大城市电网分区模式及互供方式研究

李亮玉

(国网河北省电力公司经济技术研究院，石家庄 050000)

大城市电网分区模式及互供方式研究

李亮玉

(国网河北省电力公司经济技术研究院，石家庄 050000)

针对大城市电网分区模式、分区互供方式进行了研究，总结了分区电网形成的方式，分析了单500 kV变电站模式和多500 kV变电站模式的特点，研究了分区互供计算分析的方法，给出了分区互供原则。结合某实际分区电网进行了互供方式计算分析。

城市电网；分区模式；互供方式；互供原则

根据DL 755—2001《电力系统安全稳定导则》，随着高一级电压电网的建设，下级电压电网应逐步实现分区运行，相邻分区之间保持互为备用[1]。电网分区可以简化电网结构，以有效限制短路电流、简化继电保护的配置，发挥高一级电压等级的输电能力，方便控制潮流，便于发现故障并有效隔离故障，以便于地区小系统安全自动解列装置的整定等[2-3]。

大城市一般是受端电网，具有电网用电量大，用电安全性要求高的特点。目前，国内大城市电网如北京、上海、广州电网外围形成了500 kV环网结构，从城市外部接受电力，市区220 kV电网形成了分区供电格局[4]。分区电网一般为受端电网，从500 kV电网接受电力，经220 kV主要下送通道下送电能，区内形成以环网为主网架的结构，并且分区内有一定容量的发电机组，区间有一定的互供能力[5-6]。

随着城市用电的进一步增长，220 kV分区供电结构不断演变，研究合理的分区供电模式和发生严重故障时的互供方式，对于保障大城市电网用电安全有重要意义。

1 电网分区模式研究

1.1 分区电网的形成

为了实现合理的电网分区供电格局，应在电网规划的基础上进行分区供电研究，考虑规划年电网的220 kV系统短路电流水平和电网分区供电的条件，配合电网新建和改造工程、运行方式的调整等，在合适的时机断开分区间联络实现分区供电。电网分区供电的实现包括以下几种形式。

(1)500 kV变电站220 kV母线的分裂运行。对于规划年500 kV变电站220 kV母线短路电流超标的情况，应该考虑将220 kV母线分裂运行，分裂运行后，各220 kV分段母线分别向不同的分区供电。

(2)对于部分深入市区负荷中心的500 kV终端变电站，可以采用500 kV母线分裂运行。分裂后不同的500 kV主变向不同分区供电，从而减少了500 kV电压等级注入220 kV母线的短路电流。

(3)断开原有220 kV线路，这种措施也可以减少不同分区间相互注入的短路电流，同时断开线路可以作为分区间联络线冷备用。断开线路通常选择在潮流较小、断面间连接较为薄弱的220 kV联络线。

(4)部分负荷集中地区的大型220 kV变电站220 kV母线分列运行，分别从不同分区接受电力，也可以降低分区220 kV系统短路电流水平。

(5)分区供电后，可能出现不同分区内电厂规模不平衡，部分分区缺乏电源支撑，而其他分区电厂规模过多。对于分区后电厂过多部分分区，可以将区内部分电厂和机组并入相邻的电源容量不足的分区。

1.2 单500 kV变电站模式

大型城市电网多是受端电网，分区电网内接在220 kV及以下电压等级上的电源容量有限，分区内的电源来源主要是500 kV主变，因此，分区模式按500 kV变电站个数来划分比较合理。一般分为单座500 kV变电站带一片区域独立运行(单变电站模式)和多座500 kV变电站带一片分区运行(多变电站模式)[7-9]。

单变电站分区模式有一个500 kV联络点，500 kV变电站可能有多台变压器，如图1所示。该分区模式的特点是：分区500 kV联络点失电后，区内负荷较大时，区内严重缺电，需要采取其他分区互供的措施；通常单变分区模式出现在分区形成初期，分区负荷较小，区内有一定容量电源保证分区供电的可靠性。

图1 单变电站分区模式示意图

1.3 多500 kV变电站模式

多变电站分区模式有多个(通常2～3个)500 kV联络点，每个500 kV变电站有多台变压器，其220 kV母线分裂运行，如图2所示。该分区模式的特点是：分区由多个500 kV联络点供电，220 kV以环网网架为主网架，区内供电可靠性高；多变电站分区模式发展较为成熟，一般未来结构变化不大。

图2 多变电站分区模式示意图

2 电网分区互供方式研究

城市电网分区运行存在的重要问题是，分区间互供能力差[10]。在分区电网发展不平衡的情况下，一些分区供电可靠性差，在发生较严重的故障后，有充足供电裕度的相邻分区能提供互供能力，可以减少分区内严重故障后损失负荷的时间。

