一种典型220kV/110kV局域电磁环网运行方式分析

2015-08-28刘宁超丁艺峰

河南科技 2015年3期

乔恺刘宁超张磊丁艺峰

（国网平顶山供电公司，河南平顶山467000）

电力系统的电磁环网是指不同电压等级的输电线路通过变压器磁或电磁耦合构成的环形电网。环网运行会导致继电保护系统复杂，故障切除时间长，短路电流过大，可靠性差，影响主网稳定以及供电设备安全，国内、国外都曾多次发生过环网突然解环导致停电事故［1-2］。但我们不能“谈环色变”，在某些网架薄弱的区域电网，本文中所述的典型220kV/110kV局域电磁环网，就可尽量消除环网运行的弊端，发挥其优势。

1 局域电磁环网的可行性

1.1 局域电磁环网概况

该案例为平顶山市汝州地区，由两座220kV变电站构成的典型220kV/110kV局域电磁环网，环网接线如图1所示：

图1 王寨变——霍庄变220kV/110kV局域电磁环网一次简图

霍庄变高压侧仅由一条220kV王霍线单独供电，是典型的末端站，且仅由霍221一台断路器作为高压侧电源开关，网架十分薄弱，供电可靠性难以保证。110kV魏霍线是构成该典型局域电磁环网的联络线，魏霍2开关则为合、解环点，霍庄变110kV侧无其他电源，全站负荷仅由220kV王霍线供电。

1.2 可行性分析

本文通过电磁环网的弊端逐一分析该典型局域电磁环网的可行性。

1.2.1 电磁环网可能导致线路过负荷，破坏系统热稳定性，易造成距离保护误动。霍庄变高压作为末端站，所带负荷较为稳定，110V魏霍线作为联络线，其设计供电能力大于霍庄变高压近期规划内可能出现的最大负荷，避免了220kV王霍线断线导致110kV魏霍线过负荷，该局域电磁环网开环前后潮流变化情况如表1所示：

表1 2013年霍庄变最大运行方式下开环前后环网潮流变化情况

1.2.2 电磁环网开环前后系统间联络阻抗将突然增大，容易超过该联络线的暂态稳定极限，可能引发系统振荡［3-4］。该典型局域电磁环网联络线长度较短，线路阻抗很小，并设有单相重合闸，霍庄变所带负荷不大，突然解环也不足以引起系统的剧烈振荡。

1.2.3 由于220kV与110kV线路自然功率和电阻相差较大，环网运行情况下，系统潮流难以达到最经济状态。末端站现今的负荷水平无法让220kV或110kV线路单独以最经济的自然功率运行，在20km的短距离线路下，220kV和110kV线路之间的电阻差异不明显。相对于经济性，该典型局域电磁环网给该网架薄弱地区带来的供电可靠性更为重要。

1.2.4 由于各变电站的负荷不同，各站之间将出现相当大的电压差，电磁环网运行时将会产生环流，导致变压器的损耗增大，输出容量减少，降低保护装置的灵敏性和断路器的开断能力。可以通过调整两侧变压器的电压分接头使王寨侧电压适当高于霍庄变，避免出现环流。如图2所示可见，联络线魏霍线没有出现环流情况。

图2 2013年7月-11月魏霍线A相电流曲线

通过以上分析，我们能够得出，在该案例中局域网架薄弱导致供电可靠性不高的情况下，可以采取该种典型电磁环网运行方式来提高电网的供电可靠性。

2 局域电磁环网运行方式分析

2.1 该典型局域电磁环网的不同运行方式

2.1.1 霍庄变负荷所需功率全部由220kV王霍线输送，作为局域电磁环网联络线的110kV魏霍线基本不输送功率，相当于开关断开，处于合环运行下的“开环运行”状态，其实这就是该典型局域电磁环网的理想运行方式。这样，既保证了环网运行的经济性，避免了环流，又保障了薄弱网架情况下的供电可靠性，但在实际运行中较难实现。

