特高壓扎魯特工程投產后黑龍江西部電網分區運行方案研究

劉 進，李 童，郭 裊，江海洋，關萬琳

(1.國網黑龍江省電力有限公司電力科學研究院，哈爾濱 150030；2.國網黑龍江省電力有限公司，哈爾濱 150090)

●電力電子及電力系統自動化●

特高壓扎魯特工程投產后黑龍江西部電網分區運行方案研究

劉 進1，李 童2，郭 裊1，江海洋2，關萬琳1

(1.國網黑龍江省電力有限公司電力科學研究院，哈爾濱 150030；2.國網黑龍江省電力有限公司，哈爾濱 150090)

伴隨網架建設，某局部電網已具備較強的內部聯絡，分區后能夠獨立保證自身供電可靠性，且不影響外部電網的供電可靠性時，該局部電網與外界聯絡斷面即具備分區條件。本文研究了扎魯特工程投產后黑龍江西部電網分區運行方案，對黑龍江西部電網兩個供電區分網后運行方式進行討論，最后給出指導電網實際運行的方案。

網架結構；分層分區；穩定運行；短路電流

電力工業是國民經濟重要組成部分，隨著社會經濟的發展，電力系統的容量不斷增大，由于負荷中心一般都遠離電源，因此需要長線路輸送電能[1]。對線路長、容量大輸電問題，傳統的解決方法是隨著電力系統容量的增加而提高系統電壓，即采用更高的電壓等級來解決上述問題。電磁環網是電網發展過渡階段的產物，這種運行方式一般存在短路電流大、安全保護裝置復雜，使得保護配合困難，需要增加通信通道等問題。電磁環網的存在給現代電網的運行管理帶來麻煩，也給電網的發展帶來不確定因素[2-3]。

隨著特高壓扎魯特工程投產，黑龍江省500 kV電網的不斷發展和加強，實行500 kV/220 kV分層分區運行是必然趨勢，220 kV電網將逐步轉變為地區的配電網絡。500 kV/220 kV電磁環網運行使得線路潮流較難控制，電網的安全穩定運行受到較大影響。黑龍江電網，特別是西部電網長期保持著500 kV/220 kV電磁環網運行的模式，隨著電網的不斷發展，電磁環網運行引起的短路電流水平超標等問題已經嚴重影響了電網的正常運行；同時，電磁環網運行時，潮流分布不清晰，增加了調度運行的困難和控制措施的復雜性。因此，隨著今后500 kV電網的逐步完善，220 kV電網應逐步理順結構，為分區運行做好準備。

1 計算工具與研究方法

1.1 元件模型

在電力系統節點方程中發電機可以等效為一個電壓源和阻抗，負荷為恒定阻抗，輸電線路為阻抗，變壓器為阻抗和理想變壓器[4]，如圖1所示。

圖1 元件模型Fig.1 Component model

1.2 算法

理論上來講，一般采用牛頓迭代法來計算系統的穩定性。牛頓法就是把非線性方程線性化的一種近似方法[5]，設f(x)=0為一個線性方程組把f(x)在x0點附近展開成泰勒級數取線性部分，作為非線性方程的近似方程，即泰勒展開的前兩項，則有f(x0)+f′(x0)(x-x0)=0，設f′(x0)≠0，得到牛頓法的一個迭代序列x(n+1)=x(n)-f(x(n))/f′(x(n))。運用牛頓法最大的優點是平方收斂性很好。

計算流程如圖2所示。

圖2 計算流程圖Fig.2 Calculation flowchart

1.3 故障集的選擇

本文采用黑龍江省2020年夏季大負荷運行方式的工程數據文件，計算時故障集選取黑龍江電網所有220 kV、500 kV及規劃中1 000 kV變壓器、交流線和母線。

2 黑龍江西部電網結構概況

電磁環網分區斷面的確定原則[6]：

(1)按最終目標網架確定的220 kV分區電網時電力平衡。

(2)應保證分區后城市電網的供電可靠性和供電安全性無明顯降低。

(3)分區后城市電網的220 kV母線短路電流水平應滿足導則要求。

(4)分區斷面線路的潮流應較輕，分區后對系統的潮流分布影響不大。

黑龍江西部齊慶電網分區點擬安排為昂綱甲乙線(昂昂溪變—綱要變)、齊讓甲乙線(齊一變—讓胡路變)，線路兩側冷備用(見圖3)。昂昂溪變、齊一變仍為樞紐變，分區后，綱要變、讓變由樞紐變變為雙線供電末端，高牽變由綱要變供電，可靠性相應下降。分區后，齊齊哈爾地區、大慶地區即可實現與外部無電磁環網運行的方式。

3 黑龍江西部電網短路電流水平

黑龍江西部電網包括大慶和齊齊哈爾兩個地區電網，西部電網共有500 kV變電站2座，截止2020年末預計火電廠12座，裝機容量4 905 MW；風電場16座，裝機容量1 522 MW。大慶電網與哈爾濱電網、齊齊哈爾電網進行電力交換，大慶電網火電廠8座，裝機容量2 330 MW(不含乙烯廠8臺325 MW自備機組及宏偉廠2臺100 MW自備機組)。齊齊哈爾電網是東北主網與蒙東呼盟電網聯系的樞紐，分別與蒙東呼盟電網，大慶電網，黑河電網進行電力交換，火電廠4座，裝機容量2 575 MW。

