（电气工程专业论文）大乌海地区电网电磁环网解环方案研究.pdf

f 1lq，1，13 声明尸明 l i i ii l ll l lll l l ll l ll l l l l y 17 9 7 0 4 1 本人郑重声明：此处所提交的工程硕士专业学位论文大乌海地区电网电磁环网解 环方案研究，是本人在华北电力大学攻读工程硕士专业学位期间，在导师指导下进行 的研究工作和取得的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论 文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大学或其他 教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献 均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：雄日期：学 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保管、 并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩印或其它复制手 段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校可以学术交流为 目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学 位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名： 日期： 导师签名： 日期： 华北电力大学工程硕士专业学位论文 摘要 电磁环网是在电网发展过程中产生的一种特殊的网架结构。电磁环网的 存在给电网的发展带来许多不确定因素，国内外与电磁环网相关的大停电事 故屡见不鲜。解开电磁环网运行将是必然的选择。 本文分析了电磁环网对电网经济、可靠运行带来的影响，概述了电磁环 网解环运行的评判原则。在上述原则指导下制定了内蒙古大乌海地区 5 0 0 k v - 2 2 0 k v 电网环网解环的方案及相应的运行方式，利用电力系统潮流计 算软件b p a 对解环后的电网进行计算，分析的结果表明所制定方案是可行 的。最后根据计算的结果对内蒙古大乌海地区5 0 0 k v - 2 2 0 k v 电网环网解环运 行提出了相应的建议。本文对于中国其他地区电磁环网解环操作具有一定的 参考价值。 关键词：电磁环网，电网经济性，解环方案，b p a a b s t r a c t t h ee l e c t r o m a g n e t i c a l l yc o u p l e dp o w e r1 0 0 pi sap a r t i c u l a rf o r mo fn e t w o r k c o n f i g u r a t i o n t h eo p e r a t i o no fe l e c t r o m a g n e t i cl o o pn e t w o r kr e s u l t si nm a n y u n c e r t a i np r o b l e r n sa n da c c i d e n t sh a v i n gs o m e t h i n gt od ow i t he l e c t r o m a g n e t i c l o o pw h i c ho c c u rc o m m o n l yi ne i t h e rf o r e i g no rd o m e s t i cc o u n t r i e s s oi ti s i n e v i t a b l et ob r e a k o u te l e c t r o m a g n e t i cl o o pn e t w o r k u n d e rt h eg u i d a n c eo ft h ea b o v e - m e n t i o n e dp r i n c i p l e s ，t h es o l u t i o np r o g r a m a n dc o r r e s p o n d i n go p e r a t i n gm o d e so f5 0 0 k v 0 2 2 0 k ve l e c t r o m a g n e t i cl o o p u n t y i n go fd aw u h a ir e g i o ni ni n n e rm o n g o l i ag r i da r ed r a f t e do u t t h ep o w e r g r i di sc a l c u l a t e da f t e rd aw u h a ie l e c t r o m a g n e t i cl o o pi sb r o k e no u tu s i n gp o w e r f l o wc a l c u l a t i o ns o f t w a r eb p a 。