桂林电网主变N-1运行分析

李燕杰

（广西电网有限责任公司桂林供电局，广西桂林541002）

桂林电网主变N-1运行分析

李燕杰

（广西电网有限责任公司桂林供电局，广西桂林541002）

主变N-1运行是涉及电网稳定、确保用户是否得到连续供电的安全准则之一，本文分析了桂林电网主变正常运行和N-1等不同运行方式对运行安全、电网接线和负荷分配的影响，为生产运行和电网建设提供了参考依据。

主变N-1；N-1-1；负载率

1 概述

伴随着经济和负荷的增长，桂林电网的网架结构也在不断增强，但尚未形成能够抵御各种风险的网架结构。当桂林电网任一元件因故障退出运行时，或此时再发生又一元件的故障停运，对桂林这座国际闻名的旅游城市而言无疑是巨大的威胁。因此，需要各个电压等级接线的相互配合，才能确保网区内主变在正常运行、N-1乃至N-1-1运行条件下满足用户的有效供电。

N-1原则是判定电力系统安全性的一种准则。又称为单一故障安全准则。按照这一准则，可知：N-1运行方式，指电力系统的N个元件中的任一独立元件发生故障而被切除后，应不造成因其他设备过负荷跳闸而导致用户停电；不破坏系统的稳定性，不出现电压崩溃等事故。

N-1-1运行方式，指电力系统的N个元件中的任一个独立元件发生故障而被切除后，再次发生系统中又一个元件因故障而被切除的事件，此时应不造成因其他设备过负荷跳闸而导致用户停电；不破坏系统的稳定性，不出现电压崩溃等事故。

由此可见，N-1准则包含两层含义：一是保证电网稳定；二是保证用户得到符合质量要求的连续供电。

2 桂林电网主变正常运行方式安排

2.1 220kV网络及主变正常运行方式

220kV系统全接线方式运行。正常方式下，220kV变电站双母线接线的220kV母联开关在运行状态，220kV主变在满足主变N-1运行要求下并列运行，110kV母线运行方式以流过母联开关电流最小且下级变电站电源取自不同母线段的原则安排，变电站低压侧采用分列运行方式。

如果220kV变电站主变容量不足，为了避免当一台主变故障跳闸造成另一台主变过载倍数1.3倍以上，采用中压侧母线分列运行方式。220kV侯寨站、220kV挡村站均有三台主变运行，在负荷轻的情况下，三台主变高中压侧并列运行；在负荷重的情况下或当任一台主变退出运行时，为避免剩余主变N-1故障造成过载，需根据实际负荷情况决定剩余两台主变的并、分列运行方式。220kV大丰站、220kV木棉站、220kV湘山站、220kV南塘站、220kV苏桥站、220kV田岭站均为两台主变运行，采用高中压侧母联并列运行，低压侧母联分列运行方式。220kV和平站、220kV凯歌站、220kV飞虎站、220kV瑶乡站、220kV茶江站，均为一台主变运行，采用高压侧母联并列运行，中压侧母联分列运行，低压侧并、分列方式视实际情况而定。桂林电网220kV系统接线图见图1。

2.2 10kV网络及主变正常运行方式

110kV系统实行开环方式运行。正常方式下，城网110kV系统“手拉手”网络开环运行，开环点选择原则在于备自投装置的功能利用，且能充分合理利用各220kV变电站的主变容量。城区110kV变电站主变主要为两卷变。母线高压侧接线方式主要采用110kV单母线接线的方式，低压侧采用单母分段、10kV备自投投入的接线方式。若一台主变低压侧故障跳闸，通过备自投可以将故障主变的负荷转移至另一台主变，应能确保运行主变不过负荷。若主变容量不足，视当时主变允许的过负荷情况，转移负荷或错峰用电，以确保运行主变的安全。

