（电气工程专业论文）湖南电网结构的分析计算研究.pdf

摘要 湖南电网位于华中电力系统南部，是华中系统的重要组成部分。 本文着重对湖南 电网结构进行研究，分析其中存在的问题和相应的解决方法。 本文首先介绍了湖南电网的概况，分析了负荷、电源、电网的现状，指出了存在 的问题，对湖南电网今后的发展趋势和特点进行了展望。 接着对电网结构进行了研究，总结了合理电网的基本特征。在此基础上， 规划了 湖南电网 2 0 0 5年的主干网架结构。重点研究了长株潭地区变电站的扩容问 题，得出 的结论是 2 0 0 5年先建设长沙西变，并对相应的网络接入方案进行了讨论。对 2 2 0 k v 网络建设方案也进行了详细的分析。 研究了电磁环网问题， 分析了电磁环网对于电力系统的危害， 可概括为五个方面: 提出了保持环网运行应注意的原则和条件;分析了湖南电网中电磁环网的现状， 对每 处环网分别进行了讨论; 对具备开环条件的电磁环网进行解环方案研究，比较和分析 了不同方案的技术性和经济性。 三峡送电湖南后，湖南电力系统成为一个大的受端系统，给电源建设等方面造成 了影响。选取了 2 0 0 5年湖南电网作为典型进行研究，分析三峡送电后湖南电网的电 压水平和稳定水平。通过无功平衡计算，分析了无功电压水平。 进行了多种故障下的 暂态稳定计算，并提出了改善稳定水平的措施。 关键词:电网结构网络规划电磁环网受端系统湖南电网 未 经 作 一者、 匆 全 文 公 护 导 绷 事 井户 ab s t r a c t h u n a n g r i d 担g ) i s l o c a t e d i n t h e s o u t h o f h u a z h o n g e l e c t r i c p o w e r s y s t e m s ( h e p s ) a n d i s a n i m p o r t a n t p a rt o f h e p s . t h e n e t w o r k s t r u c t u r e o f h g i n t o d a y a n d f u t u r e , i n c l u d i n g i t s d r a w b a c k s a n d m e a s u r e s t o i m p r o v e t h e m , a r e d i s c u s s e d i n t h i s p a p e r . f i r s t ly , t h e c h a r a c t e r i s t i c o f h u n a n g r i d i s s u m m a r i z e d , s u c h a s i t s l o a d , p o w e r s u p p l y , n e t w o r k s t r u c t u r e a n d s o o n . t h e e x i s t in g p r o b l e m s o f h g a r e p r o p o s e d . i t s d e v e l o p i n g t e n d e n c y i n t h e f u t u r e i s a l s o e s t i m a t e d . s e c o n d l y , n e t w o r k s t r u c t u r e i s s t u d i e d , a n d t h e g e n e r a l p r i n c i p l e o f a s tr o n g颤d i s s u m m a r i s e d , a p i e c e o f b a c k b o n e n e t w o r k p l a n n i n g t o h u n a n g r id o f 2 0 0 5 i s d o n e . t h e l o c a t i o n a n d c a p a c i t y o f a t r a n s f o r m e r s u b s t a t i o n i n c h a n g - z h u - t a n a r e a i s d i s c u s s e d , w i t h a c o n c l u s i o n t h a t c h a n g s h a w e s t s u b s t a t i o n s h o u l d b e b u i l t i n t h e f i r s t p l a c e . t h e 2 2 0 k v n e t wo r k i s a l s o d i s c u s s e d i n d e t a i l . t h i r d l y , t h e p r o b l e m o f e l e c tr o m a g n e t i c a l l y c o u p l e d p o w e r l o o p i s s t u d i e d . i t s h a r m s t o