t h ea n a l y s i sr e s u l t ss h o wt h a tt h es o l u t i o n p r o g r a mi sf e a s i b l e f i n a l l y , a c c o r d i n gt ot h ec a l c u l a t i o nr e s u l t s ，c o r r e s p o n d i n g r e c o m m e n d a t i o n sa r ep r o v i d e df o rt h er u n n i n go fi n n e rm o n g o l i ar e g i o nw u h a i 5 0 0 k v - 2 2 0 k ve l e c t r o m a g n e t i cl o o pu n t y i n g i ti sv a l u a b l ef o re l e c t r o m a g n e t i c l o o ps o l u t i o ni no t h e rp a r t so fc h i n a h a oj u a n ( e l e c t r i cp o w e re n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f h u a n gw e i k e yw o r d s ：e l e c t r o m a g n e t i cl o o p ，p o w e rg r i de c o n o m y ，e l e c t r o m a g n e t i c l o o ps o l u t i o np r o g r a m m e ，b p a 华北电力大学工程硕士专业学位论文 目录 中文摘要 英文摘要 第一章引言l 1 1 研究背景和选题意义l 1 2 国内外研究动态3 1 3 本文的主要工作。5 第二章电磁环网合环运行分析6 2 1 电磁环网形成的原因2 2 1 6 2 2 电磁环网合环运行的缺点7 2 3 电磁环网合环运行分析与控制8 2 3 1 安全稳定性因素9 2 3 2 经济性因素1 3 第三章电磁环网解环分析。1 4 3 1 电磁环网解环运行的优点1 4 3 1 1 稳定易于控制1 4 3 1 2 潮流控制方便1 4 3 1 3 限制短路容量1 4 3 1 4 简化继电保护和安全自动装置1 4 3 1 5 可提高输电效率1 4 3 2 电磁环网合解环的原则和分析步骤1 5 3 3 电磁环网解环运行的评判原则1 6 第四章大乌海地区5 0 0 2 2 0 k v 电磁环网解环分析1 9 4 1 大乌海地区及电网现状1 9 4 1 1 乌海现状19 4 1 2 大乌海地区电网现状1 9 4 2 大乌海地区5 0 0 2 2 0 k v 电网解环方案2 2 4 2 1 解环方案2 2 4 2 2 运行方式2 3 华北电力大学工程硕士专业学位论文 4 2 3 故障切除时间2 3 4 3 两种电网解环方案分析2 3 4 3 1 潮流分析2 3 4 3 2 静态安全性分析2 7 4 3 3 短路电流2 8 4 3 4 暂态稳定计算分析2 9 4 4 优化解环方案3 4 4 4 1 采纳的解环方案及其优化3 4 4 4 2 优化方案的计算分析3 5 第五章总结及建议3 7 参考文献3 8 致谢4 0 在学期间发表的学术论文和参加科研情况一4 l 华北电力大学工程硕士专业学位论文 1 1 研究背景和选题意义 第一章引言 电力工业是国民经济重要组成部分，是关系到国计民生的基础产业。改 革开放以来，我国经济一直持续高速发展，为了满足经济高速增长带来的电 力负荷的飞速增长，中国的电力工业取得了巨大的成就，已经进入大电网、 大机组、高电压、高自动化的发展时期。由于负荷中心一般都远离电源，因 此需要远距离输送电能。对远距离大容量输电问题，传统的解决方法是随着 系统容量的增加而提高系统电压，即采用更高一级电压等级来解决上述由于 电网发展而出现的问题，这就是现在电网普遍采用2 2 0 k v 、5 0 0 k v 甚至更高 电压等级的原因。 电力系统的网络结构是一步步完善、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 户对用电的要求，电力系统大多出现一个或多个电磁环网运行。电磁环网是 指不同电压等级的线路通过线路两端变压器的电磁回路连接而成的并联环 路【l 】o 电磁环网是电网发展过渡阶段的产物，该运行方式一般存在短路电流 大、潮流分布及安全保护装置复杂、保护配合困难、需要增加通信通道等问 题。电磁环网的存在给现代电网的运行管理带来麻烦，也给电网的发展带来 不确定因素【2 】。我国在1 9 7 0 - - 1 9 9 0 间年共发生与高低压网络结构有关的事故 达5 5 次。