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ｄｏｉ:１０３９６９/ｊｉｓｓｎ１００８￣０１９８２０１４０２００３２２０ｋＶ/１１０ｋＶ电磁环网闭环试验对象的选择何禹清ꎬ谢欣涛ꎬ徐超(国网湖南省电力公司经济技术研究院ꎬ湖南长沙４１０００７)摘 要:文中以湖南电网为基础ꎬ结合电网运行的经验确定闭环区域选定的基本原则ꎬ以此为基础选定可闭环的电磁环网ꎬ并从短路电流水平、Ｎ－１校核、网损和保护通信等方面分析初选对象的可行性并确定待选对象ꎮ针对待选对象ꎬ在多负荷水平下对其网损、冲击电流和暂态稳定进行校核ꎬ并制定有针对性的预控措施ꎮ关键词:电磁环网ꎻ闭环运行ꎻ网损ꎻ短路电流ꎻ潮流计算ꎻ稳定校核中图分类号:ＴＭ７１５ 文献标志码:Ａ 文章编号:１００８￣０１９８(２０１４)０２￣０００７￣０４收稿日期:２０１３￣０６￣１７ 改回日期:２０１３￣０７￣２２基金项目:国网湖南省电力公司科技项目(ＫＺ１２Ｋ１６００３)Ｔｅｓｔｏｂｊｅｃｔｓｅｌｅｃｔｉｏｎｏｆｃｌｏｓｅｄ￣ｌｏｏｐｏｐｅｒａｔｉｏｎｆｏｒ２２０ｋＶ/１１０ｋＶｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｌｏｏｐｎｅｔｗｏｒｋＨＥＹｕ￣ｑｉｎｇꎬＸＩＥＸｉｎ￣ｔａｏꎬＸＵＣｈａｏ(ＳｔａｔｅＧｒｉｄＨｕｎａｎＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎＥｃｏｎｏｍｉｃａｌ＆ＴｅｃｈｎｉｃａｌＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅꎬＣｈａｎｇｓｈａ４１０００４ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:ＣｏｍｂｉｎｉｎｇｗｉｔｈｔｈｅｐｏｗｅｒｇｒｉｄｏｐｅｒａｔｉｏｎｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅꎬｔｈｅｂａｓｉｃｐｒｉｎｃｉｐｌｅｔｏｄｅｔｅｒｍｉｎｅｔｈｅｌｏｏｐｒｅｇｉｏｎｓｅｌｅｃｔｉｏｎｉｓｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄｉｎＨｕｎａｎｐｏｗｅｒｇｒｉｄ.Ｏｎｔｈｅｂａｓｉｓｏｆｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅꎬｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｌｏｏｐｎｅｔｗｏｒｋｉｓｓｅｌｅｃｔｅｄꎬａｎｄｔｈｅｃａｎｄｉｄａｔｅｔｅｓｔｏｂｊｅｃｔｉｓｓｅｌｅｃｔｅｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｓｈｏｒｔ￣ｃｉｒｃｕｉｔｃｕｒｒｅｎｔｌｅｖｅｌꎬＮ－１ｃｈｅｃｋꎬｎｅｔｗｏｒｋｌｏｓｓꎬｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎａｎｄｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｐｒｉｍａｒｙｏｂｊｅｃｔ.