t h e s e c u r e o p e r a t i o n o f e l e c t r i c a l p o w e r s y s t e m a r e a n a l y z e d , a n d t h e c i r c u m s t a n c e t h a t t h e l o o p c a n b e s e c u r e o p e r a t i o n i s d i s c u s s e d . t h e l o o p e d n e t w o r k o f 5 0 0 / 2 2 0 k v v o l t a g e l e v e l i n h g i s i n v e s t i g a t e d , a n d s t r a t e g i e s o f h o w t o o p e n t h e s e l o o p s a r e a d v a n c e d . a ft e r h g i s c o n n e c t e d t o t h e t h r e e g o r g e h y d r o p l a n t , i t b e c o m e s a l a r g e v o l u m e r e c e i v i n g e n d o f e l e c t r i c i t y . t h e n m a n y a s p e c t s w i l l b e a ff e c t e d s u c h a s t h e b u i l d i n g o f p o w e r p l a n t . t h e n e t w o r k o f h g i n 2 0 0 5 i s c h o s e n a s a t y p i c a l m o d e l t o b e s t u d i e d , o f w h i c h v o l t a g e a n d s t a b i l i t y a r e e v a l u a t e d . i t s t r a n s i e n t s t a b i l i t y i n d i ff e r e n t t y p e s o f f a u l t i s c a l c u la t e d , a n d m e a n s o f i m p r o v e m e n t a r e b r i n g f o r w a r d . k e y w o r d s : e l e c t r i c a l n e t w o r k p o w e r l o o p r e c e i v i n g e n d n e t w o r k p l a n n i n g e l e c t r o m a g n e t i c a l l y c o u p l e d h u n a n 幼d 1 绪论 1 . 1 引言 自上世纪六十年代以来，现代电力系统发展迅速，进入了以大机组、大电网、超 高压、长距离输电为主要特点的联合电力系统发展阶段，其规模越来越庞大，结构越 来越复杂。 大规模联合电力系统的出现， 可以解决地区间能源资源和负荷分布的不平衡， 提 高投资效益和运行经济性。然而，现代电力系统的结构和运行方式复杂多变，一旦出 现系统故障，有可能波及全系统，造成系统崩溃事故而引发大面积停电，带来巨大的 经济和社会损失11 。 如1 9 7 8 年法国 大停电 事故， 停电4 -7 h ， 少送电 量1 .0 亿k w h ， 直 接经济损失约两亿美元; 1 9 8 1 年， 墨西哥电力系统中，由于一个火电厂与另一个火电 厂同时事故，导致墨西哥城和该国中 部和南部停电， 持续时间 长达 3 h 2 ,3 ; 最近连续 发生在美国、英国、意大利等国的大面积停电事故，损失更为惨重。 因此， 现代电力系统的安全和稳定问题较之传统电力系统显得更加突出和格外重 要，受到了广泛关注。 人们采用各种手段努力提高电网的安全和稳定水平， 如合理规 划建设电网、应用继电保护和自 动化装置、提高电网运行管理水平等。 在所有影响电 网安全性的因素中，电网结构是最重要的影响因素。一个结构坚强的电力系统，可以 减少事故带来的危害，降低系统崩溃的几率。 1 . 2 电网结构研究的发展及现状 电力系统的稳定一般可划分为两种:功角稳定、电压稳定。功角稳定就是电力系 统在受到干扰后，各台同步发电机维持同步运行的能力。按照扰动大小和失稳过程 分， 功角稳定又 可以 分为静态稳定 ( 小 扰动后不失 步，自 动恢复到 起始 状态 ) ， 暂态稳 定( 大扰动后不失步， 能达到新的 稳定运行状态) ， 动态稳定 ( 千扰后不发生振幅不断增 大而失步， 主要有低频振荡、 次同步振荡、 同 步电 机的自 激等) 等。 电 压稳定是指电 力 系统维持负荷电压于某一规定的运行极限之内的能力。当电压不稳定时， 将导致电压 崩溃，造成大面积停电。 