110kV农网站主变均为三卷变（升压站除外）。由于农网网架薄弱，在一次设备检修时，为防范全站停电事故，通常会通过35kV联络线转供部分负荷或水电送出出力至相邻变电站，此时需根据实际负荷情况决定转供负荷的数量，以确保线路及被转供的主变不过负荷。

图1 桂林电网220kV潮流图

2.3 220kV、110kV变压器中性点接地方式

根据广西电网公司《关于调整220kV及以上主变压器中性点接地方式的通知》，及南方电网公司《关于印发〈防范地区电网较大面积停电风险继电保护专项核查工作要求〉的通知》的要求，桂林网区220kV、110kV主变压器接地方式，具体安排原则如下：

2.3.1220kV主变压器110kV侧中性点绝缘等级为35kV时，220kV、110kV侧中性点应直接接地运行。

2.3.2220kV主变压器的220kV、110kV侧中性点接地方式应相同。

2.3.3有一台主变压器运行的220kV变电站安排变压器中性点直接接地。

2.3.4有两台及以上主变压器运行的220kV变电站安排两台主变压器中性点直接接地，并分别接于不同母线，其他主变压器各侧中性点不直接接地。如果主变压器容量不同，宜安排容量较大的两台主变压器中性点直接接地运行。

2.3.5自耦变压器中性点直接接地运行。

3 桂林电网主变正常方式下N-1运行分析

3.1 主变“N-1”处理原则

3.1.1将部分负荷快速转移至另一个220kV变电站（或通过备投），直至将运行中的另一台主变电流控制其过载倍数在1.3倍以下。同时，注意控制其他220kV变电站的主变负荷电流；

3.1.2当主变跳闸时，立即检查本站另一台主变的负荷电流。若过载1.4倍以上,立即按照转移负荷顺序快速实施拉闸，直至主变电流被控制在1.3倍以下。

3.1.3主变故障后，立即检查相应变电站的备自投装置动作情况，检查转移负荷后相关变电站的负荷情况，采取相应措施。

3.1.4加强变电设备的监视巡视工作，掌握关键设备（含备自投装置）的运行参数变化，及时发现安全隐患。

3.2 220kV主变N-1运行分析

正常大、小方式下，桂林电网220kV系统合环运行，电网任一台220kV主变跳闸，系统均能保持稳定。

3.2.1220kV变电站主变负载率情况

在枯水方式下，2015年桂林电网220kV变电站主变负载率情况如表1所示。

表1 枯水期桂林电网220kV变电站主变负载率（取2015年数据）

从表1可知，桂林网区负载率高的变电站有田岭站、挡村站、侯寨站、南塘站。

3.2.2220kV单主变运行N-1分析（以下内容按照2015年数据分析）

对于220kV单主变供电的变电站，若主变跳闸将造成该站中低压侧损失负荷。220kV和平站、220kV瑶乡站、220kV茶江站、220kV飞虎站、220kV凯歌站均为单主变运行，均无法满足N-1运行要求，如果出现主变跳闸故障，存在相关变电站失压的风险。

220kV和平站，由于存在220kV与110kV电磁环网，若主变跳闸将造成低压侧及低压侧的1个出线对侧的小水电站停电。主变N-1故障后可能损失最大负荷5MW，35kV侧损失的5MW负荷可通过35kV联络线转由县网恢复供电。

220kV瑶乡站，主变跳闸后损失负荷30MW,部分变电站可通过备投至相邻的茶江站不致损失负荷。损失的30MW负荷，可通过调整运行方式转由相邻的220kV变电站供电。

220kV茶江站，主变跳闸后损失负荷60.9MW，部分变电站可通过备投至相邻的田岭站、瑶乡站。从表1可知，枯水期田岭站的负载率居高不下，从茶江站转移的负荷无疑增加了田岭站主变的负担，严重时可能会影响到田岭站主变的安全运行。

