电力系统的电磁环网运行

电力系统的电磁环网运行

成涛成连生湖南省电力公司（湖南长沙410007）

摘要分析了电力系统电磁环网运行存在的问题，电磁环网运行必须具备的条件。对湖南电网现在和益、长500 kV送变电工程投运后西部500／220 kV电磁环网提出了开环运行的建议。

关键词电力系统电磁环网

1 引言

1．1电力系统的电磁环网是指不同电压等级的输电线路通过变压器磁或电磁耦合构成的环形电网。

1．2电力系统一个新的更高的电压等级问世的早期，网络在结构上不可能做到非常坚强，而是一步步完善、加强并日臻合理的。在这个完善、强化的过程中，为了获取大的网络传输功率，以合理利用廉价资源，满足用户对最大用电的要求等，电力系统大多出现一个或多个电磁环网运行。

1．3电力系统电磁环网运行，通常是指2个相邻电压等级的电气元件联结成环网运行。2个以上电压等级的电气设备形成电磁环网运行的情况，只有在调度员处理事故或转移负荷的短暂时刻里，通过验算确无问题，方可采用这种过渡式的临时的极端特殊的电力系统运行方式。

2 电磁环网开环运行的必要性

2．1 在电力系统运行中，对电磁环网运行往往比较忌讳。据统计，我国1970～1990年共发生与电网结构相关的功角和电压稳定破坏事故187次，其中与高低压网络结构有关的事故达55次，占20．2％。国外与电磁环网相关的大停电事故也屡见不鲜，如1996年7月2日美国西部电力系统大停电事故，当PACI（三回500 kV交流）断开后，大量潮流涌向东部345／230 kV网络，导致电压稳定破坏，WSCC解列为5个孤岛，200多万个用户停电，损失负荷10576 MW，最长停电时间达6．4 h。同年8月10日，该电力系统同类性质的事故再度发生，停电用户、损失负荷、停电时间都远远超过7月2日事故。因此，人们往往“谈环色变”，只要可能，电磁环网均采取开环方式运行。

2．2开环运行有很多可取之处

a．稳定易于控制。在开环网络中发生干扰，往往切除故障元件，再辅以有效的事故处理手段，即可平息事态发展。在环网中如果发生故障，不少情况下切除故障元件后，将引起功率转移，使非故障元件功率越限而导致稳定破坏。

b．潮流控制方便。开环运行时，调整送端电源的有功（或功角）和无功（或电压）即能达到调整潮流的目的。合环时，潮流在环网内自然分布，控制困难，往

往发生环网元件通过功率有的满载甚至过载，有的闲置。

c．限制短路容量。环网开环运行，是限制短路容量的重要手段。合环运行，因综合阻抗往往较小，短路容量比较大。短路容量大的母线，是那些出线较多，并且电源出线集中的母线。这些母线发生故障，往往是触发电力系统大事故的元凶。

d．简化继电保护和安全自动装置。环网的继电保护和稳定措施配置比非环网要复杂得多，配合的难度较大。保护和安全自动装置的复杂化和不配合，一般是事故直接或扩大的原因。

e．在某些环网中，因为开环运行不存在环流问题，可能输电损失比合环运行时要小，从而可提高输电效率。

3 电磁环网运行的可能性

3．1在电力系统的实际运行中，并非排斥一切电磁环网运行方式，相反，在有些情况下，也许在一段时间内在充分利用资源、提高输电可靠性、降低输电损失等方面电磁环网运行比开环运行更利大于弊。

3．2电磁环网运行，必须慎之又慎，并坚持以下原则：

a．在事故情况下，环网中任一元件（主要是高压元件）断开，即便发生功率转移，也不至造成稳定破坏。

b．电磁环网运行时，继电保护配置、整定配合好，安全稳定措施实施简单可靠。

c．电磁环网运行后，受端电压水平应基本不受影响。

d．电磁环网运行，任一母线短路容量的提高，不应造成开关遮断困难。

e．电磁环网运行，输电损失不应明显增加。

3．3如果满足以上五条原则，电磁环网运行是可以接受的。但是，必须指出，“智者千虑必有一失”，大量的事故并不完全在人们的预想之中，因此，电力系统在采用电磁环网运行方式时，应有防止事故联锁发生，造成大的功率转移，可能引起稳定破坏，或引起保护错误动作的可靠措施。

