（电力系统及其自动化专业论文）镇江电网分层分区运行的研究.pdf

a b s t r a c t a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to ft h ep o w e rg r i di nj i a n g s up r o v i n c e ，t h eo p e r a t i o no ft h es y s t e m i sm o r ec h a n g e a b l ea n dc o m p l i c a t e d l a r g en u m b e ro f l o o po p e r a t i o n ，e s p e c i a l l yt h e e l e c t r o m a g n e t i cl o o po p e r a t i o n ，h a sm a d et h ef a u l tc u r r e n te x c e s st h es w i t c hc a p a c i t y w i t h o u tc h a n g i n gt h ee q u i p m e n t s ，t h ef a u l tc u r r e n tc a nb el i m i t e db yu s i n gd e l a m i n a t i n g a n dd i s t r i c t i n go p e r a t i o na n ds o m es p e c i a lo p e r a t i o n b e c a u s eo ft h es e r i o u sp o w e rs u p p l ya n dt h ep r o b l e m si ns e c u r i t ya n ds t a b i l i t yo ft h e g r i d ，i ti sv e r yi m p o r t a n tt oh a v ea nd e l a m i n a t i n ga n dd i s t r i c t i n go p e r a t i o ni nz h e n j i a n g s p o w e rg r i d ，t h u st op r e v e n tt h eh i d d e nt r o u b l et h a tt h eh i g hf a u l tc u r r e n tw o u l db r i n gt o t h es e c u r eo p e r a t i o no ft h ep o w e rg r i d ，a n da l s ot h ep o w e rt r a n s m is s i o nc a nb ea s s u r e da t t h es a m et i m e a c c o r d i n gt oj i a n g s up o w e rc o m p a n y sp l a no fd e v e l o p i n gt h e5 0 0 2 2 0 k vg r i d ，t h e d e l a m i n a t i n ga n dd i s t r i c t i n go p e r a t i o ni nz h e n j i a n gg r i di sr e s e a r c h e d ，b a s e do nt h ep r o g r a m t h e o r ya n dt h eo p e r a t i o ne x p e r i e n c eo fd o m e s t i ca n do v e r s e a sg r i d s o m ew o r kh a sb e e nd o n e ： 1 ，s u m m i n g u pt h er e a s o n sa n dt h es t r u c t u r ec h a r a c t e r i s t i c so fl o o po p c r a t i o n ，a sw e l l a sv a r l e t i e sa n dc h a r a c t e r is t i c so ft h ee l e c t r o m a g n e t i cl o o po p e r a t i o n ：a n a l y z i n gt h e a c t i v ea n dp a s s i v ee f f e c to ft h el o o po p e r a t i o n ，a n dg i v i n gt h eb a s i cp r i n c i p l e s ，w a y sa n d r e q u i r e m e n t si ns o l v i n gt h ep r o b l e m so fl o o po p e r a t i o n ： 2 a c c o r d i n gt ot h ec o n d i t i o n so fz h e n j i a n gp o w e rg r i d ，a n