围 绕着电力系统稳定， 人们展开了 很多理论方面的 研究工作4 - 1 0 1 ，探讨各种稳定 的失稳机理， 提出各种稳定的 快速判断方法和评价标准6 - 1 6 1 ， 研究改善电力系统稳定 情况的措施等。目 前，功角稳定方面的研究比较深入， 理论也较为成熟。而电 压稳定 在失稳机理方面的认识还不充分， 但普遍认为与电力系统中的电源配置、网络结构和 运行方式、负荷特性等因素有关。 在工程应用方面，人们运用各种理论成果评价和分析己有系统的稳定状况，开发 并 应 用各 种 设备 ( 继电 保 护、自 动 运 行 装置、 稳 定 装置 等 ) 提高 其 稳定 水平 1 7,1 8 1 。 更为 重要的 是， 经过几十年的 长期实践， 积累和总结了 大量宝贵经验 1 9 -2 5 1 ， 并不断提高运 行和管理水平，降低了电网崩溃的几率，提高了电网的安全水平。 无论是理论研究还是工程实践， 人们都得出相同的结论:“ 电网稳定的实质是电 网结构1 6 re 。 这是因为， 电 力系统的电网结构是保证电 力系统稳定运行的物质基础， 在 很大程度上决定电力系统的稳定水平。 长期实践更是证明， 没有一个布局合理， 结构 坚强的电网，就难有电网的长期安全和稳定。 电网稳定破坏事故往往发生在电网结构的薄弱环节。常见的薄弱环节包括，高低 压电 磁环网， 过弱的受端系统、 长距离的单回线路、 特大环网 等 1 7 1 。 根据我国 近几年 来的统计，在稳定破坏的事故中，约有2 / 3 发生在这些结构薄弱的地方，见表1 -1 0 表 1 -1 我国发生的稳定破坏事故统计 结构形式 占事故总数的百分数 1 9 7 0 - 1 9 8 0 年1 9 8 1 一1 9 8 7 年 距离过长的单回线路 3 8 . 6 2 7 . 7 高低压环网结构 1 9 乃 2 7 . 7 弱联系大环网 5 . 7 2 . 1 过弱的 受端系统 2 . 98 . 5 其他 0 . 5 4 . 2 合计 6 6 . 7 7 0 . 2 长距离的单回线路。长距离输电线路阻抗大，且无功补偿不足，运行电压低下。 如，黑龙江东部电网2 2 0 k v , 1 5 4 k v , l l o k v, 6 6 k v , 3 5 k v串连9 0 8 k m，四川电网由 碧口 到重庆1 0 8 0 k m线路，都曾 造成多次事故。 高低压电磁环网。高低压线路并列运行，高压线路一旦断开， 潮流即涌向低压线 路， 超过稳定极限， 保护和自动装置相继动作引起系统停电。 如，1 9 7 3 年湘中北部电 网， 由于拓潭2 2 0 k v线路与拓乡h o w 线路并列运行， 拓潭线跳h l . 拓乡线路振荡， 全 网停电，半年内发生5 次之多。 特大环网。环网中任一点出事故，潮流即涌向另一端，超过稳定极限。如东北水 丰电站 2 2 0 k v出线，经丹东、大连、营口、鞍山又回到水丰，8 6 7 k m大环， 发生过 1 1 次振荡事故。 过弱的受端系统。送端电源或输电线路上的任意故障都有可能使电力系统失步。 其他的薄弱结构还包括，电厂与电厂间直接以线路相连、环套环、多环运行、无 功备用不足等，都极大的威胁着电网的安全运行。 这些薄弱环节给电网运行埋下了隐 患，必须尽量加以消除。 电网规划根据负荷预测和电源规划的结果， 确定何时何地投建何种类型的输电线 路及其回路数，以达到规划周期内所需要的输电能力， 在满足各项技术指标的前提下 使输电 系统的费用最小2 6 1 。 电网 建设是投资巨 大的 工程， 合理的电网 建设方案可以 带 来巨 大的社会、经济效益，同时可以 提高电网 运行的可靠性、 便于长期扩展。 提高电 网规划水平是电力工作者长期关注的焦点之一。 电网 规划应保证电网有合理的布局和较大的发展空间， 满足一段时期( 1 0年甚至 更长) 内 各方面的需要。 一方面， 应对电 力系统进行全面的 研究分析， 根据有关电力系 统的准则、规程和规则校核电力系统各发展阶段的规模， 使系统所有元件的容量之间 有一个合理的配合( 包括发电 容量及其配置、 电网的电 压等级、 输电 线回数、 电网的 输 送容量等) ， 使其能与系统中各地区负 荷的 增长相适应， 不仅要求有功功率的 平衡， 同 时要保证无功功率的平衡。另一方面，要保证电力系统有一个合理的电网结构， 特别 注意电力系统中可能出现的薄弱环节，在大量分析计算的基础上， 提出合理电网建设 方案。 电网规划涉及大量复杂的分析计算，要综合考虑诸如投资、可靠性、环保、生产 费用、网损、输电走廊以及难以定量的社会政治等因素，同时也要考虑负荷预测、电 源规划的不确定因素的影响， 是一项非常复杂的系统工程。电力市场改革也对电网规 划提出了新的挑战。随着计算机软件技术、人工智能技术的发展以及模糊数学、决策 理论在电网规划中的应用，电网规划的优化算法和分析计算方面也取得了很多的成果 2 7 -2 9 ， 并 得到了 应 用 3 0 无论是优化算法还是传统的规划算法， 在电网规划过程中都要反复进行以下分析 计算，即潮流计算、短路计算、稳定计算及经济计算。 1 ) 潮流计算。分析电力系统在给定负荷水平、发电调度及输电系统接线时的稳 定运行情况。 潮流计算往往用来分析不同发电调度方式及某些线路停运时系统的运行 清 况以 校验输电系统适应能力， 检查线路或变压器是否过负荷， 各母线电压是否超过 给定的范围。