某地区500 kV电网供电能力分析及改进措施探讨

2021-07-16南有斌黄利飞马乾有

内蒙古电力技术 2021年3期

南有斌，黄利飞，马乾有，王玉

（乌海电业局，内蒙古乌海 016000）

1 地区电网概况

截至2019年底，某地区已建成500 kV变电站3座，500 kV主变压器10台，变电容量为7500 MVA。该地区电网主网架主要由500 kV JLT站、WH站、QLS电厂、FHL电厂环网构成。WD地区由500 kV JLT站接带，220 kV系统呈辐射状供电；HBW、HN地区由QLS站和WH站共同接带，形成高低压电磁环网[1]，该地区电网结构如图1所示。

图1 某地区电网结构图

2 地区电网供电能力的影响因素分析

2.1 短路电流水平

短路电流水平是电网规划、运行的约束性指标，为控制电路电流水平往往需要改变电网的运行方式，因此也会对电网的供电能力产生影响[2-4]。该地区短路电流较为突出的是500 kV WH站，当WH站4台主变压器（4×750 MVA）并列运行时，220 kV侧短路电流超标，因此正常方式下，3号主变压器冷备用，其余3台主变压器并列运行。实际可用的变电容量为2250 MVA，经计算，WH站主变压器下送极限为1280 MW。

2.2 电源容量及分布

该地区电网电源容量主要分布在JLT和WH、QLS供电区域。其中，JLT供电区域内现有WST电厂、ZY电厂、HS热电厂、WD电厂、DY热电厂共5座主力电厂，装机总容量1820 MW。WH、QLS供电区域内现有JZ热电厂、MX电厂、MHT电厂、XLF电厂、HBW热电厂共5座主力火电厂和1座水电厂作为电源支撑（不包含风电148.3 MW，光伏容量520 MW），总发电出力3250 MW。

2.3 电力负荷大小及其分布

该地区供电负荷主要包括WD地区和HBW、HN地区负荷2590 MW，WST地区负荷1200 MW以及EDS地区负荷约1330 MW三部分构成。其中，WD区负荷1100 MW，HBW、HN地区负荷1490 MW，负荷主要集中在WD、HN区。

2.4 主要元件的热稳定极限以及暂态稳定极限

该地区电网中主要元件的热稳定极限是影响电网供电能力的主要因素之一，暂态稳定也会在一定程度上影响电网的供电能力[5]。运行中应该取热稳定极限和暂态稳定极限的较小值作为电网的控制极限。依据该地区实际情况，JLT供电区域由于无功出力相对不足存在电压稳定问题；WH、QLS供电区域电网联系紧密，无暂态问题，由于部分线路线径较细，热稳定问题较为突出[6-7]。

3 WH电网供电能力分析

3.1 500 kV变电站运行方式

（1）500 kV JLT站共有3台主变压器（容量均为750 MVA）并列运行接带220 kV系统，变电总容量2250 MVA，有功接带能力估算1900 MW，考虑主变压器N-1后的热稳定问题，其有功接带能力约为1280 MW。

（2）500 kV QLS站共有3台主变压器（容量均为750 MVA）并列运行接带220 kV系统，变电总容量2250 MVA，与JLT站主变压器同理，其有功接带能力约为1280 MW。

（3）500 kV WH站共有1—4号4台主变压器（容量均为750 MVA），变电总容量3000 MVA。但因220 kV系统短路电流超标，只有1号、2号、4号主变压器并列运行接带220 kV系统，3号主变压器冷备用；当这3台主变压器中1台停电时，3号主变压器投入运行。因此实际可用变电容量亦为2250 MVA，同样，其有功接带能力约为1280 MW。

3.2 500 kV JLT站供电能力分析

500 kV JLT站供电区域内负荷主要由WD地区（如表1所示）和WST地区两部分构成，平均负荷约为2300 MW（WD地区约为1100 MW，WST地区约为1200 MW），超出JLT主变压器下送极限约400 MW。500 kV JLT—DY双回、WH—JLT双回以及FHL—JLT线均输送功率至JLT站，见图1。该区域内现有WST电厂（2×300 MW）、ZY电厂（2×135 MW）、HS热电厂（2×150+200 MW）、WD电厂（2×150 MW）、DY热电厂（3×50 MW）共5座主力电厂，装机总容量1820 MW，可作为电源支撑[8]。所以JLT主变压器的接带能力与这些电厂的开机方式有极大的关联。理论上该区域负荷与发电出力相抵消后，JLT主变压器接带的平均负荷约为500 MW（截至2019年，JLT站主变压器出现的最大有功负荷780 MW），还可接带约770 MW负荷。但由于区域内负荷较大，发电机组无功出力无法支撑该供电区域电压，所以还存在暂态稳定问题，即当JLT站发生主变压器N-1或1条500 kV母线故障时，可能会造成系统电压崩溃。经稳定计算，JLT站主变压器正常方式及N-1方式下的接带能力按表2控制。

表1 WD地区220 kV变电站负荷情况

表2 JLT站主变压器接待能力控制极限

由表2可见，WD地区正常方式下，JLT主变压器的接带能力与区域内电厂的开机方式有极大的关联。在正常方式下发电机组全出力运行时，还有约120 MW负荷的接带能力，而当JLT站出现主变压器或母线检修时，考虑检修方式下的N-1，需要控制地区负荷。

