（电力系统及其自动化专业论文）500220kv高压电网电磁解环的理论与方法研究.pdf

广东工业大学工学硕士学位论文 h i e r a r c h yp r o c e s s ，a h p ) 法结合，提出了一种新的综合评判决策方法一一基于 r s 理论的区间a h p 法，在2 0 10 年广西5 0 0 2 2 0 k v 电磁解环方案决策中的应用表 明了指标体系和决策方法的可行性和有效性。 本文不仅提出了2 0 1 0 年广西5 0 0 2 2 0 k v 电磁解环的具体实施方案，而且从理 论上探讨了电磁解环的评估和决策方法，所进行的工作既具有良好的工程参考价 值，也具有一定的理论意义。 关键词：电磁环网；评判指标体系；r s 理论；属性约简；a h p 法 n a b s tr a c t a bs t r a c t i no r d e rt om e e tt h eg r o w i n gd e m a n df o re l e c t r i c i t ya n dt r a n s m i tm o r e h i g h - q u a l i t yp o w e r ，p o w e rs y s t e mn e e dt ob u i l dh i g h e rv o l t a g en e t w o r k t h en e t w o r k s t r u c t u r ec a nn o tb ev e r ys t r o n ge a r l y i t sag r a d u a l l yi m p r o v i n ga n ds t r e n g t h e n i n g p r o c e s s d u r i n gt h ep r o c e s s ，t h el o w e ra n dh i g h e rv o l t a g en e t w o r k so f t e np a r a l l e l l y o p e r a t et h r o u g ht h el i n ko ft r a n s f o r m e r se l e c t r o m a g n e t i cc i r c u i t i t se l e c t r o m a g n e t i c l o o p n e t w o r k w h e nl o c a la r e al o s e s h i g h - v o l t a g ep o w e r ，i t t r a n s m i t sa n d a c c o m m o d a t e sp o w e rt h r o u g hl o w - v o l t a g en e t w o r k t h el o o pn e t w o r ks t r u c t u r e i m p r o v e sr e l i a b i l i t ya n df l e x i b i l i t yo fp o w e rs u p p l y ，b u ti tb r i n g sa b o u ts o m ea d v e r s e e f f e c t so no p e r a t i o nm a n a g e m e n to fp o w e rn e t w o r k i nr e c e n ty e a r s ，t h ep o w e r - c u t t i n g a c c i d e n t si nl a r g ea r e ah a p p e n e df r e q u e n t l ya th o m ea n da b r o a d t h e yr e l a t e dt ot h e e l e c t r o m a g n e t i cl o o pn e t w o r k a c a d e m i aa n de n g i n e e r i n gs e c t o r sa g r e et h a to p e n i n g t h el o o p n e t w o r ki sa ni n e v i t a b l ec h o i c e u l t i m a t e l y , t h er e a l i z a t i o no fp o w e rs u p p l y b yd e l a m i n a t i n ga n dd i s t r i c t i n gi s o r i e n t a t i o na n da i mo fc o n s t r u c t i n gl a r g ep o w e r g r i d s h o w e v e r ，t h e r ei sn ou n i f o r mu n d e r s t a n d i n go fp i v o t a lp r o b l e m sa b o u to p e n i n g t h el o o pn e t w o r k ，f o re x a m p l ep r e r e q u i s i