓发展期，直至更高等级电网出现进入新一轮电磁环网过渡期［6-8］。

综上，电磁环网过渡期在电力系统发展过程中占据较长时间，发展各个阶段有不同类型电磁环网出现，产生的主要危害也不同。根据电磁环网产生过程及发展状态，可将电网所处环网过渡期分为3个阶段:电磁环网初级阶段、电磁环网中级阶段、电磁环网成熟阶段，3个阶段详细特点如表1所示。

阶段之间循环往复，电磁环网供电区由初级阶段经中级步入成熟阶段，在条件成熟、深度解环分区后，原有供电区分为2个或者多个新的处于电磁环网初级阶段的供电区，继续重复上述阶段。

表1 500/220 kV电磁环网发展阶段及其特点

2 电磁环网解环措施

电网解环运行可以解决输电通道热稳定、暂态稳定问题，防止区域内部短路电流超标，但同时与供电区供电能力及可靠性对立。解环措施势必导致供电区供电能力及可靠性下降，应根据实际电磁环网所处阶段及具体电网结构考虑。对于常规电网结构，根据电磁环网复杂程度，可依次采取以下措施。

措施一:针对输电断面电磁环网，解列供电区间220 kV联络线。缺少联络线支援，相关供电区供电能力被削弱，需要对解环前后供电区进行潮流、稳定性等方面校验。

措施二:解列供电区内部220 kV环网线路。在供电能力较弱，不能通过进一步分区解环时，可采取解列供电区内环网线路，该措施也需要对断环前后电网进行校验。

措施三:220 kV变电站母线分裂运行。通过分裂核心变电站母线，形成两个相对独立供电分区从而降低区域内部短路电流。该措施以降低母线分裂变电站供电可靠性及运行灵活性为代价，是将220 kV系统构成的电磁环网逐步过渡到分区供电的过渡模式。

措施四:500 kV变电站母线分裂运行。500 kV变电站220 kV母线通常是一个供电区电磁环网短路电流爆发点，通过分裂500 kV变电站220 kV母线，缓解突出爆发点，在上述3项措施都无法采取可行的措施，大幅降低了地区正常方式及检修方式供电能力，通常在电磁环网成熟阶段才具备该措施的实施条件。

措施五:电厂以单元式并网。220 kV发电机组接入系统方式采用单元式接入电网，对限制局部电网220 kV短路电流有较大作用。同时大幅降低了电厂电力送出可靠性，属极端方式，通常不宜采用。

3 电磁环网解环主体原则

a. 电网分区的近期方案，应紧密结合电网现状，根据实际情况决定采取相应的解环措施。贯彻最小解环原则，最大程度保持电网完整性，为特殊方式下的功率支援提供便利，尽量采取单一措施解决问题。

b. 电网分区的远期方案应综合考虑电网结构合理、调度运行灵活和投资规模适当等因素，解环后的供电区宜形成具有2～3座500 kV变电站为核心的供电区域，并在特殊方式下能够与其它供电区域“手拉手”运行。

c. 为确保在某个供电区域发生重大事故时，与相邻区域电网之间具有充足的跨区供电能力，电磁环网解环后，尽量保留原有区域电网之间的220 kV备用联络线路。500 kV变电站变压器的配置容载比应达到2.0左右，跨区备用的220 kV线路输送能力一般不低于1 000 MW，即具备2条及以上的LGJ-2×300联络线。

d. 处于电磁环网中级阶段或成熟阶段地区，新建及扩建500 kV变电站主～变压器的高中阻抗宜选取为16%～18%，并加装中性点小电抗;新建接入220 kV电网的电厂应选取高阻抗主变压器，阻抗宜选取为16%～18%。

4 电磁环网时机选择及流程

电磁环网发展到一定阶段必须采取解环措施，措施方案及解环时机直接影响环网过渡期系统安全稳定运行，针对电磁环网发展的不同阶段及类型，在一般性电网结构条件下解环条件的确定及时机的选择如表2所示。