国外与电磁环网相关的大停电事故也屡见不鲜，1 9 9 6 年7 月2 日 美国西部电力系统w s c c 大停电事故造成2 0 0 多万个用户停电，损失负荷 1 0 5 7 6 m w ，最长停电时间达6 4 小时。同年8 月1 0 日，该电力系统同类事 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。同 时在电磁环网中，由于高一级电压线路断开造成负荷转移，在国内外电力系 统中，已经多次重复地造成了事故扩大，即使很强的电磁环网也不可避免地 出现稳定问题。 与电磁环网合环运行时具有的诸多缺点相比，电磁环网解环运行却有许 多的优点： 1 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。 2 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。 华北电力大学工程硕士专业学位论文 3 可以限制短路容量。环网开环运行，是限制短路容量的重要手段。 4 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。 5 提高输电效率。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 】。 我国的电力系统稳定导则明确规定：应避免和消除严重影响电网安 全稳定的不同电压等级的电磁环网。在我国，随着5 0 0 k v 电网逐步完善，应 考虑逐步打开5 0 0 k v 一2 2 0 k v 电磁环网中的2 2 0 k v 电网，以充分发挥高一级 电压电网输送容量大的优势，避免高压线路故障后大功率转移，引发大规模 停电事故【4 j 。因此研究电磁环网解环具有重要的实际意义。 内蒙古电网近几年发展迅速，5 0 0 k v 和2 2 0 k v 电网得到了很大的加强， 为提高内蒙古西部电网安全稳定经济运行水平，增加主要断面的送电能力， 优化地区电网网架结构，内蒙古电力( 集团) 公司要求开展解开内蒙古西部 电网各供电区之间5 0 0 2 2 0 k v 电磁环网规划研究工作。实现内蒙古西部电网 电磁环网解环规划与内蒙古电网“十一五”、“十二五”规划有机衔接。 公司要求内蒙古电网规划与自治区经济社会发展相适应，进一步加强和 完善自治区电网网架结构，使电网建设与电源建设相适应，逐步形成由不同 电压等级、不同输电方式合理配置的电网，提高输配电能力，最大发挥电力 系统的整体效率。为加快自治区优势资源，打造能源重化工基地，保持经济 的长周期、快增长搭建基础平台。坚持开发和节约并重，把节约放在首位， 提高电力工业的整体质量水平和经济效益。加快5 0 0 千伏主干网架的建设。 尽快形成结构合理、输送通畅的5 0 0 k v 网架结构，既能满足区内用电的需要， 也能满足汇集电源向华北电网和特高压电网输送的需要。适时解开各供电区 之间5 0 0 2 2 0 千伏电磁环网。增强主要断面的送电能力，提高内蒙古电网安 全稳定运行水平，满足电网实际运行中的潮流交换要求。 大乌海地区电磁环网解环方案研究，是内蒙古西部电网电磁环网解环规 划的具体研究内容之一。大乌海地区电磁环网解环方案研究结合内蒙古电网 实际情况，重点研究大乌海地区5 0 0 2 2 0 干伏电磁环网的解环条件，分析解 环对电网输送能力和安全稳定的影响，发现可能存在的系统稳定、变压器或 线路过负荷等问题，为确定大乌海地区解环方案提供技术依据和理论指导， 确保内蒙古电网的安全稳定运行。 大乌海地区电网处于内蒙古电网西部，通过乌海一布日都双回5 0 0 k v 线 路与内蒙古电网相连。大乌海地区电网包括乌海市、阿拉善盟、鄂尔多斯西 2 华北电力大学工程硕士专业学位论文 部电网。预计到2 0 1 0 年底大乌海地区电网有5 0 0 k v 变电站三座，即乌海 5 0 0 k v 变电站、吉兰太5 0 0 k v 变电站、乌海北5 0 0 k v 变电站。大乌海地区依 托这3 个5 0 0 k v 变电站分成3 个区域：乌达、阿拉善地区，海勃湾地区，海 南、鄂尔多斯西部地区。大乌海地区电网不仅承担本地区负荷供给的任务， 而且承担着阿盟地区与巴盟部分电站的供电任务，以及与鄂尔多斯地区电网 联络的任务，是蒙西电网的重要组成部分。 随着大乌海电网的快速发展，目前大乌海地区主要存在以下几方面的问 题： 1 暂态稳定影响电厂出力受阻。鄂绒电厂、海勃湾三期集中接入乌海 变2 2 0 k v 侧，2 2 0 k v 系统暂态稳定问题严重，海勃湾电厂撑5 、群6 机组和鄂绒 电厂的撑l ，群2 机组出力仍然受阻。 2 暂态稳定导致断面送出问题。海神电厂接入内蒙古电网后，由乌吉 单回5 0 0 k v 线和吉顺双回2 2 0 k v 线构成对阿拉善的送电断面，由于阿拉善电 网5 0 0 k v 与2 2 0 k v 网架联系薄弱，以及阿拉善地区辐射状网架负荷支撑能力 较弱，导致该送电断面输送能力受阻。 