2.1 分区互供的总体思路

分区互供的总体思路如图3所示。首先需要对分区进行严重事故下的供电能力分析，根据计算结果形成需要互供的故障集。分区严重故障一般考虑分区内一个500 kV联络点的主变全停故障，500 kV站220 kV母线全停故障，220 kV环网线路N-1、N-2故障(特别是重要下送通道)，单个电厂全停故障。如果分区在严重事故下，可以满足供电要求，没有过载和电压越限情况，则不需要进行分区互供研究；相反，则需要研究该分区严重故障情况下的互供方案。

图3 分区互供的总体思路

分区间互供方式主要有两种，分别是500 kV站220 kV母联、220 kV联络线。在正常运行时，相邻分区间联络处于开断状态，当该分区故障不能满足供电要求时，应闭合部分联络以提供功率支援，保证供电可靠性。同时针对不同的严重故障，应选择最有效的互供方式，对于互供能力不能解决的严重故障，要考虑分区内的拉路限电措施；从不同分区供电的220 kV变电站母联，可以作为负荷转移通道。

2.2 电网分区互供的原则

结合实际运行经验，提出以下分区互供应遵循的基本原则。

(1)分区故障时，尽量选取失去电源附近的互供通道，以便能起到“互供”作用，同时减少功率远距离传输的损耗。

(2)有多个相邻分区提供互供时，优先选择有充足供电裕度的相邻分区，防止互供造成相邻分区线路或主变过载，造成故障范围扩大。

(3)考虑避免短路电流过大，优先从一个分区提供互供，避免从两个以上分区提供互供；优先选择闭合一种互供联络通道。

(4)对于规划年度各种严重故障进行计算分析，确定合理的互供措施，以备调度运行参考。

3 算例分析

3.1 分区电网算例

选取某大城市电网的一个分区进行故障情况下的分区互供论证。算例分区接线如图4所示，分区电网由两个500 kV变电站供电，两个变电站220 kV母线正常分裂运行，区内电厂1座，区内220 kV变电站7座，与相邻分区联络线双回。

图4 算例分区接线图

对分区电网进行严重故障计算，计算区内小负荷、大负荷方式情况下的严重故障，形成分区需要互供的故障集如表1所示。

表1 分区需要互供的故障集

分区需要互供的严重故障为：500 kV变电站I两台主变全停故障，分区失去较多电源，分区负荷由分区内电厂、500 kV变电站II的一台主变供电，造成主变过载；500 kV变电站I至220 kV变电站3双回下送通道故障，分区内负荷中心由区内电厂和500 kV II站的下送通道供电，造成500 kV II站的下送通道过载。

3.2 分区互供方式计算分析

(1)故障1互供方案计算。对于故障1，根据分区互供原则，优先选取失去电源附近的互供通道，即闭合500 kV变电站I的220 kV侧母联开关。互供前后500 kV变电站II主变负载率如表2所示。

表2 互供前后500 kV变电站II主变负载率

采取互供方式后分区内主变不再过载，相邻分区主变及线路亦无过载情况。母联开关联络通道负载率为85.1%，不过载。互供方案可解决故障1引起的过载问题。

(2)故障2互供方案计算。对于故障2，选取互供方式为：闭合220 kV备用联络线。互供前后500 kV变电站II至220 kV变电站4双回负载率如表3所示。

表3 互供前后分区内相关元件负载率

双回线路联络通道负载率为71.6%，由此可见，互供方案可解决故障2引起的过载问题。

4 结语

(1)单变分区模式出现在分区形成初期，区内需要有一定容量电源保证分区供电可靠性；多变电站分区模式发展较为成熟，分区由多个500kV联络点供电，区内供电可靠性高。

(2)应对规划年度各分区各种严重故障进行计算分析，确定需要互供的故障集，选择合理的互供通道，并对互供方式进行计算分析。

(3)对于现有互供方式均不能解决的故障，需要考虑负荷转移，拉闸限电等措施，并及时安排相应新建、改造工程等保证分区供电可靠性。

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(本文编辑：赵艳粉)

Research on Partition and Mutual Supply Modes of Metropolitan Power Grid

LI Liangyu

(State Grid Hebei Economic Research Institute, Shijiazhuang 050000, China.)

This paper studies the partition modes and mutual supply modes of metropolitan power grid, summarizes the partition grid formation pattern, and analyzes the features of single-500kV-substation mode and multi-500kV-substation mode. Then, the methods of calculating and analyzing mutual supply are researched, and mutual supply principles is provided. Finally, mutual supply modes of an actual partition grid are calculated and analyzed.

metropolitan power grid; partition mode; mutual supply mode; the principle of mutual supply

10.11973/dlyny201702005

李亮玉(1990—)，男，硕士，从事电网规划和系统设计工作。

TM712

B

2095-1256(2017)02-0112-04

2016-11-29