220kV/110kV桂林中南区电网的开环研究

黄玲玲

(广西电网有限责任公司崇左供电局，广西 崇左 532200)

220kV/110kV桂林中南区电网的开环研究

黄玲玲

(广西电网有限责任公司崇左供电局，广西 崇左 532200)

电磁环网是威胁电网安全运行的一个重要方面，因此在电网结构坚强、条件成熟时应尽量规避或者解开电磁环网运行。依据桂林电网的实际运行，探讨了负荷中心和电源中心两种电磁环网的打开方法，并应用于220kV/110kV桂林电磁环网的解环。对两种开环方式，分别进行了N-1静态安全分析、暂态稳定性分析、短路计算以及系统网损计算，最后综合判别这两种电磁环网的打开方法的可行性。

电磁环网；开环运行；220kV；110kV

1 引言

电磁环网的存在给现代电网的运行管理带来了很大的麻烦，也给电网的发展带来了很多不确定的因素。当电磁环网运行时，高一级电压线路断开后必然会造成潮流的转移，低电压等级线路承受更多输电压力，极易超过安全稳定极限而造成事故的扩大。因此在电网结构坚强，条件成熟时应尽量规避或解开电磁环网运行。

本文依据桂林电网的实际运行，探讨了负荷中心和电源中心两种电磁环网的打开方法，并应用于220kV/110kV桂林电磁环网的解环。对两种开环方式，分别进行了N-1静态安全分析、暂态稳定性分析、短路计算以及系统网损计算，最后综合判别这两种电磁环网的打开方法的可行性。

2 电磁环网研究现状

很多学者和专家已经对电磁环网解环中的技术问题做了大量的研究与实践工作。主要是从电网是否具备解环条件，以及解环前后的技术指标变化情况来分析某电网电磁环网解环的合理性。在电磁环网解环问题中，首先受到关注的是解环的时机和方式问题。其中，王加庆、吴迪、叶彬等提出了电磁环网解环的主要技术原则，并结合电网远景规划，对安徽省电网的电磁环网进行了分析论证，说明了其解环的必要性。王刚、王海林、郑卫洪、陈玉涛针对天津电网目前的特点及短路电流超标日益突出的问题，阐述了天津电网解环的必要性，并提出了解环需分步进行及可实施的解环初步方案。张祖平、范明天、周莉梅文章提出了采取积极方式处理城市电网电磁环网问题的指导理念及相应的技术原则，提供了电网电磁环网选择解环时机和解环点的理论依据。程海辉通过理论分析和实例计算，从影响电力网络传输的几个因素入手来研究500/220kV电磁环网，得出了无论从安全性能，还是从经济性等方面考虑，电磁环网的解环都是必要的。成涛、成连生在文章中提出由于湖南电网500kV线路正在建设中，还未足够完善，为保证供电需求和系统的安全稳定运行，现有的500/220kV电磁环网不能打开，目前，必须限制某些220kV网线上的传输功率，只能通过控制电网的负荷切换来保证其暂态稳定。

而对SCI，EI，IEL等数据库，以及对国外较大的PJM、CAISO等电力市场网站进行检索的过程中发现，国外对电磁环网的安全稳定运行研究不多见，尤其是针对解环运行的研究并不多，研究重点更多是集中于抑制电磁环网内可能出现的功率环流(loop flow或parallel flow)这一课题上。国外的几次大停电事故，由于涉及的范围较广，波及的人口众多，造成了巨大的经济损失而引起国外的广泛关注。很多学者和专业人士也从多个方面分析了造成事故的可能因素以及电网运行中存在的薄弱环节或不稳定隐患，提出了继电保护及自动安全装置等方面的改进措施。但是，他们并没有把电磁环网的解环作为主要解决方式。究其原因在于：发达国家的配电网络结构大都比较坚强，所使用电气设备不仅热稳定性能好而且容量大，且开关遮断容量大，其网架结构布局也相对较为合理。所以，因电磁环网故障导致的潮流转移所造成的结果并不严重，且其合环的运行方式尚具有一定的经济性，因此，在电磁环网问题上他们的研究重点在于将统一潮流控制器 UPFC(Unified Power Flow Controller)、移相器(Phase-shifter)、相间功率控制器 IPC(Interphase Power Controller)、可控串补 TCSC(Thyristor Controlled Series Compensation)等装置应用于环网中，这些电力电子设备可以通过调整电压相角，以消除环流、限制短路电流，实现高、低压网络间的经济功率分布，实现提高系统运行经济性的目的。

3 电磁环网产生的机理

不同电压等级的供电线路通过变压器电磁回路的联结并列运行所形成的环形网络被称为电磁环网。它通常在两个相邻电压等级的电气设备间形成，而两个以上电压等级的电气设备间形成电磁环网的情况一般仅在事故处理等过渡时期才暂时出现。典型电磁环网图1所示。

图1 典型电磁环网示意图

4 电磁环网解环的条件及其必要性

4.1 解环运行条件

在供电网络中，当高电压等级电网较为成熟时，就可以考虑电磁环网开环运行，实现电网的分层、分区运行。要顺利的解开电磁环网，需进行潮流、短路电流、稳定性、N-1、网损等指标的多方面的分析比较，综合判断解环前后的电网状态做出决定。

4.2 解环运行的必要性

解环运行的好处有以下几点：

(1)易于安全稳定控制；

(2)便于潮流控制；

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(3)有利于限制短路容量；

(4)简化继电保护和安全自动装置；

(5)降低网损，提高输电效率。

5 电磁环网解环方法

从苏州电网的分区、镇江电网的分区来看，电网结构的分区根据各相关因素，具有多种不同的分区方式。

方案一：要分区的节点完全划到一个区域内。这种分区的原因很多，可能是由于某个分区电源不足，另一个分区电源比较充足。这种情况下通常是断开联络节点的另一供电路径，完全由电源充足的区域供电。如图2所示。这种情况下，要分区的变电站有可能是双主变，也有可能是单主变。图中电网分区运行后，线路DE在断开，作为备用。

