特高压扎鲁特工程投产后黑龙江西部电网分区运行方案研究

刘 进，李 童，郭 袅，江海洋，关万琳

(1.国网黑龙江省电力有限公司电力科学研究院，哈尔滨 150030；2.国网黑龙江省电力有限公司，哈尔滨 150090)

●电力电子及电力系统自动化●

特高压扎鲁特工程投产后黑龙江西部电网分区运行方案研究

刘 进1，李 童2，郭 袅1，江海洋2，关万琳1

(1.国网黑龙江省电力有限公司电力科学研究院，哈尔滨 150030；2.国网黑龙江省电力有限公司，哈尔滨 150090)

伴随网架建设，某局部电网已具备较强的内部联络，分区后能够独立保证自身供电可靠性，且不影响外部电网的供电可靠性时，该局部电网与外界联络断面即具备分区条件。本文研究了扎鲁特工程投产后黑龙江西部电网分区运行方案，对黑龙江西部电网两个供电区分网后运行方式进行讨论，最后给出指导电网实际运行的方案。

网架结构；分层分区；稳定运行；短路电流

电力工业是国民经济重要组成部分，随着社会经济的发展，电力系统的容量不断增大，由于负荷中心一般都远离电源，因此需要长线路输送电能[1]。对线路长、容量大输电问题，传统的解决方法是随着电力系统容量的增加而提高系统电压，即采用更高的电压等级来解决上述问题。电磁环网是电网发展过渡阶段的产物，这种运行方式一般存在短路电流大、安全保护装置复杂，使得保护配合困难，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[2-3]。

随着特高压扎鲁特工程投产，黑龙江省500 kV电网的不断发展和加强，实行500 kV/220 kV分层分区运行是必然趋势，220 kV电网将逐步转变为地区的配电网络。500 kV/220 kV电磁环网运行使得线路潮流较难控制，电网的安全稳定运行受到较大影响。黑龙江电网，特别是西部电网长期保持着500 kV/220 kV电磁环网运行的模式，随着电网的不断发展，电磁环网运行引起的短路电流水平超标等问题已经严重影响了电网的正常运行；同时，电磁环网运行时，潮流分布不清晰，增加了调度运行的困难和控制措施的复杂性。因此，随着今后500 kV电网的逐步完善，220 kV电网应逐步理顺结构，为分区运行做好准备。

1 计算工具与研究方法

1.1 元件模型

在电力系统节点方程中发电机可以等效为一个电压源和阻抗，负荷为恒定阻抗，输电线路为阻抗，变压器为阻抗和理想变压器[4]，如图1所示。

图1 元件模型Fig.1 Component model

1.2 算法

理论上来讲，一般采用牛顿迭代法来计算系统的稳定性。牛顿法就是把非线性方程线性化的一种近似方法[5]，设f(x)=0为一个线性方程组把f(x)在x0点附近展开成泰勒级数取线性部分，作为非线性方程的近似方程，即泰勒展开的前两项，则有f(x0)+f′(x0)(x-x0)=0，设f′(x0)≠0，得到牛顿法的一个迭代序列x(n+1)=x(n)-f(x(n))/f′(x(n))。运用牛顿法最大的优点是平方收敛性很好。

计算流程如图2所示。

图2 计算流程图Fig.2 Calculation flowchart

1.3 故障集的选择

本文采用黑龙江省2020年夏季大负荷运行方式的工程数据文件，计算时故障集选取黑龙江电网所有220 kV、500 kV及规划中1 000 kV变压器、交流线和母线。

2 黑龙江西部电网结构概况

电磁环网分区断面的确定原则[6]：

(1)按最终目标网架确定的220 kV分区电网时电力平衡。

(2)应保证分区后城市电网的供电可靠性和供电安全性无明显降低。

(3)分区后城市电网的220 kV母线短路电流水平应满足导则要求。

(4)分区断面线路的潮流应较轻，分区后对系统的潮流分布影响不大。

黑龙江西部齐庆电网分区点拟安排为昂纲甲乙线(昂昂溪变—纲要变)、齐让甲乙线(齐一变—让胡路变)，线路两侧冷备用(见图3)。昂昂溪变、齐一变仍为枢纽变，分区后，纲要变、让变由枢纽变变为双线供电末端，高牵变由纲要变供电，可靠性相应下降。分区后，齐齐哈尔地区、大庆地区即可实现与外部无电磁环网运行的方式。

