500/220 kV电磁环网开环策略及鄂西北电网开环方案研究

乔 立，赵红生，魏 聪，赵雄光

（国网湖北省电力公司经济技术研究院，湖北 武汉 430077）

0 引言

电磁环网是主干电网电压等级由低向高发展过程中的必然产物，高电压等级的出现使地区间送电通道电力送出能力、地区内部供电能力得到极大提升，但在高电压等级系统未完善的过渡期，电磁环网运行方式会带来电力系统热稳定、动稳定、短路电流超标、安全自动装置复杂等影响电力系统安全稳定运行的问题。“十三五”期间全国将形成东、西两个特高压交流电网，届时1 000/500/220 kV电磁环网将不断出现，对500/220 kV电磁环网开环提出了新的需求[1]。

本文对电磁环网开环基本原则、主要开环方式以及开环方案制定步骤进行了阐述，并以鄂西北500/220 kV电磁环网为例，结合现状和远景电网规划，对其实施逐步开环，在解决鄂西北电网存在的电磁环网运行风险的同时，将电网规划与开环策略统筹考虑，以指导电网的发展，加强了近、中、远期规划的衔接性。

1 电磁环网开环原则

1）供电区内部的500/220 kV电磁环网在条件允许的情况下，可保持合环运行，以提高电网供电可靠性。当短路电流超标或电磁环网存在安全运行隐患时，应考虑500/220 kV电网开环运行。

2）位于电网主干通道上（全国联网通道、省网主干通道），特高压落点附近或是与特高压线路形成“三级电磁环网”的500/220 kV电磁环网应优先开环运行，不具备开环条件的应加快电网建设，尽快满足开环要求。

3）电磁环网开环方案应远近结合，既要根据电网现状采取相应的开环措施，又要结合远景年电网规划，将电网规划与开环策略统筹考虑，尽量避免电网结构的频繁变化和开环断面的过度加强。