Ｔｈｅｐｏｗｅｒｌｏｓｓꎬｔｈｅｉｍｐｕｌｓｅｃｕｒｒｅｎｔａｎｄｔｒａｎｓｉｅｎｔｓｔａｂｉｌｉｔｙａｒｅｃｈｅｃｋｅｄａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｌｏａｄｌｅｖｅｌꎬａｎｄｔｈｅｓｐｅｃｉｆｉｃｐｒｅ￣ｃｏｎｔｒｏｌｍｅａｓｕｒｅｓａｒｅｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｌｏｏｐｎｅｔｗｏｒｋꎻｃｌｏｓｅｄ￣ｌｏｏｐｏｐｅｒａｔｉｏｎꎻｐｏｗｅｒｌｏｓｓꎻｓｈｏｒｔ￣ｃｉｒｃｕｉｔｃｕｒｒｅｎｔꎻｆｌｏｗｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎꎻｓｔａｂｉｌｉｔｙｃｈｅｃｋ 电磁环网是指２组不同电压等级运行的线路ꎬ通过两端变压器磁回路的联接而并联运行ꎬ它是在电网发展过程中的一种特殊的网架结构ꎮ在某些情况下ꎬ电磁环网运行对系统传输极限、热稳定电流、保护配合和短路电流造成负面作用〔１￣４〕ꎮ因此ꎬ目前国内对电磁环网的研究主要集中在如何优化解环方面ꎬ对于绝大部分２２０ｋＶ/１１０ｋＶ电磁环网采取开环运行的方式〔５￣８〕ꎮ然而ꎬ２２０ｋＶ/１１０ｋＶ电磁环网解环运行是一把“双刃剑”ꎬ一方面它可减少２２０ｋＶ电压等级电网严重故障下潮流转移引起的稳定破坏问题ꎻ但另一方面又会降低正常运行方式下大电网的稳定裕度和局部１１０ｋＶ电网的供电安全可靠性〔９ꎬ１０〕ꎮ随着电网精细化管理要求的提高ꎬ在日常的电网规划、电网运行等工作中已经逐渐感到不加选择地将所有２２０ｋＶ/１１０ｋＶ电磁环网一律打开运行的模式可能对系统安全、经济运行带来不利影响〔１１〕ꎮ１ 闭环对象的初选１１ 闭环对象的初选原则１)考虑到２２０ｋＶ/１１０ｋＶ电磁环网闭环运行时ꎬ会在一定程度上增大短路电流ꎬ因此网络密集、短路电流本身较大的地区ꎬ不纳入２２０ｋＶ/１１０ｋＶ电磁环网闭环运行选定区域ꎮ７ 第３４卷第２期湖 南 电 力ＨＵＮＡＮＥＬＥＣＴＲＩＣＰＯＷＥＲ ２０１４年４月２)考虑到目前尚未开展２２０ｋＶ/１１０ｋＶ电磁环网闭环运行ꎬ运行经验欠缺ꎬ因此环网内１１０ｋＶ变电站供带重要用户的不纳入本次２２０ｋＶ/１１０ｋＶ电磁环网闭环运行选定范围ꎮ３)考虑到目前１１０ｋＶ线路保护基本以距离保护为主ꎬ极少配置快速保护ꎬ且故障切除和恢复供电以备自投为主ꎬ因此通过多个１１０ｋＶ串接形成的２２０ｋＶ/１１０ｋＶ电磁环网不列入选定范围ꎮ１２ 初选对象湖南省电网可纳入初选范围的２２０ｋＶ/１１０ｋＶ电磁环网见表１ꎮ表１ 初选的２２０ｋＶ/１１０ｋＶ电磁环网环网名称所在地区环网名称所在地区新市—安园—袁家铺岳阳曲河~横冲~蒋家田永州文里—窑洲—新市岳阳曲河—横冲—老山界永州依江—路口—峡山岳阳蒋家田—横冲—老山界永州君城—南岳—湛佳塘衡阳鹅塘—游家—上渡娄底马托—肖家—蓉城郴州永丰—双峰—贺家娄底福冲—杨梅山—外沙郴州永丰—青树坪—贺家娄底蓉城—珺山—城前岭郴州漳江—陬市—铁山常德濂溪—蚂蝗塘—女书永州阳塘—泸阳—田家怀化注:下文中电磁环网名称缩写为变电站首字ꎮ２ 