t e sa n dp r i n c i p i a s ，e s t i m a t i o na n dc h o i c eo f t i m ea n ds i t u s ，h o l da n dc o n t r o lo fr a n g ea n dc o u r s ee t c a tp r e s e n t ，w i t ht h eg r a d u a li m p r o v e m e n to f50 0 k vn e t w o r ks t r u c t u r e ，m a n y 5 0 0 2 2 0 k ve l e c t r o m a g n e t i cl o o pn e t w o r k si nc h i n ah a v ep r e r e q u i s i t e so fo p e n i n g i n t h ec o u r s eo fo p e n i n g ，t h e ya r ei m p o r t a n tp r o b l e m st h a tp o w e rs y s t e mi nc h i n am u s t s o l v ea tp r e s e n t ，f o re x a m p l eh o wt of u l l yc o n s i d e rt h ei m p a c to fv a r i o u sf a c t o r s ，h o w t oe v a l u a t et h em u l t i t u d i n o u sf e a s i b l es c h e m e si no r d e rt oi n s t i t u t ef e l i c i t o u so p e n i n g c o u r s ea n ds c h e m e i nt h et h e s i s ，t h ep i v o t a lp r o b l e m sa b o u to p e n i n gt h el o o pn e t w o r k a r ed i s c u s s e d ，a n dan e wi n t e g r a t i v ed e c i s i o n m a k i n gm e t h o db a s e do nr o u g hs e t s t h e o r ya n di n t e r v a la n a l y t i ch i e r a r c h yp r o c e s si sp u tf o r w a r d i ti n c l u d e s ： 1 s t a r t i n g f r o mt h eb a s i c c o n c e p t s o fe l e c t r o m a g n e t i cl o o pn e t w o r k ，i t s a d v a n t a g e s a n dd i s a d v a n t a g e sa r ea n a l y s e dt h e o r e t i c a l l y o nt h i sb a s i s ，t r a i t so f 5 0 0 2 2 0 k ve l e c t r o m a g n e t i cl o o pn e t w o r ki ng u a n g x i ，n e c e s s i t ya n df e a s i b i l i t yo f i i i 广东丁业大学1 ：学硕士学位论文 o p e n i n ga r ea n a l y s e d i tl a y st h ef o u n d a t i o no ft h er e s e a r c h 2 c o n s i d e r i n gs y n t h e t i c a l l yt h em a i nf a c t o r so fo p e n i n ge l e c t r o m a g n e t i cl o o p n e t w o r k ，f o c u s i n go ni t sp i v o t a lp r o b l e m s ，i t sp r i n c i p i a sa n dp r o c e s sa r ec o n c l u d e d f u l f i l i n gt h ed i s c o n n e c t i o no f5 0 0 2 2 0 k ve l e c t r o m a g n e t i cl o o pn e t w o r ki ng u a n g x i ， i t su n i v e r s a l i t ya n do p e r a b i l i t ya r ev a l i d a t e d 3 i no r d e rt or e s o l v et h ep r o b l e mh o wt oe v a l u a t et h em u l t i t u d i n o u sf e a s i b l e