有时，潮流计算所得到的电压相角也用来对稳定性作大致估计。 2 )短路电流计算。主要用来决定在系统不同地点发生短路时短路电流及电压的 分布，并由 此来校验断路器的切断能力和热效应、力效应。 有些系统对不同电压等级 的输电系统规定了断路器的最大切断容量， 在进行系统规划时应使短路电流限制在给 定的范围之内。 3 )稳定计算。主要用来估计系统承受干扰的能力，校验系统出现故障时是否会 失去同步而崩溃。 在进行稳定计算时， 应根据运行规划要求设置一些典型的运行方式、 故障类型及故障地点。 稳定计算应包括发电 机机械惯性、发电机及输电系统的电气特 性、负荷电压特性、负荷频率特性、发电机调速器特性等的模拟。 4 ) 经济计算。主要用于评估和比 较不同方案的造价和运行的经济性，常用的方 法有现值比 较法或等年值费用法等。 1 .3 小 结 湖南电网位于华中电 力系统的南部，目 前正处于高 速发展的时期， 步入以5 0 0 k v 和 2 2 0 k v输变电设施为主网架，以 3 0 0 mw 等级机组为主机组，拥有装机容量 1 0 ,0 0 0 m w的大电网、大电 厂、 大机组的新阶段。 对于湖南电网而言，目 前是发展的 机遇，也是一种挑战。如何应对这种挑战， 规划好电网结构是一个重要的问题。因此 需要深入研究湖南电网中存在的问题， 提出解决的办法， 规划一个合理的电网结构， 保 障电网的安全和稳定。这也是本文研究的主要目 的。 本文研究的主要内容和章节安排如下: 第一部分首先阐述了电网结构对电网安全和稳定的重要性， 介绍了电网结构方面 的研究现状， 介绍了电网规划中分析计算的主要内容， 最后概括本文所做的主要工作 和章节安排。 第二部分首先介绍了湖南电网， 概括了电网的负荷分布和供用电 情况、 电 源情况、 以及网络结构情况，分析了电网的现状，指出电网中存在的薄弱环节;并对今后湖南 电网的发展趋势和特点进行了展望。 第三部分首先总结和论述了合理电网的结构特征，包括受端系统，电源分布、网 络结构等方面内容，然后对 2 0 0 5年湖南电网的 5 0 0 k v和 2 2 0 k v主干网络进行了规 划，重点对变电所布点增容方案、网络接线方案等方面内容进行了比较分析; 第四部分研究了电磁环网问题， 分析了电磁环网对于电力系统的危害， 讨论了在 不具备开环条件而不得不采用环网运行时应注意的原则和条件; 分析了湖南电网中的 5 0 0 / 2 2 0 k v电磁环网问题，对每处环网分别进行了讨论，对具备开环条件的电磁环网 进行解环研究，提出了不同的解环方案，并进行了技术比较。 第五部分针对三峡送电后湖南电网可能存在的无功电压和稳定问题进行了研究。 首先介绍了三峡电力电量在湖南电网的分配情况，讨论了线路和变电所的无功配置。 对 2 0 0 5年湖南电网的稳定情况进行了 分析计算研究，针对分析计算结果，提出了改 善电网稳定状况的措施。 本文最后对全文的主要内容进行了总结。 2 湖南电力系统的现状和发展 湖南省电力系统位于华中电力系统的南部， 是华中系统的重要组成部分。 本章主 要对湖南电力系统的基本情况进行介绍，分析电网的现状和存在 的问题，并对湖南 电力系统今后的发展趋势进行展望。 2 . 1 湖南电 力 系 统概况 1 9 8 0 年，随着衡阳一株洲2 2 0 k v输变电工程建成投产，湖南中北部与南部的电 网联为一体，湖南电网开始形成，成为当时全国1 3 个装机容量超过百万k w 的电网 之一。 初期的湖南电网结构一度非常薄弱， 金竹山 火电厂、 拓溪水电 厂、凤滩水电站 等大电源都在西部，远离负荷中心，稳定问题十分突出。 2 0 年来， 作为国民经济和社会发展的重要基础产业， 湖南电网取得了巨大的发展。 先后兴建了东江、末阳、华能岳阳、五强溪、石门、湘潭、益阳等一大批骨干电站。 湖南电网 经两条联络线( 葛洲坝一岗 市5 0 0 k v线路及汪庄余一峡山2 2 0 k v线路) 与华中 电网联系。 省内建成了五强溪岗市一云田民丰一五强溪5 0 0 k v菱形环网。 建成了 受端长株潭2 2 0 k v双环网，2 2 0 k v电网结构有了很大的加强。 目 前， 湖南电力系统己 覆盖全省所有城市和9 5 % 以 上乡 村， 步入以5 0 0 k v 和2 2 0 k v 输变电设施为主网架，以3 0 0 m w等级机组为主机组， 拥有装机容量1 0 , 0 0 0 mw的大 电网、大电 厂、 大机组的新阶段。 下面从负荷、电 源、网络等角度对湖南电力系统的 概况进行介绍. 1 )负荷分布及供用电概况 2 0 0 2 年湖南省全社会用电量4 7 .7 6 t w h ，其中统调供电量3 6 .4 4 t w h ;华中 主网净送湖南电网电量1 . 5 9 t w h ，贵州凯里电厂净送湖南电网电量0 . 5 9 2 t w h ; 湖南电网统调最高负荷6 4 8 3 m w. 湖南省负 荷主要分布在京广、 湘黔铁路沿线经济发 达地区，包括长沙、湘潭、株洲、岳阳、衡阳、娄底等地区。 2 )电源概况 截 至 2 0 0 2 年 底 ，湖 南 省 电源 装机 总 计 1 1 1 0 . 