初选对象分析对初选对象从约束条件和优选条件２个方面进行可行性分析ꎮ不能满足约束条件的初选对象不能采取闭环运行ꎮ在满足约束条件的前提下通过优选条件的对比分析来确定待选对象ꎮ约束条件主要包括短路电流和Ｎ－１校核ꎮ优选条件主要包括网损、保护与通信改造工程量和实施难易程度ꎮ２１ 短路电流分析对初选的２２０ｋＶ/１１０ｋＶ电磁环网进行短路电流计算ꎬ结果见表２ꎮ从计算结果可见ꎬ备选的１６个环网ꎬ闭环后１１０ｋＶ变电站母线的短路电流约增加２~５ｋＡꎬ经校核ꎬ均未超过所对应断路器的遮断容量ꎬ且还有较大裕度ꎮ这也说明通过初选原则的筛选对限制短路电流的水平是有效的ꎮ２２ Ｎ－１校核分析对初选的２２０ｋＶ/１１０ｋＶ电磁环网进行Ｎ－１分析计算ꎬ主要分析选定２２０ｋＶ/１１０ｋＶ电磁环网内的２２０ｋＶ线路和主变故障情况下ꎬ１１０ｋＶ的热稳定问题ꎬ结果见表２ꎮ从计算结果可见ꎬ初选的２２０ｋＶ/１１０ｋＶ电磁环网均能满足２２０ｋＶ线路的Ｎ－１校核ꎬ１１０ｋＶ闭环线路在故障情况下不会出现热稳定问题ꎮ２３ 网损分析对初选的２２０ｋＶ/１１０ｋＶ电磁环网进行网损计算ꎬ结果见表２ꎮ从计算结果可见ꎬ在２０１３年丰大典型方式下ꎬ新市—安园—袁家铺、蓉城—珺山—城前岭、濂溪—蚂蝗塘—女书、鹅塘—游家—上渡、漳江—陬市—铁山等８个电磁环网闭环后较闭环前网损出现下降ꎬ其他电磁环网出现网损增大情况ꎮ为体现电磁环网闭环运行的经济性ꎬ暂将网损增大的对象剔除出本次闭环实验范围ꎮ表２ 初选２２０ｋＶ/１１０ｋＶ电磁环网指标分析环网名称短路电流/ｋＡ合环前合环后Ｎ－１校核闭环后网损增量/ＭＷ保护改造光纤改造新—安—袁４３６９２０稳定－０２６７无无文—窑—新７８８１０３３稳定０４０６无无依—路—峡９７５１４１３稳定００７７无无君—南—湛３１６６４４稳定－０００３无无马—肖—蓉５２２８８２稳定－０００２无无福—杨—外４２３５４４稳定０２５８无无蓉—珺—城９２１１５３稳定－００９４无无濂—蚂—女２８８５４８稳定－０２１１无无曲—横—蒋７８１０６２稳定０１４９１无无曲—横—老７８１１４７稳定００５３７无无蒋—横—老７８１０６１稳定０３４２７无无鹅—游—上６１４９５６稳定－０２９４无无永—双—贺４０７６７１稳定０２５４９无无永—青—贺４０７６８２稳定０４０３９无无漳—陬—铁１３５９１６４４稳定－００７３无无阳—泸—田９３３１１３４稳定－００２９无无２４ 保护与通信状态分析对初选的２２０ｋＶ/１１０ｋＶ电磁环网的保护与通信进行分析ꎮ所选对象涉及的线路双侧均配置有距离保护ꎬ所涉及的变电站均有直达光缆ꎬ均无保护配置改造工程量和光纤改造工程量ꎮ２５ 待选环网对象结合对初选的２２０ｋＶ/１１０ｋＶ电磁环网进行的网损、线路Ｎ－１校核、保护与通信的分析和工程实施的难易程度ꎬ选定濂溪—蚂蝗塘—女书为实验对象ꎬ接线示意图如图１所示ꎮ８第３４卷第２期湖 南 电 力２０１４年４月图１濂溪—蚂蝗塘—女书环网接线示意图３ 待选对象校核３１ 