楚雄电网电磁环网及断环点理论分析与探讨石丽波

楚雄电网电磁环网及断环点理论分析与探讨石丽波

石丽波

（云南电网有限责任公司楚雄供电局云南省楚雄市675000）

摘要：基于楚雄电网实际存在的电磁环网，分析合环、解环运行的风险，并针对地区电网的220kV线路的热稳问题及片区新能源送出情况，考虑采用调整运行方式，设置断环点，同时在断环点加装220kV备自投装置的措施建议

关键词：电磁环网；稳定；运行；断点；风险

电力系统中的电磁环网是指不同电压等级的输电线路通过变压器电磁回路联接而成的环型电网，是电网向高电压等级发展过程的产物。随着电网快速发展，500kV网络已经成为输变电主网络，2017年楚雄州第二座500kV变电站鹿城变建成，楚雄电网形成500/220kV鹿城-和平高低压电磁环网。此时若将500/220kV电磁环网合环运行，不仅可能出现网损增大的经济问题，还可能出现严重的稳定问题；另一方面，若简单的将500/220kV电磁环网解环运行，则将削弱网络结构，使运行可靠性降低。从500/220kV电磁环网的结构出发，分析楚雄电网电磁环网合环、解环运行的风险，并提出规避风险的建议，以解决电磁环网能否合环运行，怎样运行的问题，提高楚雄电网安全运行水平。

1、电磁环网运行原则

电磁环网合环运行，易发生多重严重故障潮流转移引发次生稳定问题，最终导致在恶性连锁反应过程中系统崩溃、事故扩大。将电磁环网解环是一项重要的防范系统崩溃的安全措施，但断开电磁环网又存在局部电网供电可靠性下降、发生一般或较大事故风险概率增加的问题。统筹考虑上述因素，电磁环网的断、合环方式及其潮流控制主要遵循以下原则：

（1）当电磁环网合环运行方式存在设备遮断容量超标问题或不满足负荷供电需求时，则提出断环措施并辅以备自投、低频低压减载等二次措施，尽可能减少故障后的负荷损失，尽量降低事故不良后果。

（2）按照《电力安全事故应急处置和调查处理条例》（国务院令第599号）的事故判断标准，对于断环后即单一供电的县级及以上城市，如存在N-1故障即导致一般及以上事故情况的，优先采取合环运行方式，并控制关键断面潮流以满足N-1安全标准，保持系统稳定运行，不损失负荷，其它元件不超过规定的事故过负荷能力。

（3）当电磁环网发生N-2故障时，按照“简化、优化”的原则采取切机、切负荷等稳定控制二次措施后应能保障电网运行安全，不应造成较大及以上事故。综合评估二次措施的可靠性，若二次措施过于复杂或无法有效保障电网运行安全，则提出断环措施。

（4）当电磁环网发生更复杂的严重故障时，应分析其存在的问题并备案，采取措施减少负荷损失，尽可能避免重大及以上事故。

（5）220/110kV电磁环网全部断环运行。

（6）原则上220kV及以上新增断环点变电站应加装备自投装置，新增断环线路应加装线路避雷器。

2、500/220kV鹿城-和平高低压电磁环网薄弱环节分析

500kV鹿城输变电工程220kV鹿紫双回线投产后，大方式下形成了较弱联系500kV/220kV鹿城-紫溪-谢家河-和平电磁环网、500kV/220kV鹿城-和平电磁环网、500kV/220kV鹿城-方山-元谋-和平电磁环网。

楚雄电网2017年大方式电磁环网方式潮流图

（1）大方式新能源出力大时，220kV输电通道潮流较重。地区500kV线路及主变故障，潮流转移至220kV薄弱网架，会造成重过载，经计算：

a.由于紫溪及鹿城片区新能源总装机已达113.4万kW，大方式下出力较大时，500kV鹿城-和平线路N-1故障潮流的12%左右转移到紫溪-谢家河单回线路上，易造成紫溪-谢家河线路重载乃至过载。

b.500kV鹿城-和平、大理-和平双回线路N-2故障也会造成约12%的潮流转移至谢紫线，转移潮流过多造成220kV谢紫线甚至220kV鹿城-和平线路重过载。

c.500kV鹿城单主变N-1会造成220kV谢紫线重载，潮流转移37%至谢紫线。

（2）楚雄220kV电网薄弱断面内220kV线路发生N-1，潮流转移可能导致线路重载。经计算：

a.220kV鹿城-和平单回线N-1，原线路上32%的潮流转移至谢紫线，造成谢紫线重载。

b.220kV鹿城-方山线路N-1或者220kV元谋-和平线路N-1均会造成原线路潮流转移至对方线路，造成220kV鹿方线、元方线、和元线过载。

3、500/220kV鹿城-和平高低压电磁环网风险防范措施分析

（1）可通过鹿城扩建主变解决的问题：由单主变N-1故障造成的线路过载，如鹿城单主变N-1造成谢紫线重过载，可通过新增主变解决，但是电磁环网中500kV线路N-2故障潮流转移引起的过载则无法通过扩建主变解决。