a l y z i n gt h ep r e s e n tp r o b l e m s a n dd e m o n s t r a t i n gt h ef e a s i b i l i t yo fd e l a m i n a t i n ga n dd i s t r i c t i n go p e r a t i o ni nz h e n j i a n g g r i d ： 3 c o m p a r i n ga n da n a l y z i n gt h et w op l a n so fd e l a m i n a t i n ga n dd i s t r i c t i n go p e r a t i o nf r o m t h ep o i n to fp o w e rf l o w ，s t a t i cs e c u r i t ya n dt r a n s i e n ts t a b i l i t y ，a n dt h e np u t t i n gf o r w a r d af e a s i b l ep r o g r a mb a s e do f ft h ep r e s e n tc o n d i t i o n so fz h e n j i a n gg r i d ： 4 a n a l y z i n gt h em e r i t sa n dd e m e r i t so ft h ed i s t r i c t i n go p e r a t i o ni nz h e n j i a n gg r i d ， s u m m i n g u pt h ep r e s e n tp r o b l e m so fd e l a m i n a t i n ga n dd i s t r i c t i n go p e r a t i o ni nz h e n j i a n gg r i d a n dg i v i n gaf e n s i b l es o l v i n gp r o g r a m ： 5 s t u d y i n gt h ed e l a m i n a t i n ga n dd i s t r i c t i n go p e r a t i o nf r o mt h ep o i n to fp r o g r a ma n d o v e rv i e w i n gt h ef u t u r ed e v e l o p m e n to fz h e n j i a n gg r i d ：p u t t i n gf o r w a r dt h en e wd i s t r i c t i n g o p e r a t i o np r o g r a mt h a ti ss u i t a b l ef o rt h ed e v e l o p m e n to fz h e n g j i a n gg r i d ，a n dt h e ng i v i n g t h et o t a lp r i n c i p l e si nt h ef u t u r ep r o g r a m k e yw o r d s ：d e l a m i n a t i n ga n dd i s t r i c t i n g 、 e l e c t r o m a g n e t i cl o o p 、 f a u l tc u r r e n t 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师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，也不包含为获得东南大学或其它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。 研究生签名：懿 日 期：世6 ：6 0 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印 件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质 论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括 刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研究生院办理。 研究生签名： 导师签名：王坐日期：a 兰型：打 第一章绪论 1 1 课题的背景与意义 第一章绪论 1 8 8 2 年，上海黄浦路的一台1 2 千瓦发电机组点亮了外滩的1 5 盏弧光灯，中国与世界列强几 乎同步使用电力。然而，旧中国政治腐败，民不聊生，起步较早的中国电力工业并没有与世界电 力工业同步发展。1 9 4 9 年新中国成立时，我国电力装机只有1 8 5 万千瓦，年发电量4 3 亿千瓦时， 居世界第2 1 位和第2 5 位。 与其他形式的能量相比，电能有着可以方便地转换成其他形式的能量、便于传输等优点，所 以当前社会所需要的大部分能量都是以电能形式提供的，电能的消耗占总能量消耗的比重日益增 大。