受JLT站主变压器下送极限影响，WD地区220 kV WF站、SD站新接入负荷受限，运行电压较低，经计算，最多可接带120 MW负荷。

3.3 JH站投产后JLT、JH站供电能力分析

500 kV JH站（2×1200 MVA）投产后，该地区500 kV主网架将得到增强，WD地区220 kV WF站放射状供电改为环网供电，WF地区四级电网事件风险消除。JLT站主要有WST电厂（2×300 MW）、ZY电厂（2×135 MW）、WD电厂（2×150 MW）、DY热电厂（3×50 MW）4座电厂做支撑，总装机容量为1320 MW，接带WD地区RY站、YH站、WF站。JH站主要有HS热电厂（2×150+200 MW）做支撑，装机容量500 MW，接带WD地区WF站、SHT站、JZ站、HT站。JH站投产后JLT站220 kV侧三相短路电流由43.6 kA降至38.9 kA，单相短路电流由44.45 kA降至38.2 kA[1]。JH站投产后电网结构如图2所示。

图2 JH站投产后电网结构图

3.3.1 500 kV JLT变电站供电能力分析

500 kV JH站投产后，JLT站供电区域供电能力有所提高，该地区电厂不同开机方式下，不存在暂态稳定问题。最大负荷1526 MW，考虑JLT站主变压器N-1，实际运行中各电厂按照开1台机考虑，该地区还可以接带389 MW负荷。JLT地区开机容量及接带负荷裕度如表3所示。

表3 500 kV JH站投运后JLT站接带能力

3.3.2 500 kV JH站供电能力分析

500 kV JH站投产后，HS热电厂、220 kV WF站、JZ化工站、HT站切改至JH站接带。HS热电厂不同开机方式下，JH供电区域不存在潮流及暂态稳定问题。地区最大负荷630 MW，考虑JH站主变压器N-1，实际运行中各电厂按照开1台机考虑，该地区还可以接带540 MW负荷。开机容量及接带负荷裕度如表4所示。

表4 500 kV JH站接带能力

3.4 500 kV QLS、WH站供电能力分析

QLS、WH站供电区域内的负荷主要由HBW、HN地区（如表5所示）和EDS地区负荷三部分构成，总负荷约为2820 MW（HBW、HN地区约为1490 MW，EDS地区约为1330 MW），超出QLS、WH站供电区域的接带能力约280 MW。500 kV WH—JLT双回输送功率至JLT站，500 kV BR—WH双回输送功率至WH站，500 kV FHL—QLS线、DK—QLS线均输送功率至QLS站（如图1所示）。该区域内现有JZ热电厂（2×350 MW）、MX电厂（2×300 MW）、MHT电厂（2×200 MW）、XLF电厂（2×200 MW）、HBW热电厂（2×200+2×330 MW）共5座主力火电厂作为电源支撑（不包含风电148.3 MW，光伏容量520 MW），总发电出力3160 MW。因此QLS、WH站的接带能力与这些电厂的开机方式有极大的关联。该区域负荷与发电出力相抵消后，QLS站主变压器接带负荷约为600 MW、WH站主变压器接带负荷约为420 MW，共计1020 MW（截至2019年，QLS站主变压器出现的最大有功负荷1076 MW、WH站主变压器出现的最大有功负荷570 MW），理论上QLS站还可接带负荷约670 MW，WH站还可接带负荷约850 MW，共计1520 MW。但当供电区域内各电厂均开一台机时，QLS、WH站主变压器有功接带能力将受到限制，该地区最多可再接带480 MW负荷，此时QLS站主变压器下送1147 MW，WH站下送1271 MW，WH站负荷达到极限。

表5 HBW、HN地区220 kV变电站负荷情况

具体计算按照大负荷小开机方式计算。大负荷小开机方式下，QLS站、WH站负荷2834 MW，QLS站、WH站区域机组开1台机（MHT站开机200 MW、MX站开机300 MW、XLF站开机200 MW、HBW电厂开机330 MW，JZ热电厂开机330 MW）。QLS站主变压器下送927 MW，WH站主变压器下送1011 MW。该方式下WH站主变压器下送接近热稳定极限。

受QLS站、WH站主变压器下送极限影响，HBW、HN地区220 kV系统新接入负荷受限。经计算，最多可接带510 MW。220 kV QLS—XH三回、XH—YHⅠ线+YH—JSW线断面受QLS—XHⅠ回、XH—YHⅠ线（LGJ-400）导线影响，220 kV XH站、JSW站新接入总负荷不能超过190 MW。

3.5 结论

（1）经分析，JLT供电区域新接入负荷极限为120 MW；QLS、WH供电区域新接入负荷510 MW，其中220 kV XH站、JSW站新接入总负荷不能超过190 MW。

（2）500 kV JH站投产后，JLT供电分区最大供电能力为1900 MW，JH供电分区最大供电能力为1350 MW。

（3）受500 kV JLT站、QLS站、WH站主变压器下送极限限制，不能满足HBW、HN地区未来负荷增长的需求。

4 改进措施

4.1 新建500 kV变电站

由于HBW、HN地区环网运行，随着某地区负荷逐步增长，QLS、WH供电区域潮流问题日益严重。通过计算，限制该地区供电能力的主要因素为QLS站、WH站主变压器下送极限。建议新建一座500 kV变电站，WH—JLT双回破口接入该500 kV变电站，后期新建的某抽水蓄能变电站也可接入该变电站，并逐步打开该地区500 kV/220 kV电磁环网[9-15]，形成独立的220 kV供电区域，各供电区域之间保留足够的备用联络通道。新建500 kV变电站及解环后结构如图3所示。