s c h e m e s ，an e wi n t e g r a t i v ed e c i s i o n m a k i n gm e t h o db a s e do nr o u g hs e t st h e o r ya n d i n t e r v a la n a l y t i ch i e r a r c h yp r o c e s si s p u tf o r w a r d i t so p e r a b i l i t ya n dv a l i d i t ya r e i n d i c a t e db ys c h e m e sd e c i s i o n - m a k i n go fo p e n i n g5 0 0 2 2 0 k ve l e c t r o m a g n e t i cl o o p n e t w o r ki ng u a n g x i t h i st h e s i sn o to n l yp u t sf o r w a r dt h ei m p l e m e n t a r ys c h e m eo fo p e n i n gg u a n g x i s 5 0 0 2 2 0 k ve l e c t r o m a g n e t i cl o o pn e t w o r ki n2 010 ，b u ta l s ot h e o r e t i c a l l yd i s c u s s e st h e e v a l u a t i o na n dd e c i s i o n - m a k i n gm e t h o d t h ew o r kc a r r i e do u th a sag o o de n g i n e e r i n g r e f e r e n c ev a l u ea n dat h e o r e t i cs i g n i f i c a n c e k e y w o r d s ：e l e c t r o m a g n e t i cl o o pn e t w o r k ；e v a l u a t i o ni n d e x e ss y s t e m ；r o u g hs e t s t h e o r y ；a t t r i b u t er e d u c t i o n ；a n a l y t i ch i e r a r c h yp r o c e s s i v 广东t 业大学t 学硕十学位论文 独创性声明 秉承学校严谨的学风与优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在 导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以 标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果。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。 本学位论文成果是本人在广东工业大学读书期间在导师的指导下取得的，论 文成果归广东工业大学所有。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任，特此声明。 指导教师签字： 论文作者签字： 多伽 2 0 0 8 年5 月2 5 日 第章绪论 1 1 研究背景及意义 第一章绪论弟一早三百下匕 合理的电网结构，能够为电力系统内发、输、变电设备提供安全稳定运行的 环境，有利于事故处理和故障后恢复，有效避免恶性事故的发生和发展，满足用 户可靠用电的要求，适应电网发展和负荷增长的需要。在电网建设和规划电网发 展时，必须考虑网架结构的合理性，它是系统安全稳定运行的基础。 当电力系统向新的更高电压等级过渡时，为保证供电的可靠性，常形成一个 或多个电磁环网运行。问题是，随着负荷的不断增大，是否可始终保持和不断加 强电磁环网，并将其作为网架建设的目标。电磁环网在新的更高电压等级出现的 初始阶段，的确给电网带来了效益。但在其进一步发展中，却给系统的运行管理 带来显著的负面效应，甚至成为电力系统事故的严重隐患。据统计，1 9 7 0 1 9 9 0 年2 0 年间，我国电力系统共发生了5 5 次与电磁环网有关的功角和电压稳定破坏 事故，占与网架结构相关的稳定破坏事故的2 0 2 。国外电力系统的大停电事故 中，电磁环网也多次扮演了推波助澜的角色。上述事实为电力系统调度运行人员 敲响了警钟，促使人们更深入地认识电磁环网的弊端和危害。目前，电磁解环和 分层分区供电方案己在世界范围内成为共识。但在解环的条件和原则、解环时间 和地点的判断与选择、解环幅度及其实施进程的控制与把握等问题上，学术界和 工程界均无统一明确的说法，存在一定的争议。 目前，我国的电网结构有三个典型特点：( 1 ) 5 0 0 k v 主网架正在逐渐形成、 完善和加强，电网结构总体薄弱；( 2 ) 全国联网逐渐实施，交流弱联系动态稳定 问题突出；( 3 ) 高低压电磁环网大量存在，送电能力受限，靠大量的安全自动装 置来提高送电能力并作为安全稳定的最后防线。