网损分析图２为蚂蝗塘１１０ｋＶ变不同负荷水平下ꎬ闭环前、后网损相对值的变化情况ꎮ由图２可见ꎬ随着蚂蝗塘下网负荷的增大ꎬ闭环运行后的网损基本呈指数减少ꎬ闭环运行后的降损效果明显ꎮ同时ꎬ通过蚂蝗塘１１０ｋＶ变负荷特性分析ꎬ其负荷基本稳定在４０ＭＷ附近水平ꎬ高峰负荷约为７３ＭＷꎬ低谷负荷约为１９ＭＷꎮ因此ꎬ从理论线损的分析看ꎬ该环网的闭环运行有较好的降损效果ꎮ图２ 蚂蝗塘１１０ｋＶ变不同负荷水平下 相对网损变化３２ 压差和冲击电流分析正常方式下ꎬ１１０ｋＶ女蚂线在蚂蝗塘侧开环运行ꎬ开环点蚂蝗塘侧１１０ｋＶ母线与１１０ｋＶ女蚂线线路侧电压差为００２１８ｋＶꎬ电压相角差为１５６度ꎬ冲击电流为００８２０１ｐｕ(即７１３１Ａ)ꎬ同时没有设备过载ꎬ也不会引起保护动作ꎬ因此满足闭环条件ꎬ可以进行闭环操作(调度规程的原则性要求为:闭环前闭环点两侧相位需一致ꎬ闭环点两侧电压差２２０ｋＶ及以下电压等级最大不超过额定电压的３０％ꎬ相角差不超过３０度ꎬ５００ｋＶ最大不超过额定电压的２０％ꎬ相角差不大于３０度ꎬ且闭环后环网内设备不过载ꎬ保护可靠动作)ꎮ３３ Ｎ－１及暂态分析濂溪—蚂蝗塘—女书环网所处地区小水电非常丰富ꎬ丰水期还承担广西水电的输送ꎬ运行方式受水电出力影响较大ꎬ因此必须同时对其正常丰大方式和水电大发方式进行稳定性校核、分析ꎮ１)正常方式ꎮ在正常方式下ꎬ对濂女线、女水线、紫濂线、紫水线、濂溪主变、女书主变故障进行分析ꎮ结果表明在各种故障条件下ꎬ系统均能保持稳定运行ꎮ同时考虑到１１０ｋＶ濂蚂线、女蚂线２条线路无纵联保护、蚂蝗塘变电站无１１０ｋＶ母差保护ꎬ蚂蝗塘１１０ｋＶ母线三相故障对该区域的稳定水平影响最大ꎮ考虑女书变女蚂线、濂溪变濂蚂线距离Ⅱ段动作时限为１２ｓꎬ计算暂态稳定ꎬ其暂态过程如图３所示ꎮ计算结果表明ꎬ蚂蝗塘１１０ｋＶ母线故障时ꎬ系统可保持稳定ꎮ图３ 蚂蝗塘１１０ｋＶ母线三相故障暂态图２)水电大发方式ꎮ结合该地区历史各变电站丰水期的电力上送情况ꎬ水电大发时ꎬ女书变上送约８０ＭＷꎬ蚂蝗塘上送约１５ＭＷꎬ水湾变上送约１５０ＭＷꎬ广西通过水湾变向永州电网送约６０ＭＷꎮ对各故障情况进行分析ꎬ计算表明在各种故障发生后ꎬ系统均能保持稳定运行ꎮ其中紫水线双回(为同塔双回线路ꎬ见图４)同时三相故障对该区域的稳定水平影响最大ꎬ计算结果表明此时系统亦能保持稳定ꎮ图４ 紫水线双回三相故障暂态图４ 预控措施为保证濂溪—蚂蝗塘—女书闭环后电网的安全９第３４卷第２期何禹清等:２２０ｋＶ/１１０ｋＶ电磁环网闭环试验对象的选择２０１４年４月稳定运行ꎬ须从几个方面制定预控措施ꎮ１)热稳定问题的预控措施:考虑到女书主变跳闸后ꎬ女书变负荷转由濂溪—蚂蝗塘—女书的１１０ｋＶ线路供带ꎬ为防止该线路出现热稳定问题ꎬ女书变供带负荷最大为８２０ＭＷꎬ大于８２０ＭＷ时ꎬ需考虑负荷连切ꎻ考虑到女书主变跳闸后ꎬ女书变上送的潮流转由濂溪—蚂蝗塘—女书的１１０ｋＶ线路供带ꎬ为防止该线路出现热稳定问题ꎬ女书变上送的潮流最大为８２０ＭＷꎬ大于８２０ＭＷ时ꎬ需考虑上网线路的连切ꎮ２)闭环操作的预控措施:通过调整女书变、蚂蝗塘变主变档位、电容器和电抗器的投退ꎬ尽可能减少闭环点的电压差及相角差ꎬ从而减少闭环电流ꎻ为控制闭环联络线的闭环电流ꎬ闭环时应尽量选择在负荷较低的时间进行ꎮ３)运行方式的预控措施:密切关注２２０ｋＶ濂