在线安全稳定分析系统在山西中部电网的实用化分析

田 浩

（国网山西省电力公司电力调度控制中心，山西 太原 030001）

1 电网方式及背景介绍

山西中部电网结构紧密，用电负荷较大，一直以来存在短路电流超标的问题。特别是晋中、福瑞、侯村、小店、冶峪等站220 kV 母线三相短路电流均超过开关额定开断电流。为限制中部短路电流超标，之前已采取中部区域断开220 kV 迎南双、侯马线、瑞北双的解环措施，以降低短路电流，然而新嘉、美锦、国峰、东山电厂投产后，中部短路水平进一步提高，之前开环措施已不满足要求。

为进一步限制短路电流超标，根据方式计算安排，中部电网实行分区运行，目前采取220 kV 冶峪站分母、断开220 kV 新马II 线+侯马线+北东双+马小双，将中部电网基本分为南北两个分区运行。其中，北部分区由云顶山、侯村、福瑞、阳泉4 个500 kV 变电站供电；南部分区由龙城、晋中、吕梁、固贤4 个500 kV 变电站供电。

按照方式专业计算的电网开环运行规定无疑可以将电网短路电流控制到合理水平，然而山西电网目前存在着严重的发电盈余情况，全年停运火电机组容量在2 000 万kW 左右，占火电机组容量的40%左右，火电发电利用小时数从2015 年的3 984 h快速下降到2019 年的3 300 h 左右，机组方式的季节性特点异常明显。中部尤其是太原、晋中、吕梁电网，接入220 kV 系统的机组绝大多数为供热机组，受电量计划控制的影响，在非供热期基本上为极小开机方式，导致500 kV 侯村、晋中主变长期重载运行，部分220 kV 断面（如220 kV 侯新双、晋东双等） 重载运行，需要调整电网的开环运行方式。在事故情况下，也需要调整中部电网的开环运行方式。东山电厂二拖一满负荷试验下存在侯新双回重载不满足N-1 的问题，也需要调整中部电网的开环方式。本案例选取两种较为特殊的运行方式，对东山电厂二拖一满负荷下及极小开机方式下进行中部电网合环方式计算校核，为电网方式安排和事故处理提供参考。

2 案例分析

2.1 东山电厂大负荷期间220 kV 侯马线合环方式分析

某年4 月12 日起，东山电厂进行机组二拖一满负荷试验，总有功要求为860 MW，试验期间220 kV 侯新双潮流越限，进行220 kV 侯马线合环，能够有效降低侯新双潮流。为确保电网安全运行，现进行220 kV 侯马线合环后方式校核。

取某年4 月11 日国调下发断面利用DSA 图形化界面进行潮流计算。当日直调用电最大负荷为18 842 MW，太原地区最大负荷为2 783 MW。中部电网方式调整情况见表1，计算结果见表2。

表1 方式调整操作MW

表2 方式调整前后潮流对比MW

若东山电厂有功出力由700 MW 增加至860 MW，侯新双潮流达520 MW，不满足运行要求。采取220 kV 侯马线合环措施后，220 kV 侯新双潮流降至406 MW，侯村主变潮流略有增加，但相比最初方式仍有所降低。利用基础方式调整后断面进行DSA 计算，计算结果图省略。

根据计算结果，短路电流最大在侯村站220 kV A 母线，短路电流为40.97 kA，短路电流裕度为18.1%。合上220 kV 侯马线后，短路电流满足条件。

4 月12 日5 时44 分，为确保东山电厂做二拖一满负荷试验期间220 kV 侯新双不过载，调度员提前将220 kV 侯马线转合环运行。在中部短路电流不超标的前提下，将220 kV 侯马线合环运行，能够有效降低220 kV 侯新双潮流。

2.2 极小开机方式下中部电网合环方式计算

在非供热期，中部电网存在极小开机方式，220 kV 系统电源支撑较为薄弱，导致侯村、晋中、云顶山、福瑞主变重载运行，220 kV 晋东双、侯新双、小东双等断面越限，若此时中部电网出现N-1 甚至N-2 故障，有可能需要在中部部分地区实施限电，在目前用电负荷逐步下降、机组大面积停备的背景下进行限电，将会对公司造成非常不利的影响，会给调度运行工作带来极大的压力。2.2.1 基础断面进行校核

5 月3 日20 时15 分，晋中2 台主变潮流达892 MW，接近900 MW 控制要求，侯村双变下载潮流达900 MW，福瑞、云顶山双变下载潮流较重。220 kV 晋东双线潮流达520 MW（要求控制520 MW），220 kV 侯新双线潮流达430 MW（要求控制440 MW），均达到或接近控制极限要求。选取某年5 月3 日国调下发断面进行计算分析，当日直调用电最大负荷为18 921 MW，太原地区最大负荷为2 562 MW，晋中地区最大负荷为1 423 MW。重要断面潮流见表3

表3 基础方式下重要断面潮流MW

其中，因中部电网停机较多，且已开机组均有不同程度出力受阻，导致侯村、晋中主变潮流接近控制极限，福瑞、云顶山主变潮流较重。220 kV侯新双、侯上双、晋东双、瑞马双等断面潮流较重。因周边开机机组均为受电端机组，且出力已达极限，故无法通过调节相关机组出力降低过载设备潮流。