8 6 mw ，其 中水 电 6 1 3 5 .2 8 m w( 5 5 .2 % ) ，火电 4 9 7 5 . 5 8 m w( 4 4 . 8 % ) ;发电量总计 4 5 .3 9 t w h ，其中火 电2 0 .0 6 t w , h e 1 9 9 5 2 0 0 2 年电 源装机平均递增5 .2 3 % ( 1 9 9 5 年为7 7 7 6 m w) ， 发电 量 年平均递增4 .6 1 % ( 1 9 9 5 年为3 3 . 1 0 t w h ) . 全省装机容量最大的电厂为五强溪水电站， 装机 1 2 0 0 mw， 最大单机容量为华能 岳阳电厂的3 6 2 . 5 mw。全省主要电源情况见表2 -1 0 表2 -1 2 0 0 2 年湖南省土要电源装机 电源类型名称装机容量( m w ) 水电 五强溪 5x2 4 0 拓溪 5又8 5 + 7 5 凤滩 4x1 0 0 东江 4x1 2 5 凌津滩 9x3 0 江娅 3x 1 0 0 火电 华能岳阳 2x3 6 2 . 5 金竹山 4x 1 2 5 + 2 x 5 0 鲤鱼江 2x6 5 株洲 2x 1 2 5 未阳 2x2 0 0 石门 2x3 0 0 湘潭 2x3 0 0 益阳 2 x 3 0 0 3 )网络结构概况 湖南电网经两条联络线( 葛洲坝一岗 市5 0 0 k v线路、 汪庄余一峡山2 2 0 k v线路) 与华中电网联系， 贵州凯里电厂经玉屏一阳塘线路并入湖南网。目前省内己在原来五 强溪一岗市一云田一民丰一五强溪5 0 0 k v四边形环网的基础上，新建成了岗市复 兴沙坪一云田5 0 0 k v输电通道。 湖南省2 0 0 2 年底电力系统地理接线图见附录2 0 截止2 0 0 2 年底，全省共有5 0 0 k v变压器6 台，变电容量4 2 5 0 m v a ( 云田2 x 7 5 0 mv a 、民丰 1 x 7 5 0 mv a 、岗市 1 x 5 0 0 mv a 、沙坪 1 x 7 5 0 mv a 、复兴 1 x 7 5 0 mv a ) ; 2 2 0 k v公用变电 所5 4 座， 主变压器8 3 台， 变电 容量1 0 5 9 0 mv a o 拥有5 0 0 k v 线路 8 条 8 9 4 . 4 k m; 2 2 0 k v线路 1 3 6 条 6 6 6 6 k me 4 ) 无功补偿设备概况 湖南电网5 0 0 k v . 2 2 0 k v主网共装设无功补偿设备3 5 9 2 . 2 mv a r ，其中调相机 5 0 m v a r ，电力电容器2 0 1 7 .2 m v a r ，并联电抗器1 4 0 5 mv a r ，静补士1 2 0 m v a r ，全网容 性无功补 偿设备 ( 计及调 相机、电 力电 容 器、 静补 ) 合计2 1 8 7 .2 m v a r o 同步发电机不仅是有功电 源，也是重要的无功电源。全网2 0 0 2 年统调装机容量 7 4 2 4 .6 5 m w，其中火电4 0 0 5 m w， 水电3 4 1 9 . 6 5 mw。大方式时，火电机组的功率因 数一般在0 . 8 5 - 0 .9 左右，水电机组的功率因数一般在0 .9以上。 网内主要发电机组己做了 进相运行试验， 其进相能力见表2 -2 。 从实际运行情况 看， 在电网小负荷方式时， 机组适度的 进相运行对抑制5 0 0 k v和2 2 0 k v电网电 压水 平偏高非常有效，可取得明显的调压效果。 表2 -2 湖南电网主耍发电 机组进相能力表 名称 机组容量 ( mw) 进相深度( m v a r / m w) 试验机组 mv a r / m wmv a r / mw mv a r / mw 华岳 3 6 0/ / 石门 3 0 0- 5 / 3 0 0- 3 0 / 2 4 0 - 5 3 / 1 9 0a l 湘潭 3 0 0/ / 来阳 2 0 0- 2 5 / 2 0 0- 5 5 / 1 6 0 - 7 0 / 1 0 0 2 金竹山 1 2 50 / 1 2 5 - 3 0 / 1 1 0一0 / 9 0 3 株洲 1 2 5- 2 0 / 1 2 5 - 2 7 / 1 1 0- 3 6 / 9 0 1 2 五强溪 2 4 0- 9 7 / 2 4 0 - 1 2 7 八8 0- 2 0 3 / 4 0a l 东江 1 2 5- 5 0 1 1 0 0 - 6 0 / 8 0- 7 5 / 5 0a 2 凤滩 1 0 0- 3 7 / 1 0 0 - 6 5 / 5 4 - 1 0 3 / 1 0a 1 拓溪 7 5- 2 6 / 7 3 - 4 0 / 5 0- 2 9 / 4 0a l 8 5- 3 0 / 7 5 - 4 3 / 5 0- 5 4 / 3 0a 2 , a 4 8 50 / 7 5 /- 2 0 / 3 0a 3 , 4 5 , a 6 江娅 1 0 0- 6 6 / 1 0 0 - 7 2 / 8 6 - 7 8 / 6 3a 2 注:1 ) 一 ” 表示从系统吸收无功功率; 2 )水电 厂一般作过多台 机的 进相 试验， 这 里只 列出 一台 机的 试验结果， 3 )拓溪机组经改造后实际出力可大于铭牌出力。 