我国以5 0 0 2 2 0 k v 电磁环网居多， 国家电网公司正在筹备10 0 0 k v 和7 5 0 k v 特高压输电线路，将来还可能形成更高 电压等级的电磁环网。随着高一级电压等级电网的建设和完善，如何实现低一级 电压等级电网的分区供电，以避免电磁环网运行，引起了人们广泛的关注。 我国的南方电网由广东、广西、云南和贵州四省区电网互联组成，能源分布 与经济发展的不平衡决定了必须实施“西电东送 。近年来，随着“西电东送 力 广东t 业大学t 学硕十学位论文 度的加大，南方电网5 0 0 k v 主通道越来越接近传输极限运行，而广东电网安全对 西电的依赖也不断加强。“十五”期间，随着天广、贵广交流通道的建成，广西电 网原有的部分2 2 0 k v 线路和“西电东送 5 0 0 k v 主通道形成了高低压电磁环网。 电磁环网在一定时期内对保证2 2 0 k v 系统供电可靠性起到过一定的作用，但随着 电网的不断发展变化，却给“西电东送 主通道及广西电网带来了极大的安全隐 患。为了防忠于未然，有必要调整“西电东送 主通道枢纽地段一一广西2 2 0 k v 电网的网架结构和运行方式，以实现分区供电为目标，兼顾潮流分布的合理性以 及电网供电的可靠性，依托5 0 0 k v 变电站和地区主力电源，逐步实现广西 5 0 0 2 2 0 k v 电磁解环运行。 针对我国电力系统当前迫切需要解决的5 0 0 2 2 0 k v 电磁解环问题，进行较深 入的理论分析和方法研究。探讨电磁解环的基本规律和一般方法，发展电磁解环 方案的评估体系和决策方法，进行2 0 1 0 年广西5 0 0 2 2 0 k v 电磁解环的研究工作， 验证成果的合理性和有效性。 1 2国内外研究现状 发达国家网架布局相对合理，电气设备不仅容量大而且热稳定性能好，开关 遮断容量大。因此，国外对电磁环网问题尤其对电磁解环的研究不多，而把研究 重点更多地集中在电磁环网中电力电子技术的应用上，通过现代控制技术消除环 流、控制潮流分布，以提高系统运行的经济性【- 】。 我国现阶段的实际情况决定了不可能对输电线路、电气设备等进行大规模改 造，而只能对现有的网架结构进行优化，实现电磁环网开环运行和分层分区供电。 随着5 0 0 k v 电网的建设和加强，我国5 0 0 2 2 0 k v 电磁环网问题突出，北京、上海、 江苏、浙江、福建、湖北、湖南、广西等电网己开始实行开环运行和分层分区供 电。 19 9 2 年，华东电网总工会议 2 1 讨论了华东电网省际电磁环网问题。文献【3 】分 析了华东电磁环网的危害和解环的影响。文献 4 】简单分析了电磁环网的负面影 响，并结合浙江电网的实际运行情况，介绍了在电网升级过渡过程中如何采取有 效的调度运行措施，以保证系统安全稳定运行。 文献【5 】介绍了19 9 3 年 - 2 0 0 2 年间广西5 0 0 2 2 0 k v 电磁环网的情况，并主张 电磁环网开环运行。而文献【6 】则认为一定条件下采取电磁环网合环运行方式有助 2 第一章绪论 于提高供电可靠性。文献 7 】比较分析了电磁环网和分层分区两种运行方式，认为 两者各有适应性和优缺点，可相互转变，不能笼统的说哪种运行方式更好；介绍 了运行方式决策方法，并以上海电网为例叙述了解环过程；提出了解坏后有待进 一步分析研究的问题。 文献 8 】指出2 0 0 1 年湖南电网5 0 0 k v 线路正在建设中，为保证供电，形成电 磁环网的2 2 0 k v 线路不能打开，且为保证系统安全稳定运行，须限制某些2 2 0 k v 联络线上的传输功率，可通过控制发电及切负荷来保证传输功率不超过其暂稳极 限；5 0 0 k v 主网架建成后，即可断开电磁环网。文献【9 】分析了2 0 0 2 年湖南 5 0 0 2 2 0 k v 电磁环网解环对系统稳定性的影响，建议进一步加强5 0 0 k v 主网架建 设。文献【1o 】介绍了随着5 0 0 k v 电网的建设，到2 0 10 年湖南电磁环网的情况，通 过分析解环对系统的潮流、稳定性和短路容量的影响，认为“十一五”湖南 5 0 0 2 2 0 k v 电磁环网解环是十分必要，但各供电分区电网因2 2 0 k v 线路需承担大 量输电任务而难以解环。文献【1 1 】对湖北5 0 0 2 2 0 k v 电磁环网解环前后不同运行 方式下省网潮流、暂态稳定、短路容量等方面进行了详细的计算分析，认为2 0 0 2 年电磁环网中的2 2 0 k v 联络线在输送有功和无功方面都发挥着较重要的作用，解 环条件尚不成熟，但断开2 2 0 k v 联络线对减小2 2 0 k v 电网母线短路电流效果明显。 文献 1 2 根据浙江电网的实际情况进行了开环运行的安全稳定性分析，并得出了 2 0 0 1 年浙江电网不具备解环条件、2 0 0 3 年可局部解环、2 0 0 5 年可实施初步解环 的结论。 文献【13 】从影响线路传输能力的几个因素入手，通过理论分析和实例计算， 研究了5 0 0 2 2 0 k v 电磁环网的缺点，认为从安全和经济两方面考虑均宜解环，并 论证了解环的必要性。而文献【1 4 】则结合安徽电网远景规划，对其5 0 0 2 2 0 k v 电 磁环网解环进行了分析，论述了解环的必要性和主要技术原则。 