2.1.2 霍庄变负荷所需功率全部由110kV魏霍线输送，而220kV王霍线不输送功率。此种运行方式下霍庄主变轻载运行，损耗较大，同时引起王寨主变负荷压力增大。220kV线路保护更完善、接线更简单，运行相对更可靠，所以此种运行方式仅在因事故导致220kV王霍线跳闸时临时采用。

2.1.3 霍庄变负荷所需功率同时由220kV王霍线和110kV魏霍线输送，以前者为主，后者为辅。此种运行方式也是本文所述局域电磁环网的运行现状，大量功率通过220kV王霍线向霍庄变输送，少量功率通过魏霍线输送，“矫枉过正”以避免电磁环网中出现环流。

2.1.4 霍庄变负荷所需功率全部由220kV王霍线输送，同时有功率通过110kV魏霍线倒送回王寨变。此种运行方式下电磁环网中就出现了危害很大的环流，应尽量避免电磁环网在此种方式下长期运行。

2.2 现有运行方式存在的问题及解决办法

虽然该局域电磁环网正常运行两年多，但也存在一些问题导致运行不合理、不经济。

2.2.1 虽未出现环流，但有较大的电流由王寨变经110kV魏霍线流向霍庄变，经济性不佳。可以通过调整魏霍线两端110kV母线电压，缩小联络线两端电压差，让功率尽量沿经济性更好地220kV王霍线输送。

2.2.2 无功调整不合理，王寨变通过110kV魏霍线与霍庄变之间有较大无功互供情况，如下页图3所示。站内无功补偿装置应补偿本站负荷所消耗无功，不宜远距离输送至同电压等级的它站进行补偿，应调整联络线两端站内无功补偿装置的投入，让110kV魏霍线中传输的无功功率降到最小。

图3 2013年7月-11月魏霍线A相电流曲线

2.2.3 电压调整不合理，没有考虑局域电磁环网的特殊性。此类典型局域电磁环网的电压调整不能简单地单独考虑，当霍庄变和王寨变110kV母线电压都偏高，且110kV联络线魏霍线有较大功率输送至霍庄侧时，应先降低王寨变主变电压挡位，待王寨变110kV母线电压正常后，此时霍庄变110kV母线电压也将随之降低，若依然没有恢复正常，再降低霍庄主变电压挡位。

3 事故异常处理

此种典型局域电磁环网事故处理可分为以下两大类：

3.1 220kV王霍线事故

若王霍1开关重合成功，则保持正常环网运行方式通报相关方面。若王霍1开关重合失败，则保持魏霍线带霍#1主变中、低压运行方式。检查魏霍1开关、保护及重合闸运行正常，退出魏霍2开关保护及重合闸。密切监视王寨主变和魏霍线负荷情况，魏霍线负荷电流按照不大于400A来控制，应尽量维持霍庄变110kV母线电压不低于113kV。

3.2 110kV魏霍线事故

若魏霍1开关重合成功，则手动合上魏霍2开关，恢复正常环网运行方式。若魏霍1开关重合失败，则维持霍庄变开环运行方式，退出霍221开关线路保护跳闸出口压板和重合闸压板，通报相关方面。

4 局域电磁环网运行注意事项

当“王寨变—霍庄变”实施220kV/110kV电磁环网运行时：应投入220kV王霍线两端开关（霍221和王霍1）线路保护跳闸出口压板和重合闸，且投入方式均应为“单重”。应投入110kV魏霍线两端开关（魏霍1和魏霍2）线路保护跳闸出口压板，投入魏霍1重合闸，但由于魏霍2为该电磁环网断开点，所以应退出魏霍2重合闸。当电磁环网打开时：若王霍线做充电运行，应退出霍221开关线路保护跳闸出口压板及重合闸；若魏霍线做充电运行，应退出魏霍2开关线路保护跳闸出口压板及重合闸。