3 阿盟的中盐吉兰太、乌斯泰地区，以及乌海市乌达区的海神电厂、 惠通变、五福变，集中接在吉兰太5 0 0 k v 变电站上，该地区处于电网末端， 且与主网联系薄弱，而负荷增长迅速，导致了此地区在发生三相短路故障时， 会引起电压崩溃，造成机组失稳，从而导致系统失稳。 4 受伊和一顺达或伊和一卧龙岗n 1 故障的热稳定限制，蒙西电厂出 力受阻。 。 结合大乌海地区电网存在的问题，进行大乌海地区电磁环网解环方案研 究，规划设计合理的电网结构，确保大乌海地区电网的安全稳定运行，是内 蒙古电网面临的重要课题之一。 进行大乌海地区电网解环研究，能够及时发现电网设计、建设过程中可 能存在的问题，并提出相应的改进措施，对做好电网规划方案与电网年度运 行方式的衔接、合理安排建设进度，保证内蒙古电网“十二五”规划方案的顺 利实施及电网的安全稳定运行将起到重要作用。 1 2 国内外研究动态 电磁环网是电力系统安全运行中的不安全隐患，是电网运行管理者所面 对的重要问题。在电磁环网合环运行时，需要确定一旦发生事故，已有的安 全措施是否能够满足系统安全稳定运行的要求，在电网建设运行到一定阶段 3 华北电力大学工程硕士专业学位论文 后，则需要判断将电磁环网开环运行的时机是否已成熟。近年来，国家电网 公司及各省级电力公司对电磁环网运行问题比较重视，多次提出关于电磁环 网中低一级电压等级解环运行，2 0 0 1 年颁布的电力系统安全稳定导则明 确规定：应避免和消除严重影响电网安全稳定的不同电压等级的电磁环网。 在我国，北京、吉林、江西、安徽、河北、湖南、上海、江苏、浙江、福建 等许多省( 市) 份都做过电磁环网解环运行的实践【5 】- 【9 1 。在长期的研究和实 践中人们总结出了电磁环网解环的时机以及解环点的确定原则【l l 。 电磁环网解环的时机确定原则： 1 若5 0 0 k v 电网发生n 1 故障或5 0 0 k v 主通道断开将导致2 2 0 k v 电网 大规模功率转移，则电磁环网必须解环。 2 若2 2 0 k v 电网过于密集导致2 2 0 k v 母线短路电流增加，超过设备的 遮断容量，则电磁环网应解环，2 2 0 k v 电网分片运行。 3 在l ，2 都没有发生的情况下，建议暂时保留电磁环网运行。 4 若1 没有发生，2 发生，建议在没有明显降低供电可靠性和供电安全 性的情况下通过解环降低短路电流。 电磁环网解环点的确定原则： 1 按最终目标网架确定的2 2 0 k v 分区电网是电力平衡的。 2 应保证解环后城市电网的供电可靠性和供电安全性无明显降低。 3 解环后城市电网的2 2 0 k v 母线短路电流水平应满足导则要求。 4 解环线段的潮流应较轻，解开后对整个系统的潮流分布影响不大。 而对s c i ，e i ，i e l 等数据库，以及对国外较大的p j m 、c a i s o 等电力 市场网站进行检索的过程中发现，国外对电磁环网的安全稳定运行研究不多 见，研究重点更多地集中于电磁环网可能产生的环流( l o o pf l o w ，或称为 p a r a l l e lf l o w ) 这一主题上。究其原因，在于发达国家的电网结构较为坚强， 因此电磁环网中故障引起的潮流转移造成的后果并不严重，而电磁环网运行 还具有一定的经济性，因此这些国家的主要研究重点在于将柔性控制 ( f a c t s ) 技术应用于电磁环网中，用以消除环流或对功率分布进行控制， 提高系统运行经济性【1 0 卜 1 6 1 。 目前，国内外选取解环点和评价解环方案优劣的指标主要有短路容量， 潮流，n 1 和暂态稳定。如：文献f l 7 】考虑了短路容量指标、潮流指标和暂态 稳定指标；文献【1 8 l 考虑了n 1 指标和暂态稳定指标：文献【1 9 1 考虑了考虑了潮 流、n 1 指标和暂态稳定；文献【2 0 】主要考虑了联络线上的潮流；文献f 2 1 1 主要 考虑了潮流和稳定性指标。 4 华北电力大学工程硕士专业学位论文 1 3 本文的主要工作 针对现阶段对电磁环网研究所存在的问题，从以下几个方面对电磁环网 展开了研究： 1 研究了电磁环网对电网运行造成的影响； 2 研究了电磁环网解环的评判原则； 3 提出内蒙古大乌海地区电磁环网解环的方案，并利用电力系统潮流计 算软件b p a 进行计算； 4 根据计算的结果提出大乌海电磁环网解环的优化方案； 5 对大乌海地区电磁环网解环运行提出相关的建议。 5 华北电力大学工程硕士专业学位论文 第二章电磁环网合环运行分析 2 1 电磁环网形成的原因【2 2 】 在大型电力系统中，有多种原因会导致出现电磁环网运行，有的源于电网规划 或运行管理体制，有的源于传统习惯，有的是因为在电网发展过程中，高一级电压 等级出现后未形成坚强网架时也会出现电磁环网运行，例如，我国建成的高压5 0 0 k v 和高压2 2 0 k v 交流输电网，很多地区已经出现类似的情况。 电磁环网形成的客观原因，首先是由于电力系统发展和传输负荷增大，在同一 地区出现了新的高一级电压的输电线路。一般说来，在国际上，新的一级电压都为 原有最高等级电压的约一倍以上，如2 2 0 5 0 0 k v ，3 3 0 7 5 0 k v 等。