广州220 kV电网典型网架结构选择初步探讨

董红，马冠雄，翟世涛

(广州供电局有限公司，广东 广州 510610)



广州220 kV电网典型网架结构选择初步探讨

董红，马冠雄，翟世涛

(广州供电局有限公司，广东 广州 510610)

为提升广州电网区域间电力互供能力和抵御风险能力，结合广州220 kV电网结构现状，提出2座500 kV变电站拉手运行模式下的220 kV环网+链式电网结构。从供电能力、供电可靠性、短路电流水平、运行简便性等方面对自愈式环网、双端链式、环网+链式电网结构进行比较，给出3种电网结构的适用环境，并对未来广州220 kV电网典型网架结构的选择提出初步建议。

220 kV电网；典型网架结构；自愈式环网；双端链式；环网+链式

近年来，中国一些主要城市相继发生了因故障引起500 kV变电站重要设备跳闸或全站失压，从而导致停电的事件。基于对该类事件的相关研究，广州供电局有限公司调整主网构网思路，在具备条件的区域，调整原来以单个500 kV变电站独立分区供电的模式，研究2座500 kV变电站为一个供电片区的拉手供电运行模式，以提升区域间的电力互供能力和抵御风险能力。

目前，广州220 kV电网以自愈式环网结构和双端链式结构为主，基于上述构网调整思路，本文提出环网+链式的网架结构，并与原来的2种网架结构进行多角度比较，以达到优化网架结构的目的。

1　广州220 kV电网结构现状

1.1现行相关规划原则

根据Q/GZJ 00153—2013《广州电网规划设计技术原则》，广州220 kV电网的设计原则是：

a)采用以500 kV变电站为核心、以骨干电源为支撑的分片供电模式，正常方式下各分区间相对独立运行，在设备检修及事故情况下应具备一定的相互支援能力。

b)一般采用以500 kV变电站为中心的双回路闭式环网结构，或2座500 kV变电站为两端电源的双回路链式结构，每一环网或链中串接220 kV变电站数量不超过4座。

c)环网与外部电网应至少有2回联络线，以保障严重故障下重要负荷的供电。

1.2电网结构现状

广州220 kV电网目前已基本形成了以500 kV变电站为中心，以环网(如图1所示)和双回链式(如图2所示)结构为主的网络结构。在实际运行中，根据运行需要部分双回链式结构及分区间的联络线断开运行，即实际运行环境主要为以各500 kV变电站为核心的分区分片供电模式。

图1　220 kV自愈式环网结构

图2　220 kV双端链式结构

该构网模式下形成的电网供电分区明确，结构较为清晰，运行控制相对便利，可满足DL 755—2001《电力系统安全稳定导则》的要求。但在发生500 kV变电站220 kV侧全部失压的重大故障下，供电安全将在一定程度上受到威胁[1]。

2　环网+链式电网结构

图3为以500 kV变电站为中心的双回环网+至另一500 kV变电站的双回链式结构，每一环网中串接220 kV变电站数量不超过4座，每一链式结构中串接220 kV变电站不超过2座，环网+链式结构中接入220 kV变电站数量不超过6座，与外区有联络的取高值。

图3　220 kV环网+链式结构

3　3种电网结构的比较

3.1供电能力

以首段导线截面选取为2×630 mm2的导线(以下导线截面选取均同)为例，对自愈式环网、双端链式和环网+链式的供电能力进行对比，结果见表1。

表13种220 kV网架结构供电能力比较MW

网架形式结构特点供电能力平均单通道供电效力自愈式环网2个电源通道,1个联络通道1352676双端链式2个电源通道,1个联络通道1352676环网+链式3个电源通道,1个联络通道2704900

注：a)测试条件为环境温度35 ℃、最高允许温度+80 ℃、日照0.1 W/cm2、风速0.5 m/s、海拔1 000 m、导线表面黑度0.9；b)通道供电能力校核条件为同塔双回“N-2”故障；c)双端链式结构针对可合环运行方式；d)电源通道指500 kV站点220 kV出线通道。

由表1可知：在导线截面选取相同的情况下，自愈式环网结构和双端链式结构的供电能力相当，而环网+链式结构的供电能力最优。

3.2供电可靠性

在抵御电网运行风险、保障电网供电可靠性方面，相邻地区的220 kV站点上级电源宜来自不同的500 kV变电站，有利于避免500 kV变电站220 kV母线全部失压导致的较大电网运行风险[2-4]。