新中国成立后，我国把电力工业作为基础产业和“先行官”，使电力工业得到了迅速发展。 特别是改革开放以来，随着现代社会国民经济的快速发展及人民生活水平的逐步提高，人们对电 力的需求和依赖性不断增加，促使我国电力工业迅猛发展，电力成为国家的支柱能源和经济命脉。 在党中央、国务院的正确领导下，在邓小平理论的指导下，我国电力工业更得到了空前的发展， 取得了举世瞩目的巨大成就。 到1 9 9 8 底，全国电力装机容量达到2 7 亿千瓦，比解放初增长了1 4 5 倍；年发电量1 1 6 7 0 亿 千瓦时，比解放初增长了2 7 0 倍。到2 0 0 4 年，我国电力装机容量达到4 4 亿千瓦，火电、水电、 核电分别为3 2 4 9 0 万千瓦( 7 3 7 2 ) 、1 0 8 2 6 万千瓦( 2 4 5 7 ) 、6 8 4 万千瓦( 1 5 5 ) i l l , 其中 东北、华东、华中电网装机容量均超过6 0 0 0 万千瓦，华东、华中电网甚至超过7 0 0 0 万千瓦。我 国电力装机容量和年发电量均己跃居世界第2 位，成为世界电力生产和消费大国。预计2 0 2 0 年 我国全社会用电量将达到约4 6 万亿千瓦时，需要装机容量约1 0 亿千瓦。 与此同时，我国电力工业在电网建设方面也取得巨大的成就。中华人民共和国国民经济和 社会发展第十个五年计划纲要所提出的我国电力工业发展的任务，就是着眼长远，调整电源结 构，加强电网建设，推进全国联网。这是中央在对我国能源结构和电网发展规律进行深入科学分 析的基础上做出的战略决策。我国能源资源和用电负荷分布的差异，决定我国必须加强电网建设， 积极推进全国联网。实现全国联网，是我国电力工业走集约化道路的必然选择。我国能源资源分 布不均，而且各地区经济发展和电力消费水平也不均衡。这种差异，决定了电力工业发展必须实 行“西电东送、西电南送”的发展战略，实现全国电网互联。 随着大型发电厂数量的增加和电力系统规模的扩大，单个发电厂在电力系统中的地位和作用 在逐步上升，另一方面，电网的范围和规模在不断扩大，电压等级越来越高，电网结构越来越复 杂。电网也已经从8 0 年代逐步由孤立的1 1 0 k v 电网互联形成2 2 0 k v 及以上的省级电网乃至区域 电网的发展时期进入到目前的5 0 0 k v 交、直流跨大区互联的新时期，标志着我国电力系统已经步 入了大电网、大机组、高参数、超( 特) 高压和自动化、信息化的新阶段。5 0 0 k v 交、直流电p 阗 的发展，使我国电网由原来的省级电网发展为大区电网，进而实现大区电网互联、形成全国统一 联合电网，表明我国电力系统正逐渐成为超大规模的复杂系统，其具备以下特征：容量上的超大 规模、空间上的广域分布、扰动传播范围大。 东南大学工程硕士沦文 电网规模的扩展带来了电力系统经济效益和安全水平的提高。然而，由于受到电力系统自身 原因和外部干扰的影响，电网事故时有发生，而电力行业公用性和电力系统同时性的特点，决定 了电网事故影响大、速度快、后果严重。大电网事故不仅会给电力企业造成重大的经济损失，更 严重地是会给社会带来巨大的政治、经济影响。根据以往的经验表明，差不多每一次系统性事故 都与电力系统结构不合理造成的稳定性破坏有关。随着大规模联合电力系统的出现，系统的结构 和运行方式越来越复杂多变，特别是很多远距离大功率输电线路和系统间弱联系的出现，增加了 发生系统性事故和导致大面积停电的几率，电力系统重大事故也更将危及到我国国家安全。 电网是电力系统安全稳定运行的基础，因此，电力工作者必须从电网规划和电网运行的角度 出发保证电网的安全运行： ( 1 )电网规划角度：强调全局观念和远近结合，建立合理的电网结构是电网规划设计部 门的重要使命。对电网环网结构、电磁环网结构、分层分区问题的深刻剖析，使电 网结构问题从规划一开始就被重视，这对电网的长期、合理的发展提供了基础，使 未来电网的安全可靠性得到了保证。 ( 2 )电网运行角度，要提高电网的可靠性，要使电网安全、稳定的运行则电网结构就必 须合理，应满足下列要求”“： a )要求能够适应发展变化和各种运行方式下潮流变化的需要，并具一定的灵活性： b )任一元件无故障断开，应能保持电网的稳定运行，且不会使其它元件超过事故过负 荷的规定； c )在单一故障情况下，采用常规措施可以保证电力系统安全稳定运行； d )在发生实际可能的多种故障情况下，在结构上提供不发生大功率转移和扩大系统事 故的可能性，有可供选择的解列点，解列后的分区应尽量做到供需平衡。应特别加 强在受端负荷中心建设一定容量的发电厂，根据电厂在系统中的作用，按分层分区 的原则，分别接入相应电压网络，注意分区平衡，防止出现大功率缺额，从电网结 构上或在技术措施上防止大功率转移，扩大停电事故。 e )有较强的抗扰动能力； f )实现分层和分区的原则，可以使一个层次的故障或事故不影响或少影响其他层次。 从我国电网的实际情况看，我国电力系统的建设，长期以来重电源、轻电网。在电源和电网 发展过程中，发展不协调，结构不合理，主干网架薄弱，造成现有电源的发电能力和电网的输电 能力得不到有效发挥，加剧了部分地区电力供需紧张的矛盾，对电网的安全稳定性带来严重影响。 在电力系统规划方面，任何电力系统都要求对附加容量和输配扩容进行持续的规划。