2 . 2 电网现状分析 分析湖南电网的现状，发现具有以下特点: 1 系统电源出力丰枯差和负荷峰谷差大 目 前湖南省水电比 重占5 5 .2 %，除东江水电 站( 多年调节) 、江娅水电站( 年调节) 外，其余水电站为季、周、日 调节或径流电站，调节性能差，因而造成水电在丰枯期 出力和电量相差很大。 最近十年以来的统计表明，湖南统调水电站枯水期电量出力约 为丰水期的1 / 3 左右， 如表2 -3 所示。 非统调水电 站调节能力更差， 在电网中并网运 行，进一步加大了湖南省水电丰枯期出力差，造成湖南电网季节性缺电。每到枯水 期，电网运行困难，有时被迫拉闸限电。 由于生活用电比重的不断提高，使系统峰谷差拉大，最大峰谷差年递增率6 .7 %. 电网调峰手段不足，调峰问题日 益突出。 表2 -3 1 9 9 0 2 0 0 2 年省网峰谷差统计 单位:mw ha 1 9 9 01 9 9 11 9 9 21 9 9 31 9 9 41 9 9 5 1 9 9 61 9 9 71 9 9 81 9 9 92 0 0 02 0 0 12 0 0 2 最大峰谷差 9 7 49 8 01 1 7 11 2 4 71 4 7 0 巧6 71 7 0 81 7 9 41 8 0 11 9 4 51 9 2 42 1 2 9 最小峰 谷 差 1 9 72 3 23 7 23 0 4 2 9 12 9 67 6 55 8 37 4 67 1 47 4 17 6 1 2 )电源布局受条件限制，受端系统不强 由 于能源资源分布不均匀， 湖南电网电 源主要集中在湘西北地区， 且水电比 重大。 湖南省西部地区电源装机总容量约占全省的6 0 %，水电装机容量约占全省水电的 7 0 %，而该地区全社会用电量不到全省的4 0 %，形成 “ 西电东送”的局面，大量电力 远距离输送至东部受端系统，系统运行损耗较大， 经济性较差， 给湖南电网运行带来 较多困难。 东部受端系统由于缺乏足够的电源支撑，高峰负荷时系统电压稳定存在问题。电 力电量占 全省1 / 3 以 上的长株潭地区， 至2 0 0 2 年底发电 装机容量仅占 全省的1 0 % 左 右，由于受端系统不强， 支撑能力小，承受故障冲击能力弱，高峰负荷时系统电压稳 定也存在一定问题。 3 ) 5 0 0 / 2 2 0 k v电磁环网是 “ 西电东送”的主要隐患 由于西北部汇集了葛洲坝、五强溪、凤滩、 江娅、凌津滩、石门等多个远n p 离水 电的大型水、 火电 源， 北部常益地区与长株潭地区之间形成的5 0 0 / 2 2 0 k v电磁环网还 处于发展初期，区域之间2 2 0 k v联络线存在过负荷的威胁。 4 )系统电源备用容量不足 今年夏季湖南统调负荷高达5 4 3 9 mw，因持续干旱， 各水系来水量少， 水电机组 出力不足， 加之连续高温居民生活用电激增，出 现了夏季方式系统大型火电 机组几乎 全部满发， 还要拉闸限电 ( 主要是工业负荷) 的反常现象，给电网的安全运行带来严峻 考验，显现出系统备用容量不足。 5 )电网调相调压能力有待加强 ( 1 ) 全网2 2 0 k v容性 无功 补偿容量 ( 含调 相机) 与 变压器 容量之比 约0 . 1 7 , 基本 补偿变压器满载时变压器的无功损耗， 但各站点无功补偿水平相差悬殊， 容性无功补 偿与变压器容量比为0 0 .3 0 。在大负荷方式下， 负荷中心和一些末端变电所无功补 偿仍显不足，而在电源近区和轻负荷变量所容性无功补偿近期却未能发挥作用。 ( 2 )全网2 2 0 k v感性无功补偿仍较缺乏，随着城区电缆线路的逐渐增多，主网 架加强， 充电功率日 益加大， 在小负荷方式， 特别是2 2 0 k v长线路集中的变电所很难 吸收其充电功率， 造成小负荷方式电网电压偏高现象较为严重， 从实际运行来看， 无 功设施的缺乏尤其是感性无功的 缺乏仍然是进一步提高系统电压质量的障碍; ( 3 )小负荷方式局部电网运行电压偏高与系统缺乏有效的调压方式的矛盾较为 突出: 如德山2 2 0 k v变电所主变形式为2 2 0 土2 x 2 .5 % / 1 2 1 / 1 0 .5 , 高压侧调节范围小， 且 变电 所无任何无功补偿，在小负荷方式下电 压偏高问题很难解决; ( 4 ) 1 1 0 k v及以下电 压层面从整体来看无功配置与负荷的增长不相适应，无功 补偿容量缺乏严重，造成无功很难分层平衡; ( 5 )由 于现有2 2 0 k v变电所l o k v电压等级大部分供带负荷，亦即其2 2 0 k v , l 1 0 k v , l o k v均需严格控制电压，而省内大部分变压器主变形式为2 2 0 / 1 2 1 / 1 0 . 5 或2 3 0 / 1 2 1 / 1 0 . 5 ，在调压过程中 低压和中压侧难以 协调一致， 低压补偿有时受低压侧 电压限制作用难以全部发挥。 2 .3 湖南电网展望 今后2 0 年我国经济将继续保持6 % 7 %的发展态势， 湖南按8 % - 9 %考虑。 