在合环运行的情况下，在自愈式环网结构中，4个220 kV站点的上级电源来自同一座500 kV变电站；在双端链式结构中，220 kV站点的上级电源来自2座500 kV变电站，或同一座500 kV变电站的不同母线；在环网+链式结构中，6座220 kV站点的上级电源来自2座500 kV变电站，或500 kV变电站的2～3段不同母线。因此，3种电网结构的供电可靠性由高至低依次为：环网+链式结构→双端链式结构→自愈式双环网结构。

3.3短路电流水平

可通过加装中性点小电抗来有效降低500 kV变电站220 kV母线的单相短路电流，而限制三相短路电流的原理和思路与限制单相短路电流类似，故本文分析主要针对三相短路电流，并结合广州电网的情况进行情景假定，采用转移阻抗法进行模拟比较[5]。

3.3.1计算基准

基准电压为525 kV和230 kV，基准容量取190.288 GVA(该基准容量下，长1 km的220 kV架空线阻抗标幺值为1)。

忽略各元件额定电压和平均额定电压的差别；忽略发电机、变压器和线路的电阻，输电线路的电容，变压器励磁支路，电动机负荷注入220 kV电网的短路电流；所有变压器的变比标幺值均为1，系统电压标幺值为1[6-7]。

3.3.2模型假定

变电站主变压器参数与广州500 kV花都变电站主变压器参数相同，额定容量为1 000 MVA，额定阻抗标幺值为14%，基准容量下阻抗标幺值为26.6。供电区内均无220 kV电厂接入，220 kV线路的导线型号为2×LGJ630，线路阻抗参数见表2。

表2220 kV架空输电线路单位长度阻抗

参数类型电阻电抗基准容量下标幺值/km-18.12×10-21.00有名值/(Ω·km-1)2.26×10-22.78×10-1

按上述3种电网结构分别假定不同方式：方式1，500 kV变电站4台主变压器并列运行，下级220 kV电网为自愈式环网接线，环网路径长度30 km；方式2，500 kV变电站A、B各有2台主变压器并列运行，A、B站通过220 kV双回链式结构拉手运行，链式路径长度30 km；方式3，500 kV变电站A、B各有2台主变压器并列运行，A站下级220 kV电网为自愈式环网接线，并在环网中段通过双回链式结构与B站拉手运行，环网和链式路径长度均为30 km。3种方式的模型如图4所示，其中方式2和方式3的等效示意图相同，差别为联络线长度等效值不同。

图4　3种方式的等效模型

3.3.3计算思路

对于供电区内无电厂接入的500 kV变电站，其220 kV母线短路电流主要由本站500 kV系统和对侧变电站500 kV系统通过220 kV联络线提供[8]。

假定以500 kV变电站变高侧的开关设备限流值63 kA作为变电站变高侧母线短路电流，则采用转移阻抗法可计算出3种方式下变电站220 kV母线的短路电流水平。计算公式为：

式中：Z1、Z2、Z3分别为自愈式环网、双端链式和环网+链式结构下系统至500kV变电站220kV侧母线短路点的阻抗标幺值，Z500-sys为系统至500kV母线的等值阻抗标幺值，Ztra为单台主变压器阻抗标幺值，ZL1、ZL2分别为方式2、方式3下A、B站间联络线的线路阻抗标幺值。

3.3.4计算结果

对3种方式下的500kV变电站220kV侧母线短路电流水平进行计算，结果见表3。

表3各方式下500 kV变电站220 kV侧母线短路电流水平

方式电网结构母线短路电流/kA方式1自愈式双环网A站220kV母线47.90方式2双端链式A、B站220kV母线43.80方式3环网+链式A、B站220kV母线40.95

由表3可知，各方式短路电流水平由高至低依次为：方式1→方式2→方式3。

进一步分析可知，A、B站间联络线参数对短路电流水平有一定的影响。在主变压器参数与花都变电站主变压器参数相同的情况下，A、B站间联络线存在临界阻抗(标幺值为8.3)，即在方式2中，若A、B站间联络线路径长度小于2×16.6km，则方式1的短路电流水平低于方式2的短路电流水平。同理可推论方式3的临界线路长度。