220kV飞虎站，主变跳闸后损失负荷10MW，部分110kV变电站可通过备投转移供电。损失的10MW负荷可通过调整运行方式，通过110kV联络线恢复供电。

220kV凯歌站由于110kV各出线均有备自投，主变跳闸后无负荷损失。

3.2.3220kV二台主变运行的N-1分析

任意一台主变故障停运，主要考虑剩余主变容量是否满足当前负荷运行需要，是否满足当前电网运行的安全性和供电可靠性。

①两台运行主变容量不等

以南塘站220kV1号主变容量120MW，2号主变容量150MW为例，当南塘站220kV1号主变停电时：根据表1，枯水期南塘站此时全站负荷为162.6MW，剩余的2号主变容量150MW，负载率为108%，2号主变过负荷1.08倍。由于南塘站负荷特性的多样化，既有风电、水电负荷，也有工业负荷、居民负荷，特别是风电负荷的突变性和难以控制性，为防止剩余的2号主变造成短时的倒送负荷过多，特别是短时性的过负荷超过1.3倍，需要调整南塘站110kV接线方式，才能确保剩余的2号主变的安全运行。

当南塘站220kV2号主变停电：根据表1，此时南塘站剩余的1号主变负载率为135.5%，过负荷倍数1.355倍，必须尽快降低1号主变的负载率。可以通过减风电、水电出力，或者转移110kV负荷至相邻的220kV变电站，以此降低南塘站的负荷。

②两台运行主变容量相等

以田岭站1号、2号主变容量均为120MW为例，田岭站220kV1号（或2号）主变停电：根据表1，枯水期，一台主变停电时，此时全站负荷234.1MW，负载率为195%。因此，在枯水期，田岭站的运行方式应调整为两台主变分列运行，当田岭站1号（或2号）主变停电时不致使另一台主变严重过载。同时，通过调整110kV接线方式，降低田岭站负荷。若主变容量不足时，将110kV部分负荷转由相邻220kV变电站供电。

3.2.4220kV三台主变运行的N-1分析

任意一台主变故障停运，需考虑剩余两台主变容量是否基本能满足主变N-1-1的运行要求。

①三台运行主变容量不等

无论是哪台主变停运，若剩余的主变再次发生故障停运，需考虑将110kV侧的负荷重新分配，并将110kV母联开环运行。若仍无法满足负荷需要，则转移110kV负荷至相邻的220kV变电站供电。

以侯寨站220kV1号、3号主变容量为180MVA主变，220kV2号主变容量为120MVA为例：当侯寨站220kV1号（或3号）主变停电时，从表1可以看出，枯水期侯寨站全站负荷为321.7MW，剩余两台主变容量为300MW，此时主变负载率为107%。即使通过调整侯寨站110kV1号、2号母线负荷分配，使110kV母线分列运行，3号（或1号）主变、2号主变分列运行，至少仍有一台主变过载，无法满足运行要求。只能再将部分负荷转由相邻220kV变电站或110kV联络线供电。

当侯寨站220kV2号主变停电时：当2号主变发生故障时，根据表1提供的数据，（枯水期）此时侯寨站两台主变的负载率为89.36%，通过平衡侯寨站110kV1号、2号母线负荷分配，保持侯寨站110kV母线分列运行，不需转移110kV负荷。

②三台运行主变容量相等

任意一台主变故障停运，根据实际负荷情况，确定是否需要将110kV母联开环运行，或是否需要转移110kV负荷至相邻220kV变电站。

以挡村站220kV1号（或2号、3号）主变容量均为150MVA为例：挡村站220kV1号（或2号、3号）主变停电，根据表1，枯水期，一台主变停电时，此时全站负荷282.4MW，负载率为94.13%，剩余两台主变容量不能满足主变N-1-1的运行要求，因此，保持挡村站110kV母线并列运行，并密切关注负荷变化情况，必要时转移110kV负荷。