但电力市场 具有的逐利性很容易造成电源建设规划对装机总量、重大的电力结构调整无能为力”1 。尤其是 近两年，随着国民经济的快速发展，社会用电需求急剧攀升，电源建设规模逐年扩大，电刚建设 滞后更为明显，电网和电源建设的投入比例不足3 ：7 。电网输送瓶颈制约着电力送出，电力供需 矛盾加大。以2 0 0 4 年为例，全国范围内缺电3 0 0 0 万千瓦，仅江苏省电力缺1 2 1 就达到8 5 0 万千瓦。 为满足用电需求，电网运行在高位，设备高负载运行，旋转备用、事故备用容量严重不足，一些 地区甚至是零备用运行。这种违背稳定导则、急功近利的做法为电网安全稳定运行带来了巨大隐 患。 2 第一章绪论 当前电源和电网结构反映的比较突出的问题有： ( 1 ) 电网的调峰及事故备用容量不足。如江苏电网近几年负荷快速增长，2 0 0 5 年统调用电负 荷达到3 3 1 9 万千瓦，同比增长3 5 ，发电容量严重不足，夏季高峰负荷期间，电网可 能处在备用不足或无备用的状态； ( 2 ) 5 0 0 k v 主干网架虽然已经初步形成，但仍处在发展阶段，刚络结构仍相对薄弱，一些电 网存在输电瓶颈、单变单线等问题，影响电网的送受电能力及安全稳定水平。电网普遍 被迫采用5 0 0 2 2 0 k v 电磁环网运行，带来系统稳定控制问题非常复杂、2 2 0k v 系统短路 电流过大、局部电网窝电等一系列问题。主力大机组没有直接接入5 0 0 k v 主网，带来 2 2 0 k v 电网线路密集、潮流拥挤、过负荷严重、短路电流超限、电压支撑薄弱等多方面 的问题，同时也影响了5 0 0 k v 电网发挥作用，降低了电网的安全性和经济性； ( 3 ) 受端系统薄弱，负荷中心缺乏强电源支撑，尤其是5 0 0 k v 电网的支撑弱，落点少，造成 2 2 0 k v 电网过于密集，短路电流超标。动态无功电源缺乏，电压水平低，电压稳定问题 突出。单一元件故障不能保证正常供电，不能满足_ l 要求。 ( 4 ) 无功补偿容量不足，无功没有实现分层分区平衡，一些5 0 0k v 线路并联电抗补偿缺口 大，抵抗补偿不足，造成5 0 0k v 电压较高，威胁一次设备安全和稳定运行，有时被迫 采用拉开线路以减少线路充电功率，使输电网削弱。一些2 2 0 k v 变电站没有按照导则要 求安装电容补偿，可调节的无功补偿更少，无功电压控制问题比较突出。 同时，电网规模扩大、过分强调系统合环运行，造成系统短路容量剧增，原有电网设备装置 的遮断容量已经低于系统的短路容量，无法满足系统正常运行的需要，必须采取措施限制短路电 流。一种是更换相应的开关设备或者加装相应的限流装置，该方法需要大量的投资；另一种方案 就是采取电厢解环方案，将电网分层分区运行。当然，这就给运行、规划提出了一系列问题。 另外，由于大区电网的互联是在区域网的基础上基本就近连接起来的，多属于弱联网，在实 施全国联网的过程中，必然会带来电网运行特别是电网安全稳定运行方面的许多发展中的新问 题，比如继电保护装置问题、电网潮流控制问题等等。 可见，合理的电网结构是电网安全、稳定的基础。电力系统稳定问题实质上就是电网结构问 题，电网结构如果坚强有序，一般不会出现稳定破坏等大面积停电事故；反之，电网结构薄弱紊 乱，即使采取各种技术措施，也难以避免大事故的发生。因此，在当前电力体制改革不断深入、 电力供需矛盾日益突出、电力技术迅猛发展的形势下，对于关系到国计民生的电力系统而言，如 何保证电网的安全、稳定运行，是一个极其重大而迫切的研究课题，必须作为一个重大战略问题 来解决。有必要对其进行深入研究，在电网的设计和运行中注意电网规划、运行的合理性。 1 2 电网事故与电网结构 1 2 1 国内外主要电网事故 大电网系统对可靠性的要求较高，对运行技术和管理水平要求更高更严格。小电网发生故障 造成的停电是局部的、有限的，而大电网发生事故，特别是发生稳定破坏和不可控的恶性连锁反 应时，停电波及的范围大，停电时间长，后果严重。特别当电网结构薄弱、管理不善而又缺乏必 3 东南大学工程硕士论文 要的技术措施时，某些单一设备引发的故障，可能发展成为全面的大面积停电事故。这种情况已 经在以往国外的多次大停电中得到证实。 美加“8 1 4 ”大停电事故跚 2 0 0 3 年8 月1 4 日美国东片时间1 6 ：1 l ( 北京时间2 0 0 3 年8 月1 5 日4 ：1 1 ) 开始，美国东 北部电网和加拿大联合电网发生了有史以来影响最大的电网停电事故。事故波及9 3 0 0 平方公里 的地区，美国的密西根卅、纽约州、新泽西州、马萨诸塞州、康涅狄格等8 个州和加拿大的安大 略、魁北克省都受到了严重的影响，受影响的人口据外电报道涉及5 0 0 0 万人，事故共计损失负 荷6 1 8 0 万千瓦，事故中美、加共有超过1 0 0 座电厂停机，其中包括2 2 座核电站。纽约市在停电 2 9 小时后恢复供电。对美国、加拿大的经济和社会的稳定产生了非常重大的影响，也引起了世界 各国的广泛关注。 事故起因是由于俄亥俄南北通道上一条3 4 5 k v 线路因故障跳闸，而导致其他联络线因过载而 相继跳闸；2 5 分钟后，北俄亥俄地区从俄亥俄东片和东南部受电的通道完全断开；此后3 分钟后， 俄亥俄南北通道西南通道上的最后2 条联络线相继跳闸，至此俄亥俄南北通道所有线路全部断开， 潮流发生大范围转移。