文献 15 2 1 】都介绍了合环运行存在的问题和解环所须具备的条件。其中， 文献1 5 1 7 ，2 0 分别针对华北、福建、山西和湖南电网的实际运行情况，对几个 重要电磁环网进行了定性和定量分析，并提出了相关解环建议；文献i 18 ，1 9 分别 结合湖南和湖北5 0 0 2 2 0 k v 电磁环网情况，主要从电网规划角度探讨了解环时间 和地点的确定问题；文献 2 1 从分析湖南电网现有的特点及存在的问题出发，提 出了电网规划发展战略的主要原则，并通过对“十五”期间电网演变过程中解环 前后的输送能力、稳定水平及变电站母线的短路容量等进行比较分析，更深刻全 广东工业大学丁= 学硕士学位论文 面认识了规划电网存在的合理性及不足之处，还展望了2 0 10 年湖南电网解环的运 行条件及其具体实施。 文献 2 2 对电磁环网成为系统安全隐患的主要原因所涉及到的各方面作了一 定的理论分析，给出了解环应考虑的因素，并结合山东省北部5 0 0 2 2 0 k v 电磁环 网问题，论证了所提出的解环一般计算分析步骤是实际可行的。文献 2 3 分析了 电磁环网的主要弊端，并结合山东电网的具体情况，着重介绍了负荷和电源中心 两种电磁环网的打开方法，还分别从供电分区电网与主网并列、单电源供电、双 母线分列运行和全网的动稳极限等方面，分析了解环带来的问题。文献【2 4 1 对内 蒙古电网一个典型的5 0 0 2 2 0 k v 电磁环网一一达乌电网的解环方案进行了研究， 对解环后系统存在的问题进行了分析探讨，并提出了相应的解决措施。 上述文献主要对电磁坏网的利弊、解环的必要性等进行了较多的讨论，一般 针对具体电网的特定发展阶段进行研究，提出具体的解环实施方案，所考虑的重 点是电力平衡、潮流、静态安全、暂态稳定、短路电流和系统网损等。所获得的 主要结论是：( 1 ) 根据电网发展的不同阶段、网架结构的不同特点，选择电磁环 网运行或分区运行方式；( 2 ) 当条件还不成熟时，在电网调度运行过程中，针对 电磁环网灵活采取非正常运行方式，在电网升级过渡阶段不失为一种可借鉴的方 法；( 3 ) 随着高电压等级电网的逐步完善，在条件成熟的情况下，应因地制宜， 探寻适合的解环方法，逐步实施解环，实现分层分区供电；( 4 ) 不同电网的网架 结构存在差异，打开电磁环网的方法也不尽相同，应根据实际情况，具体分析、 充分考虑、综合比较，把握解环的时机和幅度，制定妥善的方案；( 5 ) 虽然解环 也会带来一定的问题，但不应阻碍解环的实施进程，可制定相应解决措施。 目前，电磁环网问题的分析研究存在明显的不足：( 1 ) 未对电磁解环过程中 一些普适性的规律进行总结，从而获取一些有指导意义和参考价值的结论；( 2 ) 对解环方案的综合评判缺乏较成熟的决策手段，难以有效考虑众多不确定因素， 正确把握解环目标和进程。因此，在对最终解环已基本取得共识【2 5 瑚】的基础上， 综合考虑解环的主要因素，针对解环过程中的一系列关键问题，进行更深入的理 论研究、规律总结和方法探讨是很有必要的。 1 3研究内容及论文安排 针对目前电磁解环研究存在的不足，本文对5 0 0 2 2 0 k v 电磁解环理论和方法 4 第章绪论 进行了进一步的理论探讨和实践研究，具体内容如下： 第一章，阐述电磁解环研究的背景、意义和现状，针对当前研究的薄弱环节， 提出5 0 0 2 2 0 k v 电磁解环迫切需要解决的关键问题，明确研究的内容和目标。 第二章，从电磁环网的概念出发，全面分析电磁环网对电力系统的影响，总 结电磁环网的利弊。在此基础上，介绍广西5 0 0 2 2 0 k v 电磁环网概况，分析解环 的必要性和可行性，为进一步开展的工作奠定基础。 第三章，综合考虑解环的主要因素，探讨解环的条件和原则、解环时间和地 点的选择、解环幅度和进度的控制等关键性技术问题，归纳电磁解环的基本原则 和一般步骤。在其指导下，制定2 0 1 0 年广西5 0 0 2 2 0 k v 电磁解环实施方案。 第四章，针对解环过程中常常面临的多方案决策问题，将r s 理论与a h p 方 法结合，形成评判解环方案优劣的指标体系，提出综合评判决策方法，并运用于 2 0 1 0 年广西5 0 0 2 2 0 k v 电磁解环方案决策，验证评判指标和决策方法的可行性和 有效性。 广东t 业大学工学硕士学位论文 第二章5 0 0 2 2 0 k v 电磁环网及其对电力系统的影响 2 1 电磁环网的概念和形成原因 电磁坏网指不同电压等级的输电线路通过变压器电磁回路的联结并列运行所 形成的环形网络，通常在两个相邻电压等级的电气设备间形成，而两个以上电压 等级的电气设备间形成电磁环网的情况一般仅在事故处理等过渡时期才暂时出 现。典型电磁坏网如图2 1 所示。 图2 1 典型电磁环网示意图 f i g 2 - 1t h et y p i ce l e c t r o m a g n e t i cl o o pn e t w o r k 纵观国内外电力系统，不同电磁环网的形成原因各不相同，如：各电网间的 统一管理制度不完善、电网发展初期的规划设计思路不周全、电网发展过渡期的 运行方式不正常、各供电分区的电力供需不平衡等1 2 5 1 。究其客观原因，是由于随 着国民经济的不断发展，电力需求不断增大。