4）开环后的供电区宜形成具有2～3座500 kV变电站为核心的供电区域，并与外区有3回及以上的500 kV联络线，分区内最好有一定容量的电源作为支撑[2]。

5）在选择开环点时，应贯彻最小解环原则，最大程度保持分区电网的完整性。同时应优先考虑在不同的行政分区的电网之间实施开环，以便调度和管理。

6）开环方案需通过充分的安全稳定校核，满足《电力系统安全稳定导则》中关于潮流转移、静态稳定、暂态稳定、动态稳定、电压稳定的相关要求。

2 电磁环网开环措施

1）解列供电区间的220 kV联络线。该措施应优先考虑开断分区电网间的220 kV联络线及老旧线路。

2）改接或站外串接220 kV输电线路。该措施最大程度利用了现有电力走廊资源，但降低了分区电网间的事故支援能力，需重点校核检修方式下的安全稳定特性。

3）解列供电区内部220 kV环网线路。该措施对电网供电能力及可靠性牺牲较大，必要时可配套新建变电和线路工程。

4）220 kV变电站母线分裂运行。该措施降低了变电站的供电可靠性及运行灵活性，需确保110 kV电网在事故后的负荷转移能力。

5）220 kV电厂母线分裂运行。该措施一方面大幅降低了电厂电力送出可靠性，另一方面有利于解决大机组集中接入时的暂态稳定问题。因此应结合实际情况使用。

6）500 kV变电站母线分裂运行。该措施短路电流控制效果显著，但会大幅降低供区的供电能力，通常用于发展相对成熟的220 kV电网。

3 开环方案制定的步骤

3.1 目标电网收资及问题分析

步骤1明确目标电网现状和远期规划目标，完成收资工作。

步骤2通过仿真计算程序对目标电网进行校核，搜索目标电网近中期存在的安全稳定风险，明确开环方案的目标。

3.2 开环方案制定

步骤3整理电磁环网开环必要性（搜索到的安全稳定风险的急迫性）及可行性（开环的基本条件是否具备），明确电磁环网开环顺序和时机。

步骤4参照上述开环原则和方法制定不少于2个的开环方案。

步骤5对开环方案从以下三个方面进行分析比选：

a.进行区域电力电量平衡分析，确定各供电区内变电容量、电源和负荷是否匹配；

b.对目标电网进行安全稳定校核，校核结果需满足开环原则6的要求；

c.分析开环方案与现状电网及远景规划的衔接性。

步骤6通过分析比较，选取最优方案。若不存在可行方案，则返回步骤3，重新分析电磁环网开环顺序及时机是否合理。

3.3 开环方案过渡期分析

步骤7在过渡期存在安全稳定问题的情况下，需通过稳定控制措施或电网优化方案满足电网过渡年的安全稳定运行需求。

4 鄂西北电网500/220 kV电磁环网开环方案

4.1 鄂西北电网基本情况

步骤1鄂西北电网含襄阳、十堰、随州、神农架4个地区电网，目前有樊城、卧龙和十堰3座500 kV变电站，主变6台，变电容量5 250 MV·A。目前鄂西北220 kV电网与周边仍保持合环运行，通过3回220 kV线路与荆门电网相连，2回220 kV线路与广水（随州）、孝感电网相连。在内部，十堰丹江口电网、神农架电网和襄阳电网形成联合供电格局，并分别通过2回和4回220 kV线路与十堰电网和随州电网相连，电磁环网结构复杂。

2017年随州输变电、双河主变扩建工程投产后，开断随姚线、曾永线，解开鄂西北电网与鄂东电网间的电磁环网；开断乔胡线、双余线、双水线，解开鄂西北电网与鄂西电网间的电磁环网。

鄂西北电网远景年规划分6片运行：十堰供区、丹江供区、南三县供区、卧龙襄东供区、樊城襄东供区、曾都随县供区。

步骤2通过计算、分析、梳理鄂西北电网主要存在3个与电磁环网相关问题

a.500 kV卧龙变投运后，樊城变短路电流水平达到55 kA，超过开关遮断容量，目前通过开断米东双回仅能将樊城最大开关侧短路电流控制在49.3 kA。

b.卧龙变π入鄂豫500 kV联络线，形成了1 000/500/220 kV三级电磁环网，当1 000 kV、500 kV线路故障时，部分潮流将转移至220 kV电网。经校核，樊卧N-2后，部分220 kV线路易超过热稳极限，比之电磁环网出现前鄂豫断面南、北向输电能力均降低约1 000 MW。

c.受十樊双回线路N-2后，220 kV线路热稳限制，十堰电网丰期外送能力不能超过900 MW，枯期受电能力不能超过450 MW。

4.2 开环方案拟定

步骤3确定开环时机

2017年鄂西北电网将断开与周边电网的220 kV联络线，可降低樊城220 kV母线短路电流3.7 kA。

卧龙-樊城500/220 kV电磁环网与特高压线路形成“三级电磁环网”，处于重要的输电通道，影响了省间断面的输电能力。按照开环原则2，应尽快满足开环要求，优先开环运行。在随州变投产前，该区域仅3座500 kV变电站，按照开环原则4尚不具备分片的基本条件。开环时机暂定为随州变投产后的2018年。

目前十堰电网仅有2台500 kV主变和2回500 kV线路（部分同杆并架）与主网相连，按照开环原则4该区域尚不具备分片的基本条件。十堰-樊城500/220 kV电磁环网开环需在十堰汉水500 kV变电站投产后，开环时机暂定为“十四五”期间。

步骤4、5解环方案制定

十堰-樊城500/220 kV电磁环网有明显的段面——汾当线、顺当线，亦是襄阳市和十堰市的行政分界，符合开环原则3和开环原则5。因此，开环方案为开断220 kV汾当线、顺当线。

针对卧龙-樊城500/220 kV电磁环网，提出以下两种开环方案。方案一，卧龙与十堰成片运行，樊城与随州成片运行；方案二，卧龙与随州成片运行，樊城与十堰成片运行。

经分析校核，两种开环方案都存在致命缺点：

方案一，在鄂豫断面南送方式下樊卧双回同跳后15.9%的潮流（272 MW）通过500 kV十樊双回转移到龙当线和十当线，形成了新的500/220 kV电磁环网。同时，由于分片后卧龙供区负荷缺口增大，十堰外送断面500 kV和220 kV分电比变化为7∶8，进一步恶化了十堰电网的水电外送能力。在维持鄂豫断面北送4 300 MW的前提下，考虑龙当线或十当线N-1故障，十堰水电外送能力只能达到目前的一半，约450 MW。