黑龍江西部電網變電站最大短路電流情況見表1，可見，大慶220 kV母線三相短路電流43.126 kA,單相短路電流46.243 kA。其余地區，僅齊南220 kV母線單相短路電流水平較高(46.473 kA)，且三相短路電流(43.577 kA)不超過45 kA。通過合理控制地區開機、加裝主變中性點小電抗等手段，可保證短路電流不超標并留有裕度。

圖3 齊慶電網分區斷面Fig.3 Partition sectionof Qiqihar-Daqingpower grid

表1 2020年黑龍江省變電站短路電流計算結果表Table 1 Short-circuit current calculation results of Heilongjiang substations in 2020

4 地區電網分區方案分析

4.1 分區后齊齊哈爾地區計算分析

4.1.1 正常方式N-1，齊齊哈爾地區開機方式要求

預計2020年，齊地區夏大方式負荷約為1 130 MW，地區火電機組共2 575 MW。齊慶分區后，正常方式下為保證馮屯主變N-1后地區潮流和電壓合格，要求齊地區最小開機500 MW。開機方式：富二1臺200 MW，齊熱1臺300 MW，此時不用安控切負荷即能保證齊地區電壓合格。潮流圖如圖4所示。

2020年，齊地區夏腰方式負荷約為900 MW。正常方式下為保證齊南#1、#2主變之一N-1后其余主變上送不過載，要求控制地區機組總出力不大于2 450 MW。開機方式：富二6臺1 200 MW，齊熱3臺950 MW，富熱1臺300 MW。此時不用安控切機即能保證齊地區潮流和電壓合格。潮流圖如圖5所示。齊地區線路N-1后存在送出過載問題，分區后問題并未加重，安控事故后切機措施按目前配置可以滿足電網安全穩定要求。

圖4 齊慶分區齊地區最小開機方式潮流圖(正常方式馮屯主變N-1)Fig.4 Flow diagram of minimum boot mode in Qiqiharregionafterpartition ofQiqihar and Daqingnetworks(normal mode in main transformer N-1ofFengvillage)

圖5 齊慶分區齊地區最大開機方式潮流圖(正常方式齊南主變N-1)Fig.5 Flow diagram of maximum boot mode in Qiqihar region after partition ofQiqihar and Daqing networks (normal mode,main transformer N-1 of SouthQiqihar)

4.1.2 檢修方式N-1，齊地區開機方式要求

2020年齊地區夏大負荷約為1 130 MW。為保證夏大方式下，齊南#1、#2主變之一檢修，另一臺主變N-1后，齊地區僅剩一臺馮屯500 kV主變(801 MVA)不正送過載，齊地區需要最小開機400 MW。開機方式：富二2臺400 MW,不需要安控切負荷。此時齊地區電壓合格，馮屯變下網676 MVA，潮流圖如圖6所示。

2020年齊地區夏腰負荷約為900 MW。為保證夏腰方式下，齊南#1、#2主變之一檢修，另一臺主變N-1后，齊地區僅剩一臺馮屯500 kV主變(801 MVA)不反送過載，宜控制齊地區機組總出力不大于1 700 MW。開機方式：富二3臺 800 MW，齊熱2臺600 MW，富熱1臺300 MW。此時齊地區電壓合格，馮屯變上網686 MVA，潮流圖如圖7所示。

4.2 分區后大慶地區計算分析

4.2.1 冬大方式N-1，大慶地區開機方式要求

2020年大慶地區冬大負荷約為3 600 MW(不含宏偉廠、乙烯廠自發自用負荷)。齊慶分區后，正常方式下為保證大慶#1主變(801 MVA)N-1后地區潮流和電壓合格，要求大慶地區最小開機2 330 MW。開機方式：新華廠2臺530 MW，西城熱電2臺700 MW，大慶自備4臺900 MW，宏偉廠1臺(#3機)100 MW，安達2臺100 MW。全網最低電壓出現在讓胡路變216 kV，潮流圖如圖8所示。

大慶地區火電裝機共2 330 MW(不含乙烯廠8臺325 MW自備機組及宏偉廠2臺100 MW自備機組)，冬大負荷3 600 MW，為保證大北甲乙線、慶繁甲乙線潮流N-1合格，大慶地區機組必須滿發，所以不建議大慶地區分區。

4.2.2 夏大方式N-1，大慶地區開機方式要求

2020年大慶地區夏大負荷約為3 200 MW。齊慶分區后，正常方式下為保證大慶#1主變(801 MVA)N-1后地區潮流和電壓合格，要求大慶地區最小開機1 880 MW。開機方式：新華廠2臺530 MW，西城熱電1臺350 MW，大慶自備4臺900 MW，宏偉廠1臺100 MW。此時不用安控切負荷即能保證大慶地區電壓合格，全網最低電壓出現在讓胡路變216 kV，潮流圖如圖9所示。