但负荷中心通常远离电源中心，需 长距离、大容量输电。一般的解决办法是采用更高电压等级电网输电，而原承担 主要输电任务的低电压等级电网则降格为次要输电网或配电网，只承担短距离输 电或就地供电的任务。在更高电压等级电网形成的初期，网架结构比较薄弱、负 荷密度也相应较小，从经济性出发其变电站常常仅为单主变配置。此时，对供电 分区电网来说，高电压等级电源的可靠性难以满足供电可靠性要求。因此，高、 低压等级输电线路不可避免地沿同一路径输送电能。甚至因为地区经济的发展， 有时还需沿此路径新建低电压等级输电线路。于是，低电压等级电网必然形成相 互紧密联系的网状结构，以保障在因检修或故障而失去高电压等级电源时，能通 过低电压等级电网实现功率传输和电力调配，从而保证供电可靠性。 6 第二章5 0 0 2 2 0 k v 乜磁环刚及其对 乜力系统的影响 可见，电磁环网的形成原因可以归纳为： ( 1 ) 观念原因在观念上忽视了电磁环网的缺点，认为电磁坏网供电可靠，能 增强电网供电能力、减少电网建设投资，为了追求局部供电可靠性而采取环网运 行。 ( 2 ) 规划原因在规划过程中，因不能对网架结构进行长远、合理的分析和设 计，致使某些通道输电容量不足，从而在同路径上规划了不同电压等级的线路， 形成电磁环网。 ( 3 ) 管理原因组成联网系统的各子系统独立经营、分散管理，不可避免地会 出现不同电压等级电网并列运行的情况。美国电网就是典型的因管理分散而形成 的大电磁环网。 2 2 电磁环网对电力系统的影晌 2 2 1 线路传输特性 ( 1 ) 线路的热稳定电流通过线路的最大电流必须小于线路的热稳定电流，这 是表示线路输电能力的一个绝对限制条件。电力系统实际运行中，为充分利用线 路输电能力，输电网线路常按外界温度较精确地规定最大允许电流。 ( 2 ) 线路的稳定传输功率电厂与系统或系统与系统间联络线的传输功率不应 超过电力系统稳定允许极限，极限传输容量为 匕舡：等 ( 2 1 ) 式中，臣、邑分别为两侧系统的等价电源电动势，一般为1 0 5 p u 左右；x 为两 侧系统问所有电气设备的等值阻抗之和。要具体确定某条线路的稳定传输功率， 需作相应的计算分析，但若为原理性说明，则可作粗略估计：正常运行时，为满 足静态稳定要求，线路传输功率不宜大于o 。8 - 0 。8 5 圪。；而为满足暂态稳定要求， 线路传输功率不能大于o 7 0 7 5 己缸。 ( 3 ) 线路的自然功率在两端电压幅值相等的情况下，线路传输某一定值的有 功功率，使线路电感损耗的无功功率恰好等于线路电容产生的无功功率。该有功 功率定值即为线路的自然功率，相当于在受电端接入一个波阻抗值电阻，又被称 为线路的波阻抗功率。根据f g - r 原理可知，线路的波阻抗等于吖c ，其中l 与c 7 广东工业大学工学硕士学位论文 分别为线路的单位长度电感和电容值。当系统电压水平一定时，线路的传输功率 与电流成正比，而其损耗的无功功率与电流的平方成正比。所以，线路电感损耗 的无功功率与线路传输功率的平方成正比。同理，线路电阻损耗的有功功率也与 线路传输功率的平方成正比。 若线路传输的有功功率大于其自然功率，则损耗的过多无功功率须由系统来 补足，以维持系统电压水平、保证系统正常运行，2 2 0 k v 线路常在此工况下运行； 若线路传输的有功功率小于其自然功率，则产生的多余无功功率会流入系统，引 起系统电压水平升高，5 0 0 k v 线路常在此工况下运行。而超高压输电线路通常距 离较长、电压等级较高，产生的无功功率也较大，因此线路的自然功率对超高压 电网运行尤为重要。 2 2 2电磁环网对系统运行的影响 电磁环网的特点就是穿越功率同时沿高、低电压等级输电通道并行传输。由 于潮流基本按输电通道阻抗标么值的反比自然分布，而高电压等级线路电抗远小 于低电压等级线路电抗，因此正常情况下功率主要沿高电压等级电网传输，这与 输电通道载流能力的分布是一致的。从这个角度来看，电磁环网减小了传输通道 的等值电抗，增强了传输通道的整体输电能力，有利于提高线路的稳定极限。而 且，在高电压等级电网发展的初期，一部分电磁环网还无法满足解环条件，一旦 解环，将造成高一级电压等级电网输送潮流的压力。由于穿越电磁环网的潮流并 不大，环网运行可保证在失去高电压等级电源时通过低电压等级电网实现功率传 输和电力调配，既解决了同一路径上潮流输送的问题，缓解了送电压力，也有利 于提高供电的可靠性和灵活性。所以，在电网发展过程中，电磁环网确有其存在 的合理性。 但是，随着电网的不断发展，电磁环网对系统安全经济运行的负面影响不断 凸现p 15 川1 6 ，】，其最大危害就在于：大量潮流转移引起主变过载、线路过流、电压 越限，甚至发电机功角失稳、系统电压崩溃：低电压等级电网的线路和机组因过 流和振荡而相继跳闸，事故进一步扩大、恶化，甚至电网大面积停电。具体表现 在以下几方面： ( 1 ) 对潮流调控的影响 在互联大电网中，各电磁环网相互影响，系统的运行方式众多、复杂且多变， 8 第二章5 0 0 2 2 0 k v 电磁环网及其对电力系统的影响 且电网随时可能发生故障。电磁环网的潮流自然分布不尽合理也难以控制，线路 和变压器往往重载、满载甚至过载，但有时却轻载闲置；而故障后，网络拓扑结 构变化引起的潮流分布变化更难以快速判断和有效控制，更易造成线路和变压器 过载。