4 湖南电力系统500／220 kV电磁环网运行方式的建议

4．1 湖南电力系统现已形成一个500 kV菱形单环网。500 kV与220 kV电磁环网运行如图1所示，直接上500 kV网络的电源有与华中电力系统相联的葛岗线和五强溪电厂。在岗市变500／220 kV网络之间有功率双向交换。正常情况下，在娄底和云田500／220 kV网络之间只有单向有功功率交换，即500 kV网络向220 kV 网络注入有功功率。

4．2 在这个复杂的电磁环网中，存在以下2个主要问题：

4．2．1 两个“瓶颈”：

a．岗市变电站220 kV送出的“瓶颈”。岗市变电站往220 kV网络送电受3回220 kV联络线（岗铁、岗德、岗迎）输送容量限制。3回线路输送功率的大小与全系统负荷水平、江垭和石门、五强溪电厂的出力、葛洲坝电厂南送功率大小、明山、盘山、护城、武圣宫4个220 kV变电站的负荷大小等有关。连接到岗市变220 kV母线上的发电装机容量900 MW，在某些情况下，还需通过主变接纳部分五强溪电厂和葛洲坝电厂南送电力。2000年系统最大和最小负荷时，明山、盘山、护城、武圣宫等4个220 kV变电站合计最大负荷和最小负荷仅分别为250 MW和120 MW。因此，3回220 kV线路经常处在大负荷下运行，并成为岗市变电站220 kV送出的“瓶颈”。

b．益阳到长沙的西电东送“瓶颈”。常德、益阳220 kV系统接入发电容量近1 570 MW，其中有水电容量近970 MW。地区（含张家界、护城变和厂用电）2000年最大和最小负荷合计仅分别为770 MW和340 MW，分别加上吉首和怀化地区最大岁荷260 MW、最小负荷120 MW，也只有最大负荷1 030 MW、最小负荷460 MW，亦即有540～1 110 MW必须经过岗市变电站主变和益阳到长沙的2回220 kV联络线送出。岗市变电站主变容量仅50万kV·A，益阳到长沙的两回220 kV联络线送电总容量按稳定要求不能超过350 MW。因此，在低谷负荷时西电东送严重受阻。4．2．2 在下列情况下，如果措施不力，可能导致220 kV系统稳定破坏，大面积停电。

a．西部发电失控；

b．岗市变电站主变故障跳闸；

c．益阳到长沙的2回220 kV联络线中的一回跳闸；

d．葛岗线南送功率较大，加上五强溪电站满发，500／220 kV环网中任一条500 kV线路跳闸，功率转移。

4．3长沙、益阳500 kV变电站和岗—益—长—云500 kV线路建成投产前，为了使500／220 kV电磁环网能比较可靠地运行，必须采取以下措施：a．严格监视、限制西部地区的发电出力，使其在平衡地区负荷后，不致使岗市变主变和220 kV岗德、岗铁、岗迎（太）线以及益阳至长沙的2回220 kV联络线输送功率超过稳定极限。

b．装设岗市变主变和220 kV岗德、岗铁、岗（太）迎线以及益阳至长沙的2回220 kV联络线跳闸远切西部发电机组或减出力或就地／远方切长沙等负荷中心地区的负荷。

4．4石门电厂（江垭电站）、盘山变、护城变、窑坡变、明山变、武圣宫变接岗市变220 kV同一组母线，母联开关分开，经岗市变主变上500 kV系统运行。这个打开电磁环网的运行方案其所以可行是因为a．盘山变、护城变、窑坡变、明山变、武圣宫变加石门电厂厂用电2000年最大、最小负荷分别为283 MW和158 MW，即须经岗市变主变送出317～442 MW，基本可行。b．江垭电站300 MW经岗德、岗铁、岗（太）迎3回220 kV线路送出，绝无问题。c．2000年常德加益阳加张家界加吉首和怀化地区，最大、最小负荷分别扣除盘山变、（窑坡变）明山变、武圣宫变负荷后为800 MW、350 MW。亦即凤滩、江垭、凌津滩都满发时，必须通过益阳到长沙的2回