大慶地區火電裝機共2 330 MW(不含乙烯廠)，夏大負荷3 200 MW，為保證大慶#1主變(801 MVA)N-1后大慶#2主變(750 MVA)下網潮流不過載和鋒繁甲線(LGJ-240+2×LGJ-240)潮流N-1合格，大慶地區機組除西城熱電開機1臺外，其余機組滿發，所以不建議大慶地區分區。

圖6 齊慶分區齊地區最小開機方式潮流圖(齊南#1主變檢修且#2主變N-1)Fig.6 Flow diagram of minimum boot mode in Qiqihar region afterpartition of Qiqihar andDaqing networks (South Qiqihar #1 main transformer maintenanceand#2 main transformerN-1)

圖7 齊慶分區后齊地區最大開機方式潮流圖(齊南#1主變檢修且#2主變N-1)Fig.7 Flow diagram of maximum boot mode in Qiqihar region afterpartition of Qiqiharand Daqing networks (South Qiqihar #1 main transformer maintenance and #2 main transformer N-1)

圖8 齊慶分區后大慶地區最小開機方式潮流圖(正常方式大慶1#主變N-1)Fig.8 Flow diagram of minimum boot mode in Daqing region after partition of Qiqihar and Daqing networks (South Qiqihar #1 main transformer maintenance and #2 main transformer N-1)

圖9 齊慶分區大慶地區最小開機方式潮流圖(大慶1#主變檢修)Fig.9 Flow diagram of minimum boot mode in Daqing region after partition of Qiqihar and Daqing networks (Daqing #1 main transformer maintenance)

5 結 論

昂昂溪變與齊慶備用線路相連，昂昂溪變至齊南變雙回線路之一檢修時，可以考慮短時合環，通過備用線路倒至大慶電網供電，維持雙線供電結構，保證供電可靠性。綱要變、讓變均與齊慶備用線路相連，慶綱甲乙線、讓繁甲乙線檢修時，可以考慮短時合環，通過備用線路倒至齊電網供電，維持雙線供電的結構，保證供電可靠性。

根據2020年負荷及投產計劃預計，齊慶地區主要規劃的電網工程建設投產后，齊齊哈爾地區在分區后潮流合理，主變檢修方式N-1不需要安控切負荷，且常規檢修方式下基本不需要重新合環，齊地區分區無問題。大慶地區主要規劃的電網工程建設投產后，大慶地區在冬大方式下分區后，地區機組滿發；夏大方式下分區后，除西城熱電開機1臺其余機組滿發，所以不建議大慶地區分區。因此，考慮慶地區N-1后其余元件不過載及檢修要求，不建議齊慶電磁環網分區。

[1] DL 755—2001，電力系統安全穩定導則[S].

[2] 張祖平，范明天，周莉梅.城市電網電磁環網的解環問題研究[J].電網技術,2008,32(19):42-44.ZHANG Zuping,FAN Mingtian,ZHOU Limei.Research of breaking up electromagnetic ring in urban power network[J].Power System Technology,2008,32(19): 42-44.

[3] 李正文，馮松起，高凱.遼寧電網500/220kV電磁環網解環進展及策略[J].東北電力技術，2012,33(4):7-9.LI Zhengwen,FENGSongqi,GAO Kai.The opening strategy on the electromagnetic grid of Liaoning power grid[J].Northeast Electric Power Technology,2012,33(4):7-9.

[4] 潘煒，劉文穎，楊以涵，等.電磁環網條件下西北750kV電網運行方式的研究[J].電網技術，2007，31(15)：33-38.PAN Wei,LIU Wenying,YANG Yihan,et al.Study on operation mode of 750 kV power grid in Northwest China under the condition of electromagnetic ring network[J].Power System Technology,2007,31(15): 33-38.

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(編輯 侯世春)

Study on partition operation scheme of west Heilongjiang power grid after UHV Zarud project is put into operation

LIU Jin1，LI Tong2，GUO Niao1，JIANG Haiyang2，GUAN Wanlin1

(1.Electric Power Research Institute of Sate Grid Heilongjiang Electric Power Co.,Ltd.,Harbin 150030,China;2.State Grid Heilongjiang Electric Power Company Limited,Harbin 150030,China)

Due to the construction of gridstructures,a local power grid has already hada strong internal contact.After the partitionwhenthe gridcan independently guarantee their own power supply reliability,and does not affect the external power supply reliability,the local power grid and the external contact sectionare able tooperate in partition.Inthis paper,the partition operation scheme of West Heilongjiang power grid after the operation of Zarud projectis studied,the operation modes of two power supply networks in western Heilongjiang power gridare discussedafterpartition,and finally the scheme to guide the actual operation of power grid is proposed.

grid structure; hierarchical partition; stable operation; short circuit current

2017-05-17。

劉 進(1982—)，女，碩士研究生，高級工程師，主要從事電網在線安全穩定分析研究工作。

TM727.2+2

A

2095-6843(2017)04-0283-07