发电机组开机方式互相牵制，发电厂易发生窝电；电网迂回受电，既挤占 输电通道又增加系统网损。 ( 2 ) 对运行稳定性的影响 电磁环网中，低电压等级通道载流能力的分布往往并不均匀，存在输电薄弱 环节。若电磁环网中无较大的系统电源，则正常情况下两侧系统问联络线的阻抗 略小于高电压等级线路的阻抗，一旦高电压等级线路断开，系统问联络线的阻抗 会突然显著增大。原高电压等级线路的传输功率可能会部分甚至全部转移到并行 的低电压等级线路上，导致主变过载、线路过流、低电压等级线路的传输功率超 过其稳定极限，甚至两侧系统间发生振荡、发电机功角失稳。而对于这种结构性 的过载、稳定破坏问题，采用一般的切机、切负荷等二次控制措施常常事倍功半， 其根本解决方法还是解环。 大电网中电磁环网复杂联系的另一突出问题就是易造成局部电网事故的扩大 乃至波及全网。系统失稳时，往往需采取解列措施以隔离故障区域，从而保障其 它电网的安全稳定运行。近年来，国内外电力系统频繁发生了多起难以预计的突 发性严重事故，导致电网大面积停电，其中许多事故的扩大都与电磁环网有关。 大量潮流转移引起的连锁跳闸是造成电网大面积停电的根源，也是电磁环网对系 统安全稳定运行最不利的影响之一。此外，潮流的大量转移还会大幅增加低电压 等级电网的无功损耗，引起受端系统电压水平大幅下降，产生局部电网的电压稳 定问题，系统稳定水平进一步降低1 2 8 】。 ( 3 ) 对三道防线设置和大电网运行管理的影响 继电保护、安全自动装置以及稳定措施的配置共同构成维护系统安全稳定运 行的三道防线，而电磁环网对三道防线的设置均有不同程度的影响。由于存在电 磁环网，高电压等级线路断开时振荡中心可能落到低电压等级线路上，导致难以 实现解列，从而扩大事故。电磁环网运行方式下，部分输电线路上潮流的方向经 常变化，二次设备的配置远比开环运行方式下更复杂，且相互配合的难度更大， 其信道建设费用也更高。这是因为电磁环网运行时，不仅需考虑各个电磁环网的 情况，还需考虑各电网间的相互影响，有时为满足系统安全稳定运行要求，二次 9 广东t 业大学t 学硕十学位论文 设备的配置不得不复杂化如远距离切负荷等，而二次设备配置的复杂化和不配合 一般是事故发生或扩大、恶化的直接原因。 以系统解列为核心的第三道防线对防止电网在遭受多重故障冲击的情况下大 面积停电至关重要。设置解列点是为了在系统发生振荡时，大电网能配合联切机 组和负荷自动分解为若干个供电区，且各分区的电源与负荷能自行大体平衡，以 力求保住发电厂的厂用电，有效防止连锁反映，并加速系统恢复的进程。例如， 在美国w s c c 电网“8 10 事故中，事故扩大的重要原因之一就是取消了原有解 列南北电网、联切北部机组和南部负荷的全网性稳定控制装置1 2 9 1 。但是，电磁坏 网使解列点增多、很难设置，解列装置的配置复杂程度大幅加深：无明确的分层 分区概念、主次不明，不能真工f 做到“保大弃小”，从而不利于加强第三道防线的 建设；高电压等级线路断开时，振荡中心可能落在低电压等级线路上，导致难以 正确启动高电压等级解列点处的失步解列装置，从而增加事故扩大的危险。 电磁环网虽然强化了各网区间的电气联系，但是也大幅增加了大电网运行管 理的复杂性。电磁环网运行时，往往难以直观判断操作对系统安全稳定运行的影 响，须全面综合考虑各电压等级电网情况，操作的复杂程度增大，易造成人为操 作事故。当发生未预计到的事故时，难以作出快速判断和准确选择，增加了事故 扩大、恶化的危险性。 ( 4 ) 对短路电流的影响 由于技术和经济原因，设备的开断容量和热稳定水平为系统的允许短路容量 设定了上限。随着电磁环网的发展，高、低压线路错综复杂的电气联系往往使得 系统的短路电流水平不断上升，其数值超过开关设备的开断能力后，则会严重威 胁系统的安全稳定运行。 ( 5 ) 对运行经济性的影响 线路的有功损耗与输送功率、电压等级、线路电阻的关系为 p ：j 2 r p 2 + ，q 2g ：j p 2 足+ 嬖r ( 2 2 ) p = j 2 一 ：j 足+ 姿 () u u u 理论上，若按与线路电阻成反比分配并联运行的高、低电压等级线路的输送 功率，则系统运行的经济性最优，其网损最小。而实际上，电磁环网中的潮流是 与输送通道阻抗成比例分布的。例如5 0 0 2 2 0 k v 电磁环网中的剐x ，5 0 0 k v 线路 约为7 ，2 2 0 k v 线路则大于1 5 。因此，潮流的自然分布一般不是经济性最优 第二章5 0 0 2 2 0 k v 电磁环网及其对电力系统的影响 的潮流分布。另外，由国外的系统运行经验可知，电磁环网特别是特高压和超高 压一般存在功率环流，这会增加有功损耗。 此外，电磁环网对系统的运行管理、二次设备的配置整定等方面的影响也隐 含了经济性问题。 2 3 “十一五 期间广西5 0 0 2 2 0 k v 电磁环网 2 3 1 广西电网概况 由广西电网地理接线图( 见附录1 ) 可看出，南方电网包括广东、广西、云 南、贵州四省区主干网架。根据国家“西电东送 的发展战略，大量云、贵西电 需送往负荷中心广东。广西电网地处南方电网的中部，是连接云南、贵州与广东 电网的枢纽，包含“西电东送”主通道的所有关键节点。