方案二，南北两片负荷和电源分布极度不均，卧龙变下网重而樊城变下网轻，由于220 kV电网电气距离长，随州变对襄阳北部功率支援能力较弱，卧龙主变N-1后，无法满足襄阳北部供区的供电需求。

步骤6根据分析结果得出，仅依托樊城、卧龙、十堰、随州4座变电站，卧龙-樊城500/220 kV电磁环网不具备开环条件，返回步骤3。

结合中远期电网规划，将谷城500 kV输变电工程提前，使卧龙变与谷城变单独成片。考虑到输变电工程的前期工作及建设周期，解环时机暂定为2020年。按照以上思路提出开环方案三（图1），新建谷城500 kV输变电工程。500 kV接入系统方案暂定为：分别新建1回500 kV线路至卧龙变和十堰变，谷城-十堰500 kV线路途经汉水站址；220 kV接入系统方案暂定为分别新建2回220 kV线路至汾阳变和老河口变。将烈山至卧龙线路改接至韩岗，开断卧龙-韩岗线路，将航空两台主变分母运行，分别由米庄和东津供电，开断乔顺1回，另1回线与汾顺线对接形成汾乔线，将汾当线与汾翁线对接形成翁当线。

电气计算表明：若考虑卧丹、卧均线的增容改造，开环方案三能通过主变N-1、线路N-1、重要厂站母线N-1及同通道线路N-2故障校核。并能有效抑制襄阳电网220 kV短路电流，周边电网500 kV和220 kV母线短路电流均可控制在开关遮断容量内。

图1 鄂西北电网分片方案三Fig.1 Northwest Hubei Power Grid split scheme three

将襄阳南北开环后，枣阳北部暂由南部电网供电，未来依托襄东变220 kV接入系统可过渡到北部电网；卧丹、卧均线为原丹江电厂送出的线路，输送能力及可靠性都不能满足未来电网的需求，对其增容改造符合远期电网规划，因此方案三与目标网架结合较好。

排除开环方案一、二，推荐开环方案三。

4.3 过渡方案

开环方案实施前，500 kV电网N-2后的潮流穿越问题将一直存在。电网目前通过控制十堰送出和受入功率以及新建卧龙变稳控系统的方式来控制，运行风险较大[3]。

步骤7为满足过渡期鄂豫断面的送电需求，可以考虑在2018年底，提前建设卧龙-十堰500 kV线路（途经谷城、汉水站址），同时对220 kV襄顺I/II回进行80℃温升改造。过渡方案实施后，能同时加强卧龙-樊城和十堰-樊城两个断面。

经校核，该方案能大大提升十堰外送和受入能力，在无稳控措施时“十三五”期能保持鄂豫断面现有输电能力。因此，建议将其作为实施开环前的过渡方案。

5 结论

1）电磁环网开环不是一次性工作，而要提前规划、分步实施。

2）在220 kV电网规划时要体现分层分区的理念，制定电磁环网解环方案时应与目标网架相衔接。

3）鄂西北电网500/220 kV电磁环网开环方案建议：

a.2017年随州输变电、双河主变扩建工程投产后，解开鄂西北电网与鄂东、鄂西电网间的电磁环网；

b.争取2018年底投产卧龙-十堰500 kV线路（途经谷城、汉水站址），并同期对220 kV襄顺I/II回进行80℃温升改造，满足电网过渡阶段的运行需求；

c.2019-2020年，将卧龙-丹江、卧龙-均州220 kV输电线路进行增容改造，为鄂西北电网南北分片创造条件；

d.2020年前后，投产谷城500 kV输变电工程，通过一系列220 kV线路改接、串接工程，使卧龙变与谷城变单独成片运行，实现鄂西北电网南北分片运行；

e.“十四五”期间，投产汉水500 kV输变电工程，开断汾当线、顺当线，实现十堰-襄阳电磁环网开环运行；

f.根据地区负荷增长情况，逐步过渡到远景年分片方案。

[参考文献]（References）

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