几个大区域电网断面上潮流突增，而后在几分钟之内，数十个电厂机组和 大量输电线路相继跳闸推出运行，电网随之全面崩溃瓦解。 导致事故的最主要原因是由于俄亥俄南北通道上的多条线路相继跳闸，最终导致潮流大范围 转移从而引发快速系统电压崩溃所造成的。 莫斯科“5 2 5 ”大停电事故”叫 自2 0 0 5 年5 月2 5 日晚1 9 ：5 7 起，俄罗斯莫斯科地区电网发生一系列故障，到5 月2 5 日1 1 ： o o 左右，莫斯科市大部地区及附近2 5 个城市发生大面积停电事故，莫斯科电网共断开了3 2 1 座 变电站，除最先停电的5 0 0 k v 恰吉诺变电站外，还包括1 6 座2 2 0 k v 变电站，2 0 1 座l l o k v 变电 站，1 0 4 座3 5 k v 变电站。直接损失负荷达3 5 4 万千瓦，近4 0 0 万人的生活受到影响，造成了1 5 2 0 亿美元的直接经济损失。 事件的起因是当地时间2 0 0 5 年5 月2 4 曰晚，莫斯科5 0 0 k v 恰吉诺变电站的一个l l o k v 电 流互感器爆炸，导致变电站全停。2 5 日上午，莫斯科用电早高峰到来时，由于温度高、负荷重， 引起“阿卡罗沃”变电站的4 条2 2 0 k v 出线跳闸，使2 个水电厂、7 个热电厂降低出力并陆续退 出运行。由于事故未得到及时有效地控制，进一步蔓延，2 5 日中午，由7 个高压变电站组成的莫 斯科环网解环。2 6 日下午，全市恢复供电。从恰吉诺变电站发生故障到系统恢复正常共计4 l 小 时。 这次莫斯科大停电事故，反应了电网结构不合理的问题。莫斯科电网是俄罗斯统一电力公司 电网的一部分，主要负责莫斯科及周边地区的供电，其最高电压等级为7 5 0 k v ，有1 座7 5 0 k v 变 电站，6 座5 0 0 k v 变电站。5 0 0 k v 及以上电网构成环莫斯科地区双环网运行。可见，莫斯科的主 网架还很强壮，就是在失去一个恰吉诺变电站后，全网仍能正常运行。然而，向莫斯科供电的其 他2 2 0 1 1 l o k v 线路，在恰吉诺变电站退出运行后，出现重载与过载的情况，导致事故范围进一步 扩大。 华北5 2 8 电网事故“o l 1 9 9 6 年5 月2 8 日，由于沙岭子电厂高压试验人员的误接线，使沙岭子电厂两条5 0 0 k v 线路 4 第一苹绪论 相继跳闸，张家口地区仅剩5 0 0 k v 一条线和2 0 0 k v 上京双回线与主系统相连，形成较弱的电磁 环网运行，其送出功率超出线路暂稳极限，引起系统振荡，造成了系统失去稳定，损失负荷8 0 万千瓦。 1 9 9 6 年5 月2 8 日1 1 时5 0 分1 9 秒，在三条5 0 0 k v 线路跳闸后，张家口地区发电出力( 总 计1 4 1 万千瓦) 大大超过地区负荷( 4 1 2 万千瓦) ，有近1 0 0 万千瓦的功率经过2 2 0 k v 上京双回 线送入主系统，系统稳定被严重破坏，引起张家口地区对主网振荡。整个振荡过程持续1 分4 4 秒。经运行人员事故处理到1 3 时系统运行方式才基本恢复。 在系统振荡过程中沙岭子电厂四台机因超速保护动作等原因相继跳闸，下花园电厂三台机及 老厂三台小机组也在振荡过程中相继跳闸。从而华北电网失去近1 0 0 万千瓦的电源，使电网频率 由5 0 0 3 h z 下降至4 9 5 0 h z 。事故过程中张家口地区低压释放负荷1 1 8 万千瓦，事故后因电压低 手动切除负荷2 5 万千瓦。值班调度员在紧急调备用容量的同时，京津唐电网事故拉路7 0 万千瓦， 事故发生后经过1 3 分4 秒系统频率升至4 9 8 h z 。张家口地区电压在联变合环后电压上升到2 0 0 k v 以上。 根据事故记录，事故前张家1 3 地区供电负荷4 1 万千瓦，沙岭子电厂和下花园电厂发电1 4 1 万 千瓦，该地区外送约8 7 1 万千瓦。当5 0 0 k v 沙昌2 线和丰沙线沙岭子侧断路器相继跳闸后，张 家1 2 1 地区仅剩5 0 0 k v 沙昌1 线和2 2 0 k v 上京双回线与主系统相连，形成较弱的电磁环网运行， 其送出功率超出线路暂稳极限，经5 0 0 k v 沙昌1 线沙岭子侧断路器跳闸后，造成沙岭子电厂和下 花园电厂对主系统加速失步。 本次事故发生的根本原因从网架结构来看是由于电磁环网的缘故造成的，应该说这是一个较 强的电磁环网，但是由于5 0 0 k v 线路发生- 3 故障，张家口地区出现稳定问题。如果正常张家口 地区电网能够采取开环运行方式，则可避免事故重演。但是，即使开环运行也可能存在可靠性、 灵活性、稳定性降低、电压及地区负荷平衡问题和保护等一系列问题，因此选择合理的开环点是 关键。 1 9 9 6 年5 月2 8 日华北电网的“5 2 8 ”事故提醒我们，要重视5 0 0 2 2 0 k v 电磁环网问题。 1 9 8 0 年7 月2 7 日安徽电网大面积停电事故 1 9 8 0 年7 月2 7 日安徽电网发生一次大面积停电事故。事故起因是由于一台2 2 0 k v 电压互感 器爆炸起火，保护拒动，二条2 2 0 k v 线路先后跳闸，大量负荷转移到一条与之环网运行的1 1 0 k v 线路上，造成稳定破坏，系统剧烈振荡，最后导致系统瓦解。