由于 电力工业必须保持较快的发展速度， 才能保证国民经济和社会发展的需要， 预测2 0 0 5 年湖南全社会用电量和最大电力负荷分别约为 5 8 , 6 3 t w h和 1 1 0 0 0 - 1 2 0 0 0 mw: 2 0 2 0 年分别约为 1 4 0 1 8 3 t w . h 和 3 0 0 0 0- 3 8 0 0 0 mw o 按中 等负荷水平考虑， 系统需要备用容量2 0 2 0 年约6 8 0 0 m w ( 2 0 % 考虑) ， 全省需 要容量约4 0 8 0 0 mw，在2 0 0 2年装机容量基础上需增加近2 9 7 0 0 mw，考虑三峡等外 区电 源送电湖南2 ,4 0 0 m w，尚缺2 7 3 0 0 mw o 综合以上因素，可以发现今后湖南电网的发展将具有以下特点: 1 )大力发展水电 水电是可再生能源， 全省水能理论蕴藏量为1 5 3 2 4 .5 mw， 可供开发的总装机容量 1 0 8 3 8 a mw， 其中湘江水系3 1 2 8 .9 mw, 资江水系 1 4 7 7 . 1 mw, 为 水水系4 6 0 2 . 1 mw, 澄 水水系1 3 7 1 a mw，洞庭湖区及其他河流水系2 0 5 . 2 mw，已开发5 8 5 0 mw，占5 4 %. 水电开发的重点是: ( 1 )沉水流域水电滚动开发。玩水中游的8 个梯级水电站:托口、白市、洪江、 安江、铜湾、清水塘、大伏潭、渔潭，干流上游的三板溪、挂治和支流酉水上的碗米 坡， 这些水电站总装机容量3 4 0 4 . 6 mw， 其中三板溪水电站位于贵州省锦屏县境内， 距 1怀化市直线距离约 1 0 0 k m，计划装机容量 l 0 0 0 mw，是沉水干流 1 5 个梯级电站中唯 一具有多年调节性能的龙头电站，“ 十五”期间己开工建设。 ( 2 )己 建水电站扩机。包括凤滩扩机2 x 2 0 0 mw,拓溪扩机2 x 1 5 0 mw，东江 扩机2 x 3 2 0 mw a ( 3 ) 澄水流域综合开发。 规划梯级水电站2 6 个， 发电总装机容量2 2 1 3 mw， 年 发电量6 .9 t w h ，己建 8 个电站，还有 1 6 个待开发。 ( 4 ) 湘江流域开发航电枢纽电站和抽水蓄能电站，抽水蓄能电站既能调峰又能 填谷，有十分优越的爬峰和卸荷能力。 适时建设规模适度的抽水蓄能电站，可缓解日 益严重的电网调峰矛盾。望城县黑糜峰、泪罗县的玉池、平江县的福寿山等抽水蓄能 站点，距负荷中心较近，初步具备建设条件。 ( 5 )边远山区， 科学合理地开发小水电可作为集中供电的一种补充供电方式。 2 )稳步发展火电和其他电源 根据我国的能源特点，今后 2 0年燃煤发电厂仍是湖南省发电设备的最重要组成 部分。 “ 十五”期间新增火电主要采用 3 0 0 mw 机组， “ 十一五” 及以后主要采用 6 0 0 mw甚至 4 0 0 m w 机组，以 减少煤炭消耗量，减少环境污染。还要发展洁煤燃烧 技术， 提高 火电 厂排 放标准， 提高 机组的 调峰能 力 ( 达到 额定容量的4 0 % 5 0 % ) 。 这 样会增加发电成本，是为可持续发展付出的必要代价。 除了“ 十五” 期间陆续建成或将要建成的来阳电 厂二期、 株洲电 厂技改工程以 及 鲤鱼江电厂扩建送电广东外， “ 十一五”期间及以后将建设投产的金竹山电厂扩建、 湘潭电厂二期、 益阳电 厂二期、 长沙电 厂、 宝庆电厂等靠近铁路和水源或电力负荷中 心的火电厂厂址的前期工作正在紧锣密鼓地进行当中。 湖南在核电方面做了一些前期工作， 在华容、桃源等地选过可能厂址。随着核电 设备国 产化， 核电 造价降 低( 秦山 核电 二期2 台6 0 0 m w国 产机组 造价1 2 0 0 元 / k w ) , 湖 南经济实力增强， 用电需求增长，为替代部分燃煤电厂， 减少对大气环境的污染， 应 继续深入开展湖南核电前期研究工作，适时开工建设。 3 )重点发展电网 在今后的2 0 年里， 加强电网建设仍将是电 力建设的一个重点内容。 既要解决“ 西 电东送”安全可靠的输电通道问题，也要重点考虑受端电网的加强问题，还要适当兼 顾电源布点的合理性。 三峡电站首批机组于2 0 0 3 年发电，按照三峡输电系统设计，将有4 回5 0 0 k v线 路送电 湖南。 此外， 金沙江流域水电开发也将进入高潮。 溪洛渡水电 站装机1 2 g w， 初 步考虑送华东7 .2 g w，送华中3 .6 g w，可能采用15 0 0 k v直流或 7 5 0 k v交流输电方 式，在湖南湘中地区落点。 今后2 0 年，除了金沙江送电在湖南落点可能采用7 5 0 k v交流外，湖南电网最高 电压等级仍将是5 0 0 k v 。 可以设想，为了满足国民经济和社会发展的需要， 湖南电网 必将有大的加强，5 0 0 k v网架将逐步成为湖南电网的主网架。 2 . 4 小 幼 本章对湖南电 力系统的负荷、电 源、网 络结构情况进行了介绍， 分析了电网的 现 状， 指出了湖南电网中存在的一些不足和问 题。 这些问题都巫待在今后的电源、电网 建设中逐步得到解决。最后对湖南电网 今后的发展趋势进行了 展望。 3 湖南主干电力网络结构研究 电力系统的电网结构是保证电力系统稳定运行的物质基础， 在很大程度上决定电 力系统的稳定水平。