在一个实现统一 管理的大电网中，随着新的一级输电电压网的建设，原来充当主要输电任务的较低 电压电网，必然降格为此次输电电网或是地区配电电网，只承担小范围的或者就地 供电的任务。此时，比较难于处理的问题是，在新旧交替的初期，如何能够避免沿 高一级输电线路的统一路径上，再出现新的较低电压的输电线路。因为随着高一级 电压输电线路的投入运行，并行的较低电压线路就失去了主要的输电作用，需要在 规划时对后者有很好的安排。而在实际情况中，往往在预定的高一级电压线路投入 运行前的一段时间内，也许两三年内，由于需要新增输电能力，而又不得不在同一 路径上新建较低电压输电线路。 两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。 有的国家在建设4 0 0 k v 电网的初期，曾经将规划的4 0 0 k v 线路分为两期建设， 初期以两回2 2 0 k v 运行，然后合并为一回4 0 0 k v 线路升压运行。这种做法。当然需 要对那些4 0 0 k v 线路的建设增加投资，未必有普遍的意义。但无论如何，在大电网 规划时，如果有瞻前顾后的打算，不但有可能节省只短期发挥作用的相应2 2 0 k v 线 路的投资，也可以直接避免高低压电磁环网运行【2 3 1 。 在一个管理分散的联网系统中，不可避免地会出现不同电压电网并列运行的情 况。分散管理来源于组成联网系统的各子系统的分散独立经营，由于组成电力系统 内部的不同经营管理模式，这也决定了不同电力系统具有不同的传统习惯和电网建 设的思路。例如，在美国，截止到1 9 8 9 年底的统计，除夏威夷和阿拉斯加外，电 力公司总数为3 0 0 0 个，控制线路及频率的控制区域有1 5 3 个。各个电力公司在政 府指定的区域内负责电力的供应。也就是说，在美国的电力系统中，各个公司据有 系统的一部分并负责其运行。在北美，长期以来一致认为两相邻系统间可以买卖电 6 华北电力大学工程硕士专业学位论文 力直到两者间联络线的传送能力，即不致引起线路过负荷或破坏系统可靠性的契约 通道能力为止。直到1 9 6 5 年的第一次纽约大停电事故后的1 9 6 8 年，为了使这些电 力公司的系统设计和系统运行取得协调，才成立国家电力可靠性协会( n e r c ) ，用 以协调美国及加拿大电力公司的可靠性要求；在系统设计方面，组成了九个地区性 可靠性协会，分别制定了相应的可靠性准则，以便能在联网范围内提高系统供电的 可靠性及充足性；在系统运行方面，成立了n e r c 运行委员会，制定了运行细则， 提出了一系列联网运行的建议及导则，并不定期地进行修改。 因此，从广义上说，凡是不同电压等级的网络相连，都可能出现电磁环网。根 据电力系统1 1 0 k v 、2 2 0 k v 、3 3 0 k v 、5 0 0 k v 、7 5 0k v 网络出现和不断完善的历史情 况来分析，出现电磁环网的条件主要可以归纳为以下两种： 1 相连的区域之间出现了高一级电压的网间联络线； 2 区域网内部出现了高一级电压的网络。 2 2 电磁环网合环运行的缺点 1 一 、 电磁环网合环运行有诸多缺点，总的来说可以分为以下几点【2 5 】： 1 局部短路容量增大 现在的城市电网负荷密集，输电线路距离较短，短路容量是一个突出问题。以一。 上海为例，2 0 世纪8 0 年代初，上海2 2 0 k v 电网各节点的三相短路容量在s 0 0 0 m v a 左右，到9 0 年代中期，上海北网万荣2 2 0 k v 母线三相短路容量首次超过开关遮断 容量，不得不分母运行。 ， 2 省际边界处电厂开机方式互相影响，潮流难以控制 由于电磁环网的相互影响，造成整个系统的运行方式众多，潮流难以控制。安 徽和山西电力公司均有因为电磁环网的问题而造成的发电厂窝电现象。 3 电网迂回受电、潮流分布不尽合理。 据统计，1 9 9 7 年安徽省5 0 0 k v 线路送华东电量2 2 7 8 亿k w h ，而两条2 2 0 k v 线路受电1 0 0 3 亿k w h ，电量基本由两条5 0 0 k v 线送出，又有近一半从两条2 2 0 k v 线路转回来了，迂回受电占总送出电量的4 4 。这种潮流分布是极不合理的，既挤 占受电通道，又加大了网损。 4 继电保护和自动装置配置复杂，信道建设费用高 环网运行的电力系统除了配置各个环网所需要的保护外，还要考虑故障引起的 两个系统互相影响的情况。有时为了满足稳定的要求，保护配置不得不复杂化，如 配置远距离切负荷装置等。如果2 2 0 k v 系统开环运行，则使用的保护配置将会大大 降低要求，可以使用距离和零序保护代替原来的高频保护配置，并且可以不使用主 保护配置的双重化，还节省了纵联保护的通讯信道建设费用。 华北电力大学工程硕士专业学位论文 5 调度运行人员操作电网程序复杂，易造成人为事故 由于5 0 0 k v 与2 2 0 k v 电磁环网的存在，每种电压等级的系统在操作时必须考虑 另外一种电压系统的情况，这样，就增加了调度运行和变电站值班员的工作复杂程 度，容易造成操作事故。