造成皖中、皖南地区大部分停电， 甩负荷及停电3 2 0 m w ，少送电2 4 万千瓦时，影响工农业产值约6 0 万元，事故后经2 0 多分钟才 陆续恢复供电。 1 7 时5 7 分螺丝岗变电所2 2 0 k v 2 号母线b 相电压互感器爆炸起火，母线a 、b 相接地，母 差保护0 1 2 s 动作跳开母联断路器及2 号母线上的2 2 0 k v 淮合两回线线路断路器。电压互感器爆 炸的火焰波及相邻的2 2 0 k v 出线，造成出线a 相接地。该线路淮南电厂侧的零序保护二段拒动。 造成螺丝岗变电所1 号母线上的淮合一回线的零序电流保护三段3 s 跳闸，淮南至合肥的二回 2 2 0 k v 送电线路均断开，所送的1 4 万千瓦负荷全部转移到与2 2 0 k v 线路环网运行的淮合1 1 0 k v 线路上，造成稳定破坏，系统剧烈振荡。1 8 时马鞍山及芜湖电厂被迫解列，1 8 时1 分螺丝岗变 电所拉开主变压器高压侧断路器使系统解为南北两部分，皖南一些火电厂因电压过低，被迫解列 5 东南大学工程硕士论文 或全停，事故发生时由于调度通信中断2 0 分钟导致事故处理的延误。 与上面的事故相似，事故扩大根本原因就是二条2 2 0 k v 线路与一条l l o k v 线路环网运行， 在规划和运行时未考虑二回2 2 0 k v 线路同时中断时会引起稳定破坏，没有采取相应的技术措施。 当高压电网线路开断后，造成线路潮流大量转移，引起一系列连锁反应。 1 2 2 电网事故与电网结构的关系1 1 m 】 电网结构的问题是在6 0 年代国外发生大面秘停电事故之后引起国内外关注重视的。典型大 停电事件如1 9 9 6 年美国西片电网( w s c c ) 连续两次( 1 9 9 6 年7 月2 0 日和8 月l o 日) 、新西 兰发生的大停电事故，其中1 9 9 6 年7 月2 0 日美国西片大停电起因于一座2 0 0 万千瓦( 4x 5 0 万 千瓦) 发电厂的一条3 4 5k v 出线( 共3 条出线) 对大树闪络引起跳闸，相邻另一条线路保护误动 使事故扩大，引发一系列连锁反应，造成电网瓦解，事故波及美国本土十几个州和加拿大的两个 省，导致电网解列成4 个孤立系统，损失负荷3 0 3 9 万千瓦，影响7 4 9 万用户；新西兰第大城 市奥克兰市停电事故，停电限电时间长达4 0 多天，学校停课，商店停业，居民外迁，甚至准备 实施紧急状态，进行军管，停电事故已“危及国家安全”。 1 9 7 0 1 9 8 0 年，我国的电网处在一个特殊的发展时期，即省网和区域电网的形成时期，许多 地区的电网相继互联，逐步由孤立的l l o k v 电网互联形成2 2 0 k v 及以上的全省乃至跨省电网。 原来的l l o k v 电网一旦发生事故，只会影响局部地区电网：当2 2 0 k v 互联电网形成后，旦发 生事故，将会影响到更大范围电网的稳定运行。 1 9 7 0 年以前，我国各电网容量都比较小，除东北、华东外，绝大部分电网最高运行电压是 1 l o k v ，稳定问题不突出。1 9 7 0 年以后，随着电网的发展，很多地区都形成了2 2 0 k v 或3 3 0 k v 为主 的高电压电网，高低压电磁环网运行极易发生稳定破坏事故，这种由电网结构不合理造成的稳定 破坏事故明显增加。1 9 7 0 1 9 8 0 1 z 的1 1 年- 中发生了与此有关的稳定破坏事故4 0 次，其中造成系统 基本瓦解的9 次。1 9 8 1 1 9 8 7 年虽有下降，仍发生了1 3 次，1 9 8 8 年1 9 9 0 年发生了2 次。 1 9 8 1 年，大连召开的全国电网稳定会议，总结了1 0 年间出现的电网稳定破坏事故，交流了 我国各高压电网在这方面的经验和教训，随后颁发了电力系统安全稳定导则；其后又组织专 家组进行进一步总结全国各大区电网建设和运行经验，于1 9 8 4 年颁发了电力系统技术导则( 试 行) 。这两个文件主要结合我国的实际情况、具体条件和取得的经验，对如何保证电力系统安全 稳定运行以及对高压电网的建设，明确了原则和根本性的指导方针。高低压电磁环网运行方式在 1 9 8 1 年大连召开的全国电网稳定会议后大多都得到了改变。但尚有部分地区未改，以致在1 9 8 1 1 9 8 5 年中，这种结构方式的电网中所发生的稳定破坏事故仍居首位。 随着5 0 0 k v 电压等级电网的建设，又出现了新的5 0 0 2 2 0 k v 的电磁环网。在5 0 0 k v 网架初步形 成时期，某些地区确实存在电磁环网，然而由于5 0 0 k v 主刚架相对而言比较薄弱，2 2 0 k v 输电线 路仍然承担着输送电能的作用，解环工作难以实施。随着5 0 0 k v 电网的不断发展，一些省级电网、 区域电网的5 0 0 k v 网架结构得到了加强，部分形成了环网、双环网以及三环网结构。目前，各大 区电网基本都形成了坚强的5 0 0 k v 网架，同时，在某种情况下5 0 0 k v 2 2 0 k v 电磁环网的存在大大 降低了电网的稳定性，往往会因为电网单一故障引起恶性连锁反应。 在我国，近2 0 年来，备大电9 造成的大停电事故有1 4 0 余起，每次损失数亿元人民币。