取某年5 月3 日国调下发断面进行DSA 计算，计算结果图省略。

对基础断面进行分析，可以看出在正常运行方式下，静态安全N-1 裕度最小的元件为晋中站主变，裕度为1.01，其次为侯村站主变，裕度为7.38。220 kV 晋东双、侯新双断面裕度分别为0.86、1.41，已经接近控制要求。短路电流最大为福瑞站220 kV A 母线，电流为33.21 kA，短路电流最小裕度为33.58%，短路电流水平合格。侯村变、晋中变、220 kV 侯新双、晋东双潮流基本接近控制要求，其余设备潮流基本在合理范围之内。

2.2.2 极小开机方式下220 kV 侯马线+ 新马II线+ 马小双+ 北东双全合环方式校核

由基础断面计算结果可以看出，在极小开机方式下，中部电网存在部分设备静态安全N-1 裕度不足及220 kV 断面越限的风险。在极小开机方式下，对中部电网进行220 kV 侯马线+新马II 线+马小双+北东双全合环方式校验，以确定电网是否满足运行要求。

取某年5 月3 日国调下发断面并进行方式调整，具体情况见表4。

表4 全合环方式下方式调整

全合环方式下，图形化操作潮流计算结果见表5。

表5 全合环方式下潮流计算结果MW

由DSA 计算结果（计算结果图省略） 可以看出，在全合环运行方式下，侯村站主变静态安全裕度降低为0.95，晋中站主变潮流降低，静态N-1 裕度为33.67，云顶山、福瑞站主变下载潮流略有升高，但在合理范围之内。220 kV 侯新双达464 MW，已超控制要求，晋东双潮流降低至294 MW；短路电流最大母线在福瑞站220 kV A 母线，为43.07 kA，最小裕度为13.66%。

在220 kV 侯马线+新马II 线+马小双+北东双全合环方式下，中部电网短路电流水平有所升高，仍满足控制要求。而220 kV 侯新双断面已超控制要求，侯村主变静态N-1 裕度进一步降低，如果太二等电厂机组出现异常，侯村主变必将不满足N-1 要求，因此如何选择合环方式需要具体分析。

2.2.3 220 kV 侯马线+ 新马II 线+ 北东双合环、220 kV 马小双解环方式计算

利用DSA 图形化操作计算出各个合环线路对中部电网关键设备有功灵敏度，详情见表6。

表6 合环设备有功灵敏度分析

经过灵敏度分析可以看出，合上220 kV 侯马线、北东双能够有效降低晋中主变、侯新双、晋东双线潮流，同时对侯村主变潮流增加影响不大，而进行220 kV 马小双合环，对侯村主变、福瑞主变、侯新双、瑞马双灵敏度影响均为几种合环方式中最大的。因此，极小开机方式下，可以选择220 kV 侯马线+新马II 线+北东双合环、220 kV 马小双解环方式。

现取某年5 月3 日国调下发断面并进行220 kV马小双开环方式调整。

通过计算（计算结果见表7） 得出，在马小双解环方式下，侯村站主变静态安全裕度较全合环方式下升高至6.32，晋中、云顶山、福瑞主变潮流均满足运行要求。220 kV 侯新双、晋东双潮流均能够满足控制要求；短路电流最大母线在福瑞站220 kV A 母线，为41.97 kA，最小裕度为16.06%。因此，在中部电网极小开机方式下，采用220 kV侯马线+新马II 线+北东双合环、220 kV 马小双解环运行方式，不仅电网短路电流满足条件，能够有效降低220 kV 侯新双、晋东双、瑞马双潮流的同时，对侯村、晋中主变影响也不大。

表7 马小双解环潮流计算结果MW

3 结论与建议

山西中部电网结构紧密，在冬季供热期机组大开方式下存在短路容量超标的问题。根据东山电厂二拖一满负荷实验时电网潮流存在的问题，结合当时电网实际开机组合，调度员利用在线安全分析进行短路电流校核无误后，将侯马线恢复为合环运行方式，不仅有效降低了侯新双潮流，而且满足了东山电厂二拖一满负荷实验的要求，确保了电网的可靠运行。

在非供热期，中部电网220 kV 层面基本上为极小开机方式。经过在线安全分析DSA 离线计算校核，中部电网恢复全接线运行方式短路容量满足运行要求。在这种运行方式或事故处理状态下为确保设备不过载运行，可以根据需求安排部分线路恢复合环运行。中部电网重载的设备主要是侯新双回、晋东双回、侯村主变及晋中主变，为了缓解设备重载，可以调整运行方式，将北东双回、新马II线、侯马线恢复合环运行。马小双回线合环后可能加重侯新双回和侯村主变重载压力，一般不调整为合环运行。调度处根据在线安全分析模块计算结果，提前制定出中部极小开机方式下事故预案，并展开培训，可以说，在线安全分析在日常调度业务中发挥了很大作用。

随着山西电网规模的不断扩大，中部电网越来越密集，运行方式千变万化，特别是在经济转型、机组大面积停备的背景下，合理并及时调整电网运行方式就显得尤为关键。单纯依靠滞后的方式计算已经不可能完全适应电网方式的实时变化，因此需要调度员利用好在线安全分析这个有力工具，实时对电网运行情况进行分析计算，发现并消除电网安全隐患，进一步提高电网实时运行控制水平。