因此，应根据规定的可靠性准则，从确保电力系统安全性和经济 性出发，考虑电力系统的现状和经济性能，使其具有合理的电源配置和电网结构，完 备的技术装备和措施，以及良 好的技术和经济性能， 保证在各种运行方式下和事故情 况下， 都能维持电力系统的安全稳定运行。 本章着重就主干网络规划和建设对湖南电 网稳定性的影响进行研究。 3 . 1 合理的电力网络结构分析 从6 0 年代开始，国外电力系统规模越来越大， 2 2 0 k v , 2 7 5 k v线路己不适应电力 发展的需要，开始建设 ho w , 4 0 0 k v , 5 0 0 k v , 7 6 5 k v线路，电力系统稳定问题也 随之突出起来， 各国陆续出现了稳定破坏、 电压崩溃、 电网瓦解等大面积停电事故， 造 成用户严重损失，有的还引起了社会秩序紊乱。 长期实践表明， 所谓电力系统稳定问题，实际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， 如果电网结构薄弱， 即 使采取各种技术措施，也难以避免大事故的发生。因此， 合理的电网结构是电网安全 的前提。 在总结经验和各种事故教训的基础上，下面论述合理的电网结构应具有的特征。 1 )强大的受端系统 受端系统是以电力系统中负荷集中地区为中心，接受远方电源输入的有功功 率，并包括临近的大、中、小型发电厂，用较紧密的电力网将负荷和这些电源连接在 一起3 1 受端系统的最高等级电压的主干电网应及早形成，加强受端主干电网，特别 是2 2 0 k v以 上电压电网的联系， 缩短电气距离， 减少受端系统等值电源的阻抗， 并使 有足够大的转动惯量。 这样，使受端系统在其外部发生故障或振荡时能维持足够高的 电压，同时使受端系统中所有同步电机在任何情况下都成为一个同步运行的整体，以 保证受端系统的安全供电。 过分紧密的受端系统将使短路电流增大， 所以需要增大断路器的遮断容量，必要 时需考虑在某些地点开断联系，以限制短路电 流3 2 受端系统在各种正常与检修条件下，应满足如下要求: ( 1 ) 受端系统内 发生任何严重的 单一故障( 包括线路及母线三相短路) 时， 应能可 靠的快速切断故障，以保证电力系统的稳定性。 ( 2 ) 突然失去任一元件( 发电 机、 线路或变压器) 时， 不得使其它元件超过事故过 负荷的规定， 并应保持受端枢纽变电 所高压母线电 压不致下降很多( 一般不超过正常值 的5 % i u % ) ，以 保证电力系统的稳定性和对地区负荷的不间断供电。 c 3 )在正常检修方式下或在特殊的电力系统运行情况下，也要满足上述二项要 求， 但允 许 采取必要的 措 施( 如切 机、 切负荷等 ) 。 受端系统的加强，不单纯是网络联系的加强，还要使受端系统内有一定发电容 量， 其主力发电 厂应接入相应的高压主干电网， 它们在正常运行方式下， 是全系统的 共同电 源， 并通过主干电网对地区负荷供电; 事故情况下，不仅能用以 保证对主要负 荷的供电需要，同时还是受端系统的坚强电 压支撑点， 在故障存在和切除后维持电力 系统的电压水平， 并使远方电源的稳定水平大大提高， 减少电力系统事故扩大的可能 j胜。 在实际工作中， 往往由于发电厂的最终容量不定， 或者高压电网的出现较迟， 或 者过多地考虑直接供应地区负荷，因而使大容量的发电 厂接于较低电压等级的电网 中。 这不利于加强受端系统的电压支持， 对电力系统稳定性是不利的。 此外， 往往会 由 于缺乏足够的向主干网络输电的能力，而出现有电送不出去的现象。 送端电源容量相对过大、受端电 源容量过小的电力系统是一种不稳定的系统结 构，因为在送端电源及输电 线路上的 任意故障都有可能使电力系统失步，导致受端系 统由于电源不足而不得己停止对用户的供电。 受端系统同时应有足够的无功功率事故补偿能力。 事故后无功功率不足的原因还 可能由于发电 机失磁时要从电力系统中吸收相当于发电机容量的无功功率; 输电线路 断开而失去线路的充电无功功率， 并因为将负荷转移到其他线路而使线路的无功功率 损耗增大。 在没有足够的无功功率事故紧急补偿能力时， 可以 采取切除受端系统中部 分负荷的 措施， 或者在必要时切除失 磁机组等。 2 )电 源接入方式 一定规模的发电 厂( 或机组) 应该根据发电厂的规划容量， 单机容量， 送电 距离和 送电容量，以及其在电力系统的地位和作用， 直接接入相应一级的电网。一般可按分 层分区的原则将电 源接入相应电 压等级的电网 3 2 -3 5 。 分区是指分层下按负荷及电 源的 地理分布特点来划分供电区。一个电压层可划分为一个供电区，也可划分为几个供电 区。根据我国的经验，在负荷中心建设的主力发电厂，单机容量在5 0 0 mw 以上的机 组， 或规划容量为 1 2 0 0 mw 以上的发电厂， 一般宜直接接入 5 0 0 k v电压的电网; 2 0 0 3 0 0 m w左右的 机组， 或 5 0 0. 1 2 0 0 m w 的发电 厂，应结合发电 厂的 规划容量， 经技 术经济论证后，确定接入 2 2 0 -5 0 0 k v中某一级电压的电网;单机容量为 l 0 0 mw 左 右的机组， 一般宜直接接入2 2 0 k v电网。 在一些发达的