近几 6 第一章绪论 年事故次数虽有所下降，但其规模和造成的损失却大幅度扩大。 表1 1 汇总了我国1 9 7 0 年1 9 9 0 年2 0 年间与电网结构有关的稳定破坏事故。 表1 1 与电网结构有关的稳定破坏事故 1 9 7 0 1 9 8 0 年1 9 8 1 1 9 8 7 年1 9 8 8 1 9 9 0 焦 序 结构型式 次占百分比次占百分比 次 号 占百分比( ) 数( ) 数 ( ) 数 单回路长距离联系阻抗 l8 13 8 61 32 7 7 l6 7 过大 2高低压电磁环网 4 0 1 9 0 1 32 7 721 3 3 3弱联系特大环网 1 25 7l2 116 7 4 受端联系过弱的多回路 62 9 5 主要电源不合理的支接 1 o 5 6弱联系联网 12 121 3 3 7 头重脚轻结构 4 8 5 从主网受电比例大且联 8 系较弱的受端系统或地 74 6 7 区系统 大用户侧供电结构不合 9 l2 1 理 1 0 其它 l6 7 总计 1 4 06 6 73 37 0 2 1 4 9 3 4 从以上的历史教训看，电网安全稳定问题与电网结构的合理性息息相关，归纳起来，容易引 起破坏事故的电网结构有： 1 ) 高压线与低压线并联运。 2 ) 长线与短线并联，或粗线与细线并联， 3 ) 超长距离的环网。 4 ) 电源与电源直接连接。企图充分利用各电厂的送出线路，殊= 十= 知其中一个电厂的出线发 生事故，其电力自动涌向另一个电厂的出线，超过稳定极限，导致整个系统振荡，另一 个电厂的出线也会自动切断。 5 ) 环联环、大环套小环、多点联接。电网是一个瞬息相关的整体，一处出事，波及全网， 如果环环相套，多点联接，很难看出在某种运行方式下，某处发生事故，将会使另一处 的故障潮流超过该段线路的稳定极限，引起系统稳定破坏。 6 ) 电网结构主次不分，高压主干线上随处下接受电变电站。 7 ) 在用电负荷集中地区缺乏足够的电压支撑。现代大电网中一般大的电源点都远离负荷集 中的城市，实行较远距离的送电，当送电线发生事故，某些电源被切断；受电的负荷集 中地区电力供应不足，频率下降，自动切除部分负荷，可使频率恢复正常，但因无功电 源不足，受电系统电压下降，补偿的电容器由于系统电压下降，其容量也相应成平方下 降，进一步加重无功不足，这样相互循环作用，将导致受电系统电压崩溃。此时，如有 发电机或调相机能承担地区无功电源，形成电压支撑，可防止电压崩溃。 7 东南大学工程硕士论文 电力系统安全稳定导则中明确指出“随着高一级电压电网的建设，下级电压电网应逐步 实现分层分区，相邻分区之间保持互为备用。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”。同时，由于大量环网的存在，系统的短路容量剧增，达到了一些设备无法承受 的情况，在不增加投资更换设备的前提下，最好的方法就是打开环网。因此，在我国电力系统中， 打开环网，实现电网分层分区运行已经成为已经成为一种共识。 1 3 电网分层分区研究现状 分层分区运行是电网发展的必然结果，是大电网稳定运行的基础。既然电网的发展到一定程 度必然需要电网分层分区，如何将环网、电磁环网以及电网分层分区各个不同阶段的电网结构考 虑到规划、设计过程中，是电力工作者需要长期开展的工作。 文献【1 1 】中，作者总结了一些极易引发稳定破坏、电压崩溃、电网瓦解等大面积停电事故 的电网结构，其中就包括了：高低压电磁环网，环形距离过长，环套环、多环互联几种涉及环网 的结构，并阐述了电网结构布局应体现的原则是：分层分区，主次分明。文献【1 4 中，作者通 过对安徽电网与华东电网的联络方式作了计算与分析，提出了安徽电网实施分层分区运行的技术 条件。文献【1 5 详细分析了华东电网2 2 0 k v 省际联络线开断运行的必要性和可能性，并通过分 析选择了华东电网的最佳运行方案。文献【1 6 分析了华东电网实施分层分区应具备的基本条件， 并通过对华东电网的潮流分析、稳定分析、短路容量分析，讨论了华东电网未具备分层分区条件 时电磁环网开断运行将会出现的问题。 文献【1 7 2 l 】都是从规划的角度，分析了不同地区电网分层分区的问题。文献【1 7 在分 析了电磁环网解环运行基本条件的基础上，从福建电网潮流、有功网损、暂态稳定等方面分析了 电磁环网解环方案对福建电网的影响，探讨了近期福建电网实现分层分区运行的可行性。提出了 福建5 0 0 k v 2 2 0 k v 电磁环网解决方案以及福建电网远期分层分区的目标及加强网架结构等具体建 议。文献【1 8 从电网规划角度探讨了湖北电磁环网解环的时间和解环地点。文献【1 9 以保证 湖南电网安全稳定运行为目标，针对“十一五”期间湖南电磁环网解环问题作了详细的分析，研 究表明2 0 1 0 年前在娄底与湘潭之间2 2 0 k v 网络开环是合适的。文献【2 0 】从分析湖南电网现有的 特点及存在的问题出发，提出电网规划发展战略主要原则，通过对“十五”期间电网演变过程， 比较分析5 0 0 2 2 0 k v 电网开环前后的输送能力、稳定水平及变电站母线的短路容量，对“十五” 期间湖南电网结构特点及分层分区的电网规划存在的合理性及不足之处进行了深刻全面的分析， 并提出了2 0 1 0 年湖南电网分层分区条件以及具体实施意见。