3.3 110kV主变N-1运行分析

3.3.1110kV变电站主变负载率情况

在枯水方式下，2015年桂林电网110kV变电站主变负载率情况如表2所示。

3.3.2110kV单主变N-1运行分析

目前，桂林网区的110kV溶江站、磨盘站、花江站、普陀站、栗塘站均为单主变运行，无法满足N-1要求，如果出现主变跳闸，存在该站失压的风险，有的站还会损失部分农网负荷，影响水电的送出。

3.3.3110kV两台主变N-1运行分析

①配置了两台主变容量不等的变电站，大多情况下负荷较高时，如果大容量主变跳闸，将导致小容量变压器过载，无法满足N-1运行要求。

目前，桂林网区内两台主变容量不等的变电站有110kV同乐站（20+50MVA）、110kV七星站（31.5+50MVA）、110kV旺田站（20+40MVA）、110kV岩塘站（31.5+50MVA）、110kV西河站（31.5＋40MVA）、110kV南洲站（50+40MVA）、110kV北门站（40+50MVA）、110kV金山站（40+50MVA）、110kV良丰站（40+50MVA）、110kV日新站（20+50MVA）、110kV百寿站（20+40MVA）。其中，金山站、北门站、百寿站、日新站由于负荷不高，可以满足主变N-1运行要求。

表3 枯水期桂林电网主要110kV变电站主变负载率（取2015年数据）

而同乐站、旺田站、岩塘站、西河站、七星站、南洲站、良丰站的负载率都超过了50%，当大容量主变发生N-1故障时将导致小容量变压器过载。当过载倍数超过1.5倍时，采用主变中低压侧分列运行方式。特别是110kV岩塘站，由于设备原因，1号主变低压侧901开关容量不得超过15MVA，而2015年岩塘站低压侧年平均负荷达23MW，无法满足2号主变停电的要求。

②配置了两台等容量主变的变电站，如110kV黑山站、中心站、雉山站、三里店站，由于主变负荷较重，从表2中可以看出，负荷高峰期主变N-1故障将造成另一台主变过载超过1.4倍，也无法满足运行要求。

3.3.4110kV三台主变N-1运行分析

目前，桂林网区只有城北站配备了三台110kV主变。根据表2，由于全年负荷不高，并且该站正常运行方式为高、中、低压三侧母联均开环运行，因此，城北站可以满足主变N-1的运行要求。

4 结语

4.1完善网架结构，是解决主变N-1问题的根本所在。以田岭站、南塘站为例，在大方式下，南塘站两台主变运行不满足N-1的要求，虽然南塘站可以将部分110kV负荷转由相邻的220kV变电站供电，但在枯大方式下，南塘站受水电、风电出力不佳的原因影响负荷仍然较重，2号主变（150MVA）跳闸将导致1号主变（120MVA）过载1.3倍以上。这样，可以通过新建220kV变电站及配套工程，加快投产进度，即可满足高峰负荷时的供电需求。田岭站两台主变在大方式下接近满载（枯大方式下最大负荷约234.1MW），需110kV母联开环运行，这样调整虽然能解决当前的问题，但毕竟以降低供电可靠性为代价。所以，加快片区220kV变电站的投产进度，转移田岭站部分110kV负荷至新站供电，才能有效缓解田岭站主变的供电压力。

4.2调整运行方式或转移负荷，是降低主变负载率的直接方法。市区负荷不断增长，但市区内110kV网架结构的扩建受各种因素制约已接近饱和，为缓解市区110kV变电站主变重载问题，可以有针对性的、分时段的通过10kV联络线转移负荷，或调整配电网运行方式，解决主变高峰时段不满足N-1的问题。

4.3制定主变N-1故障后控制负荷序位表，预防系统故障。

4.4做好设备维护及巡视,及时发现设备隐患和缺陷，确保主变在正常方式下和N-1方式下的安全运行。

[1]DL755-2001电力系统安全稳定导则