明确了解环措施与实施时机后，应经过合理的计算分析流程确定最终解环方案。计算分析流程如图1所示。

5 辽宁500/220 kV电磁环网方案

辽宁省际500/220 kV电磁环网目前已全部实现解环运行，辽宁省西部与中部断面、南部与中部断面均形成500 kV输送通道，不存在输电断面电磁环网问题。大部分地区已进入电磁环网中级阶段或以上阶段，随着未来几年大批500 kV项目及大型热电项目陆续投产，辽宁电网供电区内部电磁环网问题将越来越严重，短路电流水平将快速提升，成为影响3～5年内辽宁电网安全稳定运行重要问题之一［8］。

辽宁电网按电气关系目前可分为辽西系统、沈铁系统、抚本系统、鞍辽营系统、辽南系统5个大供电区。

5.1 辽西系统

辽西系统现状为500 kV电网未形成远景年2个单环网结构，与蒙东断面、辽宁中部断面电磁环网均已解环，形成完全独立供电区域，500 kV变电站布点密集程度低，220 kV电网电气联系松散，目前电网处于电磁环网中级阶段。随着“十二五”、“十三五”规划中500 kV鹤乡变、利州变、宽邦变、阜新变、松山变、锦州电厂、盘锦热电厂相继投运，2个500 kV单环网结构形成，地区内部短路电流超标，辽西系统进入电磁环网成熟阶段，通过逐步解列盘锦阜新与朝阳两锦间3回220 kV联络线，在2018年前后形成远景年规划3个供电区:辽西西部供电区、盘锦阜新供电区、阜新北部供电区。辽西系统电网解环方案如表3所示。

表2 电磁环网解环时机选择

5.2 沈铁系统

目前沈铁供电区内500 kV形成密集布点，辽宁中部500 kV双环网结构基本形成，区域内220 kV电网密集，目前已处于电磁环网中级阶段，现形成沈阳北部供电区、沈阳城网与铁岭供电区。沈南变投运后供电能力满足解环条件但短路电流未超标，可暂缓实施解环工程。随着规划的浑南热电、沈阳抚顺连接带热电厂连续投运，沈阳电网进入电磁环网末期阶段，应及时采取解环措施，经计算可采取沈南变主变分裂的单一措施解决地区整体短路电流超标情况。采取该措施后，远景年沈铁系统分成沈阳北部供电区、沈阳东部和铁岭供电区域、沈阳南部供电区3个独立供电区域。解环方案如表4所示。

图1 电磁环网解环方案流程图

表3 辽西系统电网解环方案

5.3 抚本系统

抚本系统随着抚顺变投运，从辽宁中部主网独立形成单独供电区，该供电区目前有3座500kV变电站联网运行，徐家变与抚顺变220 kV电气联系紧密，处于电磁环网中级阶段，目前尚不具备解环条件。随着北渤程工程、本溪热电工程陆续投运，抚本系统进入电磁环网成熟阶段，逐步采取断开供电区内部220 kV环网线路方案 (徐抚3回线)，形成远景年规划的抚顺供电区与本溪供电区。抚本系统解环方案如表5所示。

表4 沈铁系统电网解环方案

表5 抚本系统电网解环方案

5.4 鞍辽营系统

鞍辽营系统目前形成一个整体供电区，500 kV基本环网已形成，220 kV电网密集程度较高，处于电磁环网中级阶段，目前由于供电能力不足，深入解环分区运行条件未具备，依靠解列部分联络线运行，随着规划的燕州变、长岭变、西海变投运，地区供电能力提高，同时整体短路电流水平升高，鞍辽营系统进入电磁环网成熟阶段，可在燕州变投运后先行解环辽阳电网形成辽阳供电分区，在长岭变、西海变投运后，地区内部电磁环网较为严重，只能采用措施四分裂500 kV主变方案，陆续将鞍辽营系统解环，远景年形成4个独立供电区。鞍辽营系统解环方案如表6所示。