文献 2 1 】根据浙江电网的实际情况， 从规划的角度，进行了分层分区安全稳定性分析，并得出2 0 0 1 年浙江电网不具备分层分区运行的 条件、2 0 0 3 年可以局部解环、2 0 0 5 年可以实施初步分层分区的结论。 1 4 本文的主要工作 本文在系统地总结环网和电磁环网特点的基础上，以镇江地区电网为研究对象，对镇江地区 电网分层分区运行进行了深入的研究，具体工作可以概括为以下几个方面的内容： 8 第一罩绪论 1 ) 从研究环网、电磁环网基本特征出发，分析了环网产生的原因及种类，从运行角度上深 入分析了环网的积极作用和负面影响，并提出了解决环网运行的基本原则、方法和要求； 2 ) 根据镇江电网的实际情况，分析了镇江地区电网目前存在的问题，论证了镇江电网分层 分区运行研究的可行性； 3 ) 提出了镇江电网分层分区运行方案，并从潮流分布、静态安全、暂态稳定的角度论证了 镇江电网分层分区运行方案的可行性； 4 ) 根据镇江电网的实际情况，分析了镇江电网分区运行方案的优缺点，指出了镇江电网分 区运行中存在的问题，并结合实际提出了切实可行的解决方案； 5 ) 结合镇江电网未来的发展情况，对镇江电网分层分区运行从规划角度进行了研究，提出 了适合镇江电网发展的新的分区运行方案，并提出了镇江电网今后规划的总体原则。 9 东南大学工程硕士学位论文 第二章电网分层分区运行的基本概念 城市电网运行的最基本要求是安全与稳定。通常可以认为安全是保证电力设备的运行参数在其 规定的限额以内，稳定是指电网各部分处于同步运行状态。城市电网安全与稳定的运行直接关系到 城市经济的可持续发展，而城市电网安全稳定的核心问题是要建立一个与该城市相适应的、合理的 电刚结构。当然城市电网结构的建立不是一蹴而就的，不同时期城市电网结构是各不相同的，它必 然经过一个从小到大、从弱到强、从低到高的发展阶段。 历史经验已经证明，现代电网运行必须考虑实行分层分区的运行管理。电网分层分区是合理的 生产管理和调度自动化所必须遵循的原则，是合理的电压等级配合和电源与负荷平衡的网格条件。 城市电网实现分层分区运行后，可限制电网的短路电流，解开高低压之间的电磁环网，便于事故处 理和潮流控制，并能充分发挥高一级电压电网的输电优势。城市电网分层分区是城市电力系统发展 过程中的产物，并且随着城市电力系统发展而发展。从这个意义上讲，随着城市发展与进步，现代 城市电网结构对电网分层分区的要求也越来越高。 2 1 环网的基本概念 环网是在电网运行过程中形成闭合回路的一种电网结构。高低压电磁环网，是指两组不同电压 等级运行的线路，通过两端变压器磁回路的联接而并联运行。电磁环网含有许多环网的特性，同时 电磁环网还具有很多环网所没有的特性。 环网尤其是电磁环网运行存在事故影响范围大，易发生动、热稳定破坏事故，短路电流大，潮 流分布复杂，安全稳定装置和保护装置复杂，保护整定配合困难，管理复杂等问题。电力系统安全 稳定导则2 2 ，3 ，2 条明确指出“随着高一级电压电网的建设，下级电压电网应逐步实现分区运行， 相邻分区之间保持互为备用。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”。目 前，随着网架结构的逐步完善，我国以环网、电磁环网运行的电网方式正在逐渐减少。 2 2 电磁环网形成的原因 电磁环网形成的原因是多种多样的，从本质上来看，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，或者高一级电压输电线路运行后的几年内，需要提高 输电能力，而又不得不在同一路径上新建低电压等级的线路。其产生的原因主要集中体现在观念上、 规划上和运行管理上： 1 、观念的原因 环网尤其是电磁环网的缺点是一个早有结论性的问题。但是一些电力规划、运行人员在观念上 忽视了环网尤其是电磁环网的缺点，认为环网供电可靠，可提高供电能力，片面地追求供电可靠性， 对电网往往采用合环运行方式。 2 、规划的原因 l o 第二章电网分层分区运行的基本概念 部分规划人员在规划过程中，未能对电网结构作合理的、长期的设计、分析，致使在某些输电 路径上因无法满足输电容量问题，又增加了更高一级的电网结构。 3 、运行管理的原因 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。美国的电网就是典型的由于管理分散而引起的大环 网，并且其中有很多电磁环网。多次的大停电事故，都是由于环网中单一设备故障引起潮流大面积 转移，引起了事故的进一步扩大，反映了美国电网中环网所带来的危害。 2 3 环网的种类 从电网结构上看，环网和电磁环网可归纳为五种典型接线方式，主要包括：高低压电磁环网运 行方式、单电源支撑多级供电运行方式、多级双回路馈供运行方式、两主变并列运行方式、电厂并 入两电源运行方式。 2 3 1 高低压电磁环网运行方式 这种方式为典型的电磁环网运行方式。如图2 1 、图2 2 所示。主要是在高一级电压线路投入运行 初期，由于高一级电压网络尚未形成或网络尚不够坚强，需要保证输电能力而不得不采取电磁环网 运行方式。这种运行方式应当在规划、建设时就应考虑有利于今后电网的分区解环运行。 2 2 。爱v l i o k v 目驰1 燕黎曲2 2 0 1 1 0 k v # , 鹾环随运抒方式 5