例如：安徽电力公司规定：华东网调进行5 0 0 k v 系统操作对 安徽2 2 0 k v 系统电压、潮流及发电厂有、无功出力有影响时，操作前后省调值班调 度员应按华东网调要求，相应地对2 2 0 k v 系统运行方式及有关运行参数作必要调整， 以保证系统安全运行和操作正常进行。安徽省调进行2 2 0 k v 系统倒闸操作影响 5 0 0 k v 系统时，省调值班调度员应向网调值班调度员汇报，并征得许可后才能进行 倒闸操作【2 6 1 。 6 故障后2 2 0 k v 系统易造成过载事故 在采用高低压电磁环网方式运行时，就必须保证任何事故情况下，通过低一级 电压的导线电流应低于其热稳定电流。否则，可能造成低电压等级线路因长期过电 流发热导线伸长坠地而形成短路，中断供电，扩大事故范围。同时线路可能因退火 而报废。 7 降低了电力系统稳定水平 联络线的传输功率不得超过电力系统稳定所规定的允许值。 下，联络线的极限传输功率容量为： p ：盟 在一般电网条件 ( 2 1 ) 式中巨和最分别为两侧系统的等价电源电动势，x 为两侧电源之间所有设备等 值阻抗之和。 为满足静态稳定要求，一般线路正常运行时传输的功率不大于0 8 0 8 5 p m a x ， 为满足动态稳定要求，一般线路正常运行时传输的功率不大于o 7 0 7 5 p m a x 。如果 高低压电磁环网中没有较大的系统供电电源，正常的两侧系统间的联络阻抗将略小 于高压线路的阻抗。一旦高压线路故障断开，系统间的联络阻抗将突增( 突变为两端 阻抗与低压线路阻抗之和，而线路阻抗的标么值与运行电压的平方成正比) 。因而极 易造成联络线输送功率超过稳定极限，引起两侧系统间的振荡，扩大事故影响范围。 8 不利于电力系统第三道防线的建设 国家电网公司多次要求加强电网第三道防线的建设，但是如果存在比较多的电 磁环网，那么系统解列地点很难设置，没有一个明确的分层分区概念，主次不明， 就不能真正做到“保大弃小”。 2 3 电磁环网合环运行分析与控制 高低压电磁环网是一种过渡阶段的电网结构，对电网的安全稳定运行有一定不 8 华北电力大学工程硕士专业学位论文 利的影响。因此在电力系统运行中，对电磁环网运行往往比较忌讳。但在高一级电 压电网发展的初期，高低压电磁环网所通过的潮流不大，电磁环网合环比开环运行 更有利，它的存在可以提高电网的供电可靠性【l 引。 因此，电磁环网对电网安全运行的影响是相对而不是绝对的，是否有必要解开 电磁环网，需要从安全稳定性、运行经济性等这多个方面因素去正确分析解合环前 后对系统的影响。总的来说，在电网发展的不同阶段，电磁环网对系统的影响并不 相同，其发展过程大致可以归纳为以下几个阶段：出现( 利大与弊) _ 发展一弊大 于利消亡。而在利大与弊的阶段，还可以通过分析电磁环网运行机理，从而制定 合理有效的控制措施，降低对其系统安全稳定的负面影响，去弊存利，提高电网运 行的安全可靠性。 2 3 1 安全稳定性因素 在电网规划中，电网运行的安全稳定性是首先要保证的，因此电磁环网合环运 行必须满足各种安全约束条件。 1 系统传输能力 电磁环网之所以成为电力系统严重的事故隐患，一个很重要的原因就是高压线 路开断引起的功率转移加重了低压线路的负荷，甚至超过了其传输能力，从而引起 系统稳定性的破坏。而要深入理解这个问题，必须对线路传输能力做全面的分析。 1 ) 稳定性传输功率 电力系统稳定性就是指电力系统受到事故扰动后保持稳定运行的能力。通常根 据动态过程的特征和参与动作的元件及控制系统，将稳定性的研究划分为静态稳 定、暂态稳定、小扰动动态稳定、电压稳定及中长期动态稳定。而稳定性传输功率 是输电线路所传输的有功功率不得超过电力系统稳定所允许的极值，通常作为限制 条件的是静态稳定和暂态稳定极限传输功率。 静态稳定是指电力系统受到小干扰后，不发生非周期性失步，自动恢复到初始 运行状态的能力。而暂态稳定是指电力系统受到大扰动后，各同步电机保持同步运 行并过渡到新的或恢复到原来稳态运行方式的能力。通常指保持第一或第二个振荡 周期不失步的功角稳定。 对于简单的高低压电磁环网，电厂对系统或系统联络线的极限传输功率可简单 表示为： ff p 眦= 等 ( 2 - 2 ) 厶厶 式中，e 和最是两侧系统的等价电源电动势，z 是两侧系统等值阻抗和线路 阻抗之和。正常情况下，两侧系统间的联络阻抗将小于高压线路的阻抗，当高压线 9 华北电力大学工程硕士专业学位论文 路故障断开时，系统间的联络阻抗将突然增大为两侧变压器阻抗和低压线路阻抗之 和，因而系统的稳定极限将降低，极易造成系统振荡。因此一个电磁环网运行应该 满足该安全约束条件。 电力系统是一个典型的复杂非线性动态系统，系统中任一点发生故障，都将在 不同程度上涉及整个系统。开始往往是某一个元件受到干扰，引起该元件正常工作 的破坏，如果不能及时处理，随着时间的推移，有可能造成事故的连锁性扩大，波 及其它元件甚至整个系统，电力系统将失去稳定，电磁环网的给电力系统安全运行 带来的危害正是如此。一旦失去稳定，电网往往造成大范围长时间的停电和设备损 坏，在最严重的情况下，还可能造成系统的瓦解和崩溃。 