5.5 辽南系统

辽南系统500 kV电网形成环网结构，220 kV电网联系简单，在大连南部地区吴屯220 kV母线分裂后，大连南北电网分区运行，处于电磁环网中级阶段，远景年不需要采取解环措施。

表6 鞍辽营系统电网解环方案

6 辽宁电网远景年分区运行方案

根据电网规划情况，2018年辽宁电网将达到电网分区运行中期目标，届时可增分为14个不完全独立的供电区域:辽西西部供电区域 (朝阳、锦州、葫芦岛);阜新北部供电区域;阜新南部与盘锦供电区域;丹东和大连北部供电区域;大连南部供电区域;沈阳北部供电区域;沈阳东部和铁岭供电区域;沈阳南部供电区域;抚顺供电区域;本溪供电区域;鞍山Ⅰ供区;鞍山Ⅱ和营口Ⅰ供区;营口Ⅱ供区;辽阳供电区域。辽宁电网远景年分区方案如图2所示。

图2 辽宁电网远景年分区运行方案

7 结论

a. 500/200 kV电磁环网阶段是500 kV系统过渡成为主干网架的必经阶段。电网规划工作应结合规划项目及具体电网结构，明确各供电分区所处的电磁环网具体阶段并匹配相应解环方案。

b. 根据具体供电区供电能力、供电可靠性及短路水平统筹考虑解环时机和具体解环措施。220 kV电网建设方案应结合500/220 kV电磁环网解环方案统一规划和优化调整。

c. 辽宁500 kV电网主干网架已基本形成，大部分地区已进入电磁环网中级阶段或接近电磁环网成熟阶段，部分地区500 kV电网已经具备了独立运行的条件，为减少500/220 kV电磁环网运行对系统造成的安全稳定问题，应参照辽宁电网远景年分区运行方案逐步实现辽宁省地区间500/220 kV电磁环网解环运行。

［1］ OL755—2001，电力系统安全稳定导则 ［S］.

［2］ 杜贵和，王正风，赵 新.电网供电能力评估研究 ［J］.东北电力技术，2011，32(1):8-11.

［3］ 李春叶，李 胜，尚敬福.电磁环网方式与分层分区运行方式之决策［J］.电力学报，2006，21(2):160-163.

［4］ 邵宝珠，郑志勤，孙 峰.地区电网中期运行方式研究［J］.东北电力技术，2008，29(10):1-5.

［5］ 夏 翔，熊 军，胡列翔.地区电网的合环潮流分析与控制 ［J］.电网技术，2004，28(22):76-80.

［6］ 刘思革，范明天，张祖平.城市电网短路电流水平控制策略 ［J］.华东电力，2007，35(3):49-52.

［7］ 张祖平，范明天，周莉梅.城市电网电磁环网的解环问题研究 ［J］.电网技术，2008，32(19):42-44.

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Research of Breaking up 500/220 kV Electromagnetic Loop Network and Partition Running

NAN Zhe，HOU Yu-cheng，NING Liao-yi
(Economic Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110015，China)

High voltage system would lead the grid to through electromagnetic loop network transition.To grasp the opportunity，to make ring loop principle and scheme，to realize regional electromagnetic loop network and division operation is of great significance to the safe and stable operation of power grid.This paper clarifies the behavior characteristics of ring transition stage，proposes the main ideas，the main principle，solution time and solution scheme of the 500/220 kV electromagnetic loop network，putting forward the loop scheme and partition running results of solution of Liaoning power grid through the above theory.The purpose of this paper is to provide reference for the provincial grid ring solution of 500/220 kV electromagnetic loop network.

Electromagnetic loop network;Breaking up loop network;Partition running

TM727;TM711

A

1004-7913(2014)03-0004-05

南 哲 (1984—)，男，硕士，工程师，研究方向为电网规划与电力系统分析。

2013-12-20)