3 黑龙江西部电网短路电流水平

黑龙江西部电网包括大庆和齐齐哈尔两个地区电网，西部电网共有500 kV变电站2座，截止2020年末预计火电厂12座，装机容量4 905 MW；风电场16座，装机容量1 522 MW。大庆电网与哈尔滨电网、齐齐哈尔电网进行电力交换，大庆电网火电厂8座，装机容量2 330 MW(不含乙烯厂8台325 MW自备机组及宏伟厂2台100 MW自备机组)。齐齐哈尔电网是东北主网与蒙东呼盟电网联系的枢纽，分别与蒙东呼盟电网，大庆电网，黑河电网进行电力交换，火电厂4座，装机容量2 575 MW。

黑龙江西部电网变电站最大短路电流情况见表1，可见，大庆220 kV母线三相短路电流43.126 kA,单相短路电流46.243 kA。其余地区，仅齐南220 kV母线单相短路电流水平较高(46.473 kA)，且三相短路电流(43.577 kA)不超过45 kA。通过合理控制地区开机、加装主变中性点小电抗等手段，可保证短路电流不超标并留有裕度。

图3 齐庆电网分区断面Fig.3 Partition sectionof Qiqihar-Daqingpower grid

表1 2020年黑龙江省变电站短路电流计算结果表Table 1 Short-circuit current calculation results of Heilongjiang substations in 2020

4 地区电网分区方案分析

4.1 分区后齐齐哈尔地区计算分析

4.1.1 正常方式N-1，齐齐哈尔地区开机方式要求

预计2020年，齐地区夏大方式负荷约为1 130 MW，地区火电机组共2 575 MW。齐庆分区后，正常方式下为保证冯屯主变N-1后地区潮流和电压合格，要求齐地区最小开机500 MW。开机方式：富二1台200 MW，齐热1台300 MW，此时不用安控切负荷即能保证齐地区电压合格。潮流图如图4所示。

2020年，齐地区夏腰方式负荷约为900 MW。正常方式下为保证齐南#1、#2主变之一N-1后其余主变上送不过载，要求控制地区机组总出力不大于2 450 MW。开机方式：富二6台1 200 MW，齐热3台950 MW，富热1台300 MW。此时不用安控切机即能保证齐地区潮流和电压合格。潮流图如图5所示。齐地区线路N-1后存在送出过载问题，分区后问题并未加重，安控事故后切机措施按目前配置可以满足电网安全稳定要求。

图4 齐庆分区齐地区最小开机方式潮流图(正常方式冯屯主变N-1)Fig.4 Flow diagram of minimum boot mode in Qiqiharregionafterpartition ofQiqihar and Daqingnetworks(normal mode in main transformer N-1ofFengvillage)

图5 齐庆分区齐地区最大开机方式潮流图(正常方式齐南主变N-1)Fig.5 Flow diagram of maximum boot mode in Qiqihar region after partition ofQiqihar and Daqing networks (normal mode,main transformer N-1 of SouthQiqihar)

4.1.2 检修方式N-1，齐地区开机方式要求

2020年齐地区夏大负荷约为1 130 MW。为保证夏大方式下，齐南#1、#2主变之一检修，另一台主变N-1后，齐地区仅剩一台冯屯500 kV主变(801 MVA)不正送过载，齐地区需要最小开机400 MW。开机方式：富二2台400 MW,不需要安控切负荷。此时齐地区电压合格，冯屯变下网676 MVA，潮流图如图6所示。

2020年齐地区夏腰负荷约为900 MW。为保证夏腰方式下，齐南#1、#2主变之一检修，另一台主变N-1后，齐地区仅剩一台冯屯500 kV主变(801 MVA)不反送过载，宜控制齐地区机组总出力不大于1 700 MW。开机方式：富二3台 800 MW，齐热2台600 MW，富热1台300 MW。此时齐地区电压合格，冯屯变上网686 MVA，潮流图如图7所示。

4.2 分区后大庆地区计算分析

4.2.1 冬大方式N-1，大庆地区开机方式要求

2020年大庆地区冬大负荷约为3 600 MW(不含宏伟厂、乙烯厂自发自用负荷)。齐庆分区后，正常方式下为保证大庆#1主变(801 MVA)N-1后地区潮流和电压合格，要求大庆地区最小开机2 330 MW。开机方式：新华厂2台530 MW，西城热电2台700 MW，大庆自备4台900 MW，宏伟厂1台(#3机)100 MW，安达2台100 MW。全网最低电压出现在让胡路变216 kV，潮流图如图8所示。