保证安全供电是电力系统的基本要求，暂态稳定是电力系统安全稳定运行的重 要问题。通常在紧急状态下，为了维持系统的稳定运行和持续供电，采取必要的措 施及时进行控制，以较小的代价取得系统的稳定，避免大面积停电，这类控制一般 称为紧急控制( e m e r g e n c ye o n t r o ) 或预测控制( p r e d i c t i v ec o n t r 0 1 ) 。从经济性方面 考虑，电力系统的暂态稳定问题限制了交流远距离输电的输电能力。电力系统的紧 急控制是解决这个问题的有效手段。 提高暂态稳定性方法的目标是试图获得以下效果中的一个或几个： ( 1 ) 使故障严重程度和持续时间最小以减少扰动的影响： ( 2 ) 增加恢复的同步力； ( 3 ) 通过控制原动机机械功率减少加速转矩； ( 4 ) 通过施加人工负荷减少加速转矩。 实现这些目标的方法很多，有快速切除故障、减少输电系统电抗( 采用具有低 漏抗值的变压器和输电线路的串联电容器补偿) 、可调节并联补偿、动态电气制动、 投切电抗器、汽轮机快速操作阀门的控制等。而针对有效控制电磁环网的安全稳定 运行的措旌，目前广泛使用地主要有切机、解列等。 a 采取切机控制措施提高系统稳定性 对严重的输电系统事故，有选择地切除一些发电机，作为提高系统稳定性的一 种方法应用已有很多年。保持电力系统同步运行稳定性的最根本前提，是在任何情 况下包括故障后的电网结构下，保证线路的传输能力总是大于系统通过它传输的最 大功率。因此，如果因线路故障失去了部分电网必需的传输能力时，就必须及时减 去相适应的电源，以减低那部分电网通过的功率，才有可能保持系统的继续稳定运 行。这是一个直观的但不可忽视的重要原则，反之，如果在失去线路后无条件地保 持电源的完整，将会由于失去线路后的大负荷转移，使得系统失去稳定，酿成大祸。 而高低压环网的高压线路断开后通过低压线路引起振荡事例极为多见。国际上最为 典型的一次是著名的1 9 6 5 年1 1 月美国东北部大停电事故，扩大事故的直接起因是 当联网的拜克水电站北送加拿大系统1 5 0 0 m w 功率的五回2 3 0 k v 线路，因继电保 1 0 华北电力大学工程硕士专业学位论文 护过负荷误动作而相继断开后，这些负荷转移到了送往美国的两条3 4 5 k v 线路上， 造成暂态稳定破坏，由于又诱发了一系列事先没有预料到的各种问题，终致 2 1 0 0 0 m w 的负荷长期停电。可以设想，这个运行容量2 5 0 0 0 m w 留有相当备用的美 加联合系统，即使甩掉了容量为1 2 0 0 m w 的拜克电厂，似乎也不至于给整个系统带 来什么了不起的问题。但由于电网电磁环网运行，又未考虑事故后的潮流转移问题， 终于酿成这样的大事故。 因此在系统电磁环网运行时，针对该断面的实际情况制定合理地策略方案，故 障后适当地切除送端部分发电机组，减少通过已达输电极限的输电断面的传输功 率，是提高合环运行稳定性极为有效的手段。 b 采取并解列控制措施提高系统稳定性 电力系统安全稳定导则中指出，当电力系统发生故障时，依据故障的严重 性应设置三道防线维持系统的安全稳定运行。第一道防线，即对于轻微扰动或单相 故障，可以采用重合闸后消除故障使电力系统不间断地对负荷进行供电；第二道防 线，即对于严重故障如三相故障及系统联络线断开等，采取切机、切负荷等措施， 损失部分负荷但保持故障不扩大避免大面积停电事故的发生，使电网迅速从紧急状 态恢复到正常状态：第三道防线，即对于严重故障导致的由于负荷大量转移引起的 恶性连锁反应，稳定破坏引起系统振荡或失步，采用振荡解列装置实现事故方式下 分区解列，使电网分区运行，尽量缩小事故波及范围减少大停电几率。 电力系统在遭遇严重故障时可能失去同步，如果未及时采取有效措施，事故将会 扩大。甚至出现大面积停电的严重后果。由于网架结构不合理、继电保护不正确动作、 稳控装置拒动或控制量不足、断路器失灵等种种原因电网稳定破坏的事故往往难以 避免。而由于电磁环网运行问题导致的电网稳定破坏的事故国内外时有发生。 功角不稳是导致电力系统失稳的主要因素，虽然系统振荡的形成需要1 2 s ，其 频率是每秒几次( 如2 3 h z ) ，但它在人们难以判断和处理的时间内，导致了发电机 的失步，功率大幅度摆动，造成大量的发电机停机和线路跳闸。系统发生稳定破坏 事故后，关键问题在于如何能合理而快速的平息振荡和最快地使系统恢复正常，而 当前电力系统面对此类问题所能采取的有效措施就是“振荡解列”。解列是在电力系 统受到干扰后稳定性遭到破坏时，发电机和电力系统其他部分之间、系统的某部分 与其他部分之间失去同步并无法恢复同步的条件下，将它们之间的电联系切断，分 解成相互独立、互不联系的部分，以防止事故扩大造成严重后果的重要措施。在系 统发生危害极大的功率振荡时，及时准确地在预定的解列点将互联系统解列，使振 荡的系统尽快恢复稳定运行，是确保电力系统安全运行的最后一道防线。 由于系统失步情况下可能会出现多频率多个机群间的振荡，为减少解列带来的 损失，必须安排好合理的解列点，选择便于系统恢复同步的并列操作点作解列点。 