图2 解环方案一

方案二：要分区的节点带有双主变，解开母联，由不同的供电分区进行供电,如图3所示。这种情况下，要分区的变电站一定是双主变运行。

图3 解环方案二

6 实例研究

桂林电网的地理接线图如图4所示。

图4 桂林电网地理接线图

根据上面的解环方法结合青岛电网、枣庄电网的解环案例，分析桂林中南区侯寨-档村-东江-大化-侯寨线构成的220kV/110kV电磁环网。电源的中心在大化侧，负荷的中心在档村侧。因而解环的方案有2种，方案一是在负荷的中心处解环(解开大化-东江110kV线)，可参考青岛电网与外界电磁环网的解环；方案二是在电源中心处解环(解开东江-档村110kV线)，可参考枣庄电网与外界电磁环网的解环。下面分别对这两种开环方式进行电压水平分析、N-1静态安全分析、暂态稳定性分析、短路计算以及系统网损计算，最后综合判别这两种电磁环网的打开方法的可行性。

(1)系统电压水平

正常运行方式下如图5所示。

图5 正常运行方式下系统电压图

解开大化-东江110kV线方式下如图6所示。

图6 方案一运行方式下系统电压图

解开东江-档村110kV线方式下如图7所示。

由上可知，方案1、2的解环使得系统的电压pu均维持在0.9～1.1之间，合格率为100%。

(2)N-1静态安全分析

在电磁环网合环运行方式和各开环方案下，经校验，按照方案一、方案二的分区解环方案对桂林中南区电网进行解环后，桂林电网的枢纽站能够满足N-1校验，即在枢纽站的母线或变压器分别检修的情况下，断开电网中的一个线路或变压器，高压输电线路和主变压器均能正常运行，而不会满载或过载现象。

图7 方案二运行方式下系统电压图

(3)暂态稳定性分析

校验采用的故障类型是三相接地短路，220kV侯寨-档村线发生故障的时刻为第0个周波，在第10个周波时故障切除。分别讨论并比较正常运行方式下、方案一下、方案二下暂态稳定性水平。

正常运行方式下如图8、图9所示。

图8 正常方式下系统发电机功角

图9 正常方式下系统监视曲线

方案一下，如图10、图11所示。

图10 方案一下系统发电机功角

图11 方案一下系统监视曲线

方案二下，如图12，图13所示。

图12 方案二下发电机功角

由上可知，正常运行方式下最大发电机功角差(永福电厂-桂林)为19.0771，最低母线-雉山电压(pu)为0.94406，最低母线(日新)频率为49.915424；方案一下，最大发电机功角差(永福电厂-桂林)为18.7247，最低母线-雉山电压(pu)为0.937994，最低母线(日新)频率为49.915321；方案二下，最大发电机功角差(永福电厂-桂林)为18.8232，最低母线-雉山电压(pu)为0.941550，最低母线(日新)频率为49.912006；比较开环前后系统在功率输出端发生短路故障时系统的稳定性结果是开环前后系统都可以保持稳定。

图13 方案二下系统监视曲线

(4)短路计算分析

由BPA仿真计算可知，此地区系统短路电流远小于断路器的额定开断电流。并且正常运行方式、方案一、方案二的短路电流均变化不大，如表1所示。

表1 系统短路电流结果表/pu

(5)系统网损计算分析

在正常运行方式下，开环前系统的有功网损为9.19MW，系统的无功损耗为236.21MVAR；在方案一下，开环后系统的有功网损为11.61MW，系统的无功损耗为233.60MVAR；在方案二下，开环后系统的有功网损为10.08MW，系统的无功损耗为235.74MVAR。

综上考虑，高压线路断开的功率转移对系统的安全稳定性几乎没有影响，可以不开环，但考虑到管理方便，开环操作也是可取的。而且选择方案二解开东江-档村110kV线，可使得系统网损更小。

7 结论

电磁环网的存在给现代电网的运行管理带来了很大的麻烦，也给电网的发展带来了很多不确定的因素，因此在电网结构坚强，条件成熟时应尽量规避或解开电磁环网运行。本文依据桂林电网的实际运行，探讨了负荷中心和电源中心两种电磁环网的打开方法，并应用于220kV/110kV桂林电磁环网的解环。通过对两种开环方式的讨论，最后综合判别选择解开东江-档村110kV线，可使得系统安全、稳定而且经济。本文的研究对电磁环网的解环具有一定的参考意义。

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Research on 220kV/110kV Open Loop Power Grid on Guilin South Central

HUANGLing-ling

(Chongzuo Bureau of Guangxi Power Grid Co.Ltd.,Chongzuo 532200,China)

It should try to avoid or solve electromagnetic loop network operation when the grid structure is strong and the conditions are ripe because electromagnetic loop network is a threat to the safety of power grid.According to the practical operation in Guilin power grid,this paper discusses the two kinds of the open methods of electromagnetic loop network in the load center and the power center,and applies to the 220 kV / 110 kV electromagnetic loop network in GuiLin.For two types of open loop mode,respectively for N - 1 static security analysis,transient stability analysis,short-circuit calculation and system network loss calculation,finally comprehensive judging the two open of electromagnetic loop network methods are feasible.

electromagnetic loop network;open loop operation;220kV;110kV

1004-289X(2015)03-0067-05

TM72

B

2015-01-30

黄玲玲(1987-)，女，广西陆川人，助理工程师，主要从事变电站运行。