大庆地区火电装机共2 330 MW(不含乙烯厂8台325 MW自备机组及宏伟厂2台100 MW自备机组)，冬大负荷3 600 MW，为保证大北甲乙线、庆繁甲乙线潮流N-1合格，大庆地区机组必须满发，所以不建议大庆地区分区。

4.2.2 夏大方式N-1，大庆地区开机方式要求

2020年大庆地区夏大负荷约为3 200 MW。齐庆分区后，正常方式下为保证大庆#1主变(801 MVA)N-1后地区潮流和电压合格，要求大庆地区最小开机1 880 MW。开机方式：新华厂2台530 MW，西城热电1台350 MW，大庆自备4台900 MW，宏伟厂1台100 MW。此时不用安控切负荷即能保证大庆地区电压合格，全网最低电压出现在让胡路变216 kV，潮流图如图9所示。

大庆地区火电装机共2 330 MW(不含乙烯厂)，夏大负荷3 200 MW，为保证大庆#1主变(801 MVA)N-1后大庆#2主变(750 MVA)下网潮流不过载和锋繁甲线(LGJ-240+2×LGJ-240)潮流N-1合格，大庆地区机组除西城热电开机1台外，其余机组满发，所以不建议大庆地区分区。

图6 齐庆分区齐地区最小开机方式潮流图(齐南#1主变检修且#2主变N-1)Fig.6 Flow diagram of minimum boot mode in Qiqihar region afterpartition of Qiqihar andDaqing networks (South Qiqihar #1 main transformer maintenanceand#2 main transformerN-1)

图7 齐庆分区后齐地区最大开机方式潮流图(齐南#1主变检修且#2主变N-1)Fig.7 Flow diagram of maximum boot mode in Qiqihar region afterpartition of Qiqiharand Daqing networks (South Qiqihar #1 main transformer maintenance and #2 main transformer N-1)

图8 齐庆分区后大庆地区最小开机方式潮流图(正常方式大庆1#主变N-1)Fig.8 Flow diagram of minimum boot mode in Daqing region after partition of Qiqihar and Daqing networks (South Qiqihar #1 main transformer maintenance and #2 main transformer N-1)

图9 齐庆分区大庆地区最小开机方式潮流图(大庆1#主变检修)Fig.9 Flow diagram of minimum boot mode in Daqing region after partition of Qiqihar and Daqing networks (Daqing #1 main transformer maintenance)

5 结 论

昂昂溪变与齐庆备用线路相连，昂昂溪变至齐南变双回线路之一检修时，可以考虑短时合环，通过备用线路倒至大庆电网供电，维持双线供电结构，保证供电可靠性。纲要变、让变均与齐庆备用线路相连，庆纲甲乙线、让繁甲乙线检修时，可以考虑短时合环，通过备用线路倒至齐电网供电，维持双线供电的结构，保证供电可靠性。

根据2020年负荷及投产计划预计，齐庆地区主要规划的电网工程建设投产后，齐齐哈尔地区在分区后潮流合理，主变检修方式N-1不需要安控切负荷，且常规检修方式下基本不需要重新合环，齐地区分区无问题。大庆地区主要规划的电网工程建设投产后，大庆地区在冬大方式下分区后，地区机组满发；夏大方式下分区后，除西城热电开机1台其余机组满发，所以不建议大庆地区分区。因此，考虑庆地区N-1后其余元件不过载及检修要求，不建议齐庆电磁环网分区。

[1] DL 755—2001，电力系统安全稳定导则[S].

[2] 张祖平，范明天，周莉梅.城市电网电磁环网的解环问题研究[J].电网技术,2008,32(19):42-44.ZHANG Zuping,FAN Mingtian,ZHOU Limei.Research of breaking up electromagnetic ring in urban power network[J].Power System Technology,2008,32(19): 42-44.

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[4] 潘炜，刘文颖，杨以涵，等.电磁环网条件下西北750kV电网运行方式的研究[J].电网技术，2007，31(15)：33-38.PAN Wei,LIU Wenying,YANG Yihan,et al.Study on operation mode of 750 kV power grid in Northwest China under the condition of electromagnetic ring network[J].Power System Technology,2007,31(15): 33-38.

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(编辑 侯世春)

Study on partition operation scheme of west Heilongjiang power grid