解列点的选取必须满足两个合理的基本条件，即解列后的各子系统必须各自能保持 1 1 华北电力大学工程硕士专业学位论文 同步运行，解列后子系统的发电功率与负荷功率应能基本平衡。不满足这两个条件 的解列只能给系统带来更大的混乱。一般来说，在电力系统的实际运行中，满足有 计划解列的处所一般在各子系统间的联络线、地区终端系统与主系统联络的适当地 点、规定事故时专带厂用电的机组。特别是各子系统间未解环的高低压环网联络线 簇，发生故障后可能引起的电网一系列连锁反应，很可能导致电磁环网两端的子系 统失步振荡。如2 0 0 3 年夏发生的意大利全国大停电事故，就是由于电磁环网运行， 故障后的潮流转移导致了系统的振荡，由于没有采取合理有效的解列措施，酿成大 祸。 在发生“振荡”后，所能采取的有效措施就是“振荡解列”，现代电力系统采用各 种自动装置实施解列，其核心技术是：完善的失步判据、不同安装点解列装置动作 的配合方法、防止各种情况下误动作的闭锁措施。即根据事前系统计算分析的结果， 在选定的解列点上配置解列装置，根据系统中事故类型及时动作，并辅以低频减载、 低压切负荷、过电压保护、功率联切、过频切机、过载远方压出力等安全自动装置 保持系统的稳定，是电力系统安全稳定运行的重要保障。在国内外得到广泛的应用 并取得积极效果，对确保各电网的安全稳定运行发挥着重要作用。 2 ) 热稳定电流 导线的热稳定电流是线路传输容量的一个绝对限制条件。在高低压电磁环网方 式下，必须保证在任何事故后情况下，通过低一级导线的电流低于其热稳定电流。 如果高低压电磁环网连接的是分开的两侧系统，当高压线路断开后所引发的系统振 荡，以系统解列和甩掉大量负荷而结束，不会引起低压线路的长期过负荷，但是如 果在主要的受端负荷中心，系统送电侧通过高、低压线路向负荷侧供电，当高一级 电压线路断开后，所有原来带的全部负荷将通过低一级电压线路送出，极易超过线 路的热稳定极限，导致低压线路跳闸，或是导线因过热伸长，造成线路坠地短路， 或铜导线因退火而报废。因此一个电网环网运行应该满足该安全约束条件。 2 短路电流 随着电网的发展，系统短路电流不断增加。从系统的一个节点的角度来看，短 路电流问题，随着接入这个节点的线路增多，功率增大，短路电流必然增大；从整 个系统的角度来看短路电流问题，随着电网中装机容量、变电所容量、负荷的持续 增长，以及电力系统之间的互联，各级电压电网的短路电流都是不断增大的。短路 电流如果超过开关设备的开断电流，将对系统的安全稳定运行带来严重威胁。 解决短路电流问题有两个方向：一是直接更换开关设备，二是采取限制短路电 流的措施。更换开关设备适用于局部短路电流过大的情况，原因可能是此处负荷密 度较大或是发电厂较集中。当整个系统短路电流水平提高时，更换开关设备的费用 很大，这时要考虑采取限制短路电流的措施，其中之一就是改善电网结构。 限制短路电流要求最迫切的时候往往出现在高低压电磁环网运行时期，因为在 1 2 华北电力大学工程硕士专业学位论文 这个过渡阶段中，原有电压等级的电网已经接近其传输负荷能力的极限。这正是更 高一级电压电网出现的原因，接有更大容量机组的高压线路的投入运行使该电网容 量更大，联系更紧密，从而使短路电流问题更突出。 通过高低压电磁环网的开环实现电力系统的分层分区运行，分层是使不同电压 等级的电网使用不同等级的开关设备和变电所元件等一系列装置，以配合不同等级 的短路电流；分区是使单个系统容量减小，从而降低短路电流水平。因此，从短路 电流的角度来看，开环是没有坏处的，如果能通过合理的开环降低短路电流水平从 而节省一系列的设备投资，则开环将是一种理想的选择。可是通过多个实例分析发 现，为了保证电网送电能力、用户需求等很多情况下，系统不宣解环运行，此时可 以通过研究降低短路水平的措施，来限制电网短路电流的增加。限制电网短路电流 的手段很多，例如多母线分裂运行或母线分段运行、采取直流送电技术联网、高阻 抗设备的采用、加装限流电抗器或其他短路电流限制装置、调整主变中性点接地方 式等，但每种手段对电力系统运行的影响都有其两面性，所以，应综合考虑，平衡 各种因素，进行整体优化。 2 3 2 经济性因素 厅 ： 线路的波阻抗为、7 卜，l 和c 分别为线路的单位长度的电感和电容值。在线路 ，- ， 两侧电压幅值相等的条件下，传输某一定值的有功功率，使线路电感所消耗的无功 功率等于线路电容所产生的无功功率时，此有功功率即为线路的自然功率，此时线 路运行的经济性较好。 电磁环网的开断引起电力系统潮流状况的改变，从而对系统网损产生影响。由 运行经验可知，人为地改变电网结构而合理地强迫分配正常运行潮流，有可能带来 明显的经济效益。一般说来，合理地开断电磁环网，实现电网的分层分区运行后， 系统的潮流分布更加合理。 而且电磁环网运行时，特别是特高压1 0 0 0 5 0 0 k v 和超高压7 5 0 3 3 0 k v ，根据国 外的运行经验，一般会存在功率环流，这也会增加有功的损耗。然而电网结构的复 杂性，功率转移可能