为保证远距离、大容量 送电的顺利实施，不仅要求送端电网有庞大的发电容量、受端电网有足够的受电 能力，还要求有坚强的中间电网支撑电压。 广西电网的内部电源较充足，其无功电源的分布也较合理。虽然对于其自身 来说，绝大多数地区2 2 0 k v 电网的电压水平和功率因数都较合理；但是对于沿境 内5 0 0 k v 通道长距离穿越的“西电东送 有功潮流来说，则仍需大量的额外无功 支撑和有效的中间节点电压调节能力。2 0 0 6 年，广西电网大部分地区负荷密度相 对较低，其5 0 0 k v 变电站7 0 以上为单主变配置，且接入其2 2 0 k v 电网的电源 与负荷的分布很不均衡。其中，已开发的水电站主要集中在西部百色地区的驮娘 江、右江流域和中北部来宾地区的红水河流域；而负荷集中的东南部南宁、贵港 和玉林一带以及东北部柳州地区则电源不足。为合理利用2 2 0 k v 电源和提高供电 可靠性，2 2 0 k v 电网出现了“一点多联”的局面。随着广西自身经济和电力需求 的不断增长，境内电源和负荷分布差异带来的电力输送需求也不断增长，主要体 现为西部大量水电东送和南部新增火电北送的要求，在5 0 0 k v 主通道输电容量不 足的情况下，引发了一系列电力供需矛盾与电网运行问题。 作为“西电东送”输电走廊的主体部分，联接岩滩电站、平果、南宁、玉林、 来宾和沙塘变电站构成的广西“日”字型5 0 0 k v 电网的主要传输容量需留给“西 电东送 的穿越功率，且百色、南宁等变电站均只有单台主变，无法满足主变n 1 条件下的供电可靠性要求，所以广西网内的功率交换主要依靠其互联的2 2 0 k v 电 广东丁业大学t 学硕十学位论文 网，从而形成了5 0 0 2 2 0 k v 电磁环网运行的局面。我国各省级或大区电网在发展 过程中都形成了5 0 0 2 2 0 k v 电磁环网，但一般只在局部电网中出现，且5 0 0 k v 网 架通常只作为各省级或大区电网内潮流的主要传输通道，用于网内电力转移和调 配。而广西电网所有供电分区的5 0 0 2 2 0 k v 电磁环网交织互联，其规模堪称全国 之最；且其5 0 0 k v 网架与“西电东送”主通道“合二为一”，网内潮流与穿越潮 流共享输电容量。 广西电网独特的地理位置和特殊的网架结构使其运行方式对“西电东送 主 通道的安全具有重要影响。这就要求广西电网须具有坚强、可靠的网架，潮流分 布合理，分区电力平衡，能提供充足的无功和电压支持，不能因其自身问题而影 响南方电网的安全稳定运行。为保障南方电网5 0 0 k v 系统安全，顺利实施“西电 东送，广西电网在规划建设中长期采用了2 2 0 k v 电网跨区互联的网架结构，尽 量通过2 2 0 k v 网架来实现境内大范围电力调度，以减少对5 0 0 k v 通道传输容量的 占用，这也从某种程度上造成了其5 0 0 2 2 0 k v 电磁环网跨区运行的格局。近年来， 广西电网还采取了一系列技术措施，以保障“西电东送”主通道的电压水平和稳 定极限，包括：大量增加南宁和防城等重要节点相关区域的容性无功补偿容量配 置、尽力降低5 0 0 k v 变电站的正常主变下网无功、为主通道检修等特殊运行方式 预留无功电源支撑等。 2 3 2 广西电网电磁解环的必要性 一定时期内，广西电磁环网运行对保证其2 2 0 k v 电网的供电可靠性起到过一 定积极作用，但随着电网的不断发展变化，在大电网分级调度的格局下，与“西 电东送”5 0 0 k v 输电通道并联的广西2 2 0 k v 电网不可避免存在因小截面导线弱联 系而形成的薄弱环节，给“西电东送”主通道和广西电网带来了极大的安全隐患， 主要表现为： ( 1 ) 电磁环网运行方式下，广西电网的潮流分布难以预测和控制，导致一些截 面配置不合理的2 2 0 k v 线路过流。 例如，在来宾地区5 0 0 k v 溯河与来宾站间的2 2 0 k v 联络通道上，合磨i 线的 截面较小且与合磨i i 线的截面相差一倍，溯河合山老厂线在正常情况下负载较 重，导致各种非全接线运行方式下线路很容易过流且难以控制，从根本上解决该 问题的唯一方法是合理选择解环点断开溯河与来宾站间的2 2 0 k v 联络线。 第二章5 0 0 2 2 0 k v 电磁环网及其对电力系统的影响 ( 2 ) 当5 0 0 k v 主通道断开时，部分潮流沿2 2 0 k v 线路的自然转移易引起2 2 0 k v 小截面线路大幅过流和5 0 0 k v 主变过载，导致元件后备保护动作，事故扩大，威 胁整个电网的安全。 例如，2 0 0 6 年丰大极限运行方式下，5 0 0 k v 南宁主变接近满载为7 1 5 m w ， 5 0 0 k v 南玉双回线的潮流达1 5 2 3 m w ，一旦该双回线跳闸而又不采取安稳措施， 沿南宁至玉林间并行2 2 0 k v 通道转移的潮流使南宁主变过载4 2 、其负载达 1 0 6 6 m w ；若双回线跳闸切南宁地区负荷7 4 4 m w ，南宁主变负载为8 1 8 m w ；若 双回线跳闸切天二电厂两台机组4 4 0 m w ，南宁主变负载为10 3 8 m w 。因此，即 使切除南宁地区负荷或天生桥机组p ，也只能使南宁主变的负载减少约酬3 或 酬1 4 ，都不能有效消除过载问题。在百色、南宁、钦北防、贺州和梧州地区都 普遍存在穿越潮流引起设备过载和