（2）可通过控制地区新能源出力解决的问题：枯大方式下新能源出力较大情况下，220kV鹿方线+220kV和元线路断面、220kV鹿和线+220kV谢紫线单回线断面，由于线径较小，故障下易发生重过载。根据计算结果，现有网架合环运行方式下可通过控制地区新能源出力解决：

a.500kV鹿和乙线（鹿城→和平）×0.16+220kV和紫线（紫溪→和平）断面不大于±280MW；

b.500kV鹿和乙线（鹿城→和平）×0.14+220kV谢紫线（紫溪→谢家河）断面不大于±280MW；

c.500kV鹿和乙线（鹿城→和平）×0.3+220kV鹿紫Ⅰ回线（鹿城→紫溪）断面不大于±540MW；

d.220kV谢紫线（紫溪→谢家河）×0.5+220kV和紫线（紫溪→和平）断面不大于±280MW；

e.220kV和紫线（紫溪→和平）×0.5+220kV谢紫线（紫溪→谢家河）断面不大于±280MW；

f.需控制220kV鹿紫Ⅰ回线（紫溪→鹿城）+220kV和紫线（紫溪→和平）+220kV谢紫线（紫溪→谢家河）断面潮流不大于±540MW。

但同时也说明现有网架难以满足后续新能源接入送出需求。

（3）为防范电磁环网运行风险，同时提高新能源的送出能力，考虑采取调整运行方式，解开电磁环网：在楚雄220kV电网枯期新能源出力较多，鹿城变扩建主变暂未实现的情况下，考虑采用调整运行方式，设置断环点，同时在断环点加装备自投装置解决。

4、楚雄电网电磁环网断环方式分析

考虑将断环点设置在电磁环网中输送能力较弱的断面及相关节点（1）将断环点设置在谢家河母联：断开了薄弱线路谢紫线，避免了相关故障下谢紫线重过载。但是在鹿城主变N-1后，楚雄市损失负荷比例达到65%，可能构成较大电网事故。另外谢家河作为主供楚雄州唯一的县级市负荷中心变电站，分列运行供电可靠性较低。谢紫线及和谢线N-1，均将造成谢家河一半失压。另外由于鹿城-和平间电磁环网未完全断环，相关500kV线路或主变故障下，潮流将全部转移至鹿城-和平220kV线路上，仍可能引起过载。

（2）将断环点设置在220kV谢紫线：同样避免了相关故障下谢紫线重过载。在鹿城主变N-1后，楚雄市损失负荷比例达到52%。但是在和谢线N-1后，将造成谢家河变全站失压，楚雄市损失负荷比例达到42%，可能构成较大电网事故。相关500kV线路或主变故障下，造成220kV鹿和线过载仍存在。

（3）将断环点设置在紫溪变及鹿城变母联：鹿城变主变主要向紫溪变一段母线供电，紫溪变110kV侧接入的大部分风电仍通过鹿城主变上网。和平变以两个三角环网形式供电。若发生鹿城单主变N-1故障，损失负荷控制在楚雄市的25%左右，另外同时在紫溪变加装220kV备自投装置，实现母联备投功能。另外，紫溪片区接入风电可通过鹿紫单回线经鹿城主变上网送出，新能源送出能力可以提高到580MW，比原来增加一倍。但是该断环方式下，鹿城变单主变主要满足新能源上网需求，使得原和平供电片区变化不大，只是优化了事故处理及检修方式下的运行方式安排。

综上所述，为避免500kV鹿和线、大鹿线线路、鹿城单主变N-1所带来的220kV线路热稳问题，同时尽可能保证提高紫溪接入的新能源送出，将500kV/220kV鹿城-紫溪-谢家河-和平电磁环网、500kV/220kV鹿城-和平电磁环网、500kV/220kV鹿城-方山-元谋-和平电磁环网断环运行，断环点设置在220kV紫溪变的母联和500kV鹿城变的220kV母联。另外同时在紫溪变加装220kV备自投装置，实现母联备投功能。

参考文献：

[1]云南电网2017年运行方式楚雄州自然灾害多发区保底电网策略研究