考虑到广州电网的实际情况，500kV变电站间联络线均在20km以上，可得出3种电网结构对短路电流的影响情况：在同等边界条件下，各方式短路电流水平由低至高依次为：环网+链式结构→双端链式结构→自愈式双环网结构。

3.4运行简便性

自愈式环网结构运行相对较独立，运行方式安排简便，易得到调度运行部门的认可。双回链式、环网+链式结构在调度运行上需考虑的因素较多，如避免出现500kV线路“N-1”后造成下级220kV电网因潮流转移而导致线路过载、电网稳定性受到破坏等严重后果，当双链两端500kV变电站电气参数相当时供电效力更好。

4　3种电网结构的适用环境

4.1自愈式环网

500kV变电站之间距离较远，与对侧500kV变电站间建设220kV线路难度较大；2座500kV变电站之间220kV电网互联后，当上级500kV线路“N-1”后，会导致下级220kV电网潮流大范围转移或两端500kV变电站下送潮流严重不平衡，调度运行难以控制；500kV变电站供电片区内有大型电源作为支撑。

4.2双回链式

两端500kV变电站之间距离较近，变电站之间220kV线路建设难度较小，容易形成同一个独立供电分区；两端500kV变电站之间500kV电网联系紧密，500kV线路“N-1”后不会造成下级220kV电网因潮流转移导致线路过载、电网稳定性受到破坏等严重后果；两端500kV变电站电气参数及220kV线路参数基本相当，不会造成两端500kV变电站下送潮流严重不平衡的现象。

4.3环网+链式

在已有自愈式环网结构的500kV站点附近有新增的500kV变电站，且2个500kV变电站之间的220kV线路建设难度相对较小；供电片区负荷较为重要，对供电可靠性要求较高，且现状的自愈式环网对外联络线不足，存在500kV变电站全站失压后导致电力事故的风险。

5　结论

a)随着城市的密集化发展，电网事故造成的社会影响日益严重，对重要地区电网供电可靠性的要求也日益提高，应通过合理的优化来构建一次系统网架，以尽量减少事故引起的停电后果。

b)3种220kV电网结构各有利弊，选用何种电网结构需结合已有网架特点及上级电网联络情况等综合考虑。自愈式环网结构和双端链式结构供电能力相当，环网+链式结构供电能力最优；从上级电源来看，环网+链式结构供电可靠性优于双端链式和自愈式双环网结构；在短路电流水平方面，各结构由低至高依次为环网+链式→双端链式→自愈式双环网；在运行简便性方面，则自愈式环网结构较优。

c)在自愈式环网结构的500kV站点附近若有新增的500kV变电站，2个500kV变电站之间220kV线路的建设难度相对较小，但供电片区负荷较为重要，对供电可靠性要求较高，且现状的自愈式环网对外联络线不足，存在500kV变电站全站失压后导致电力事故的风险。经技术和经济比较后，可合理采用环网+链式电网结构。

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(编辑李丽娟)

Discussion on Selection for Typical Grid Structure of Guangzhou 220 kV Power Grid

DONG Hong, MA Guanxiong, ZHAI Shitao

(Guangzhou Power Supply Bureau Co., Ltd., Guangzhou, Guangdong 510610, China)

In order to promote inter-regional electric power exchange capacity of Guangzhou power grid and ability to resist risks, this paper presents a kind of 220 kV ring network and chain structure for the power grid under the shaking hand running mode of two 550 kV substations by combining status quo of Guangzhou 220 kV power grid structure. In aspects of power supply capacity, power supply reliability, short-circuit current level and simplicity of operation, it compares structures of self-healing ring network, double end chain network and ring network with chain structure. It suggests applicable environment for structures of these three power grid and proposes initial suggestions to select typical grid structure for the future Guangzhou 220 kV power grid.

220 kV power grid; typical grid structure; self-healing ring network; double end chain structure; ring network and chain structure

2016-02-03

2016-05-09

10.3969/j.issn.1007-290X.2016.08.002

TM715.3

B

1007-290X(2016)08-0007-04

董红(1982)，女，湖北黄石人。高级工程师，工学硕士，从事电网规划及电力系统运行分析工作。

马冠雄(1981)，男，广东佛山人。高级工程师，工学硕士，从事电网规划及电力系统运行分析工作。

翟世涛(1984)，男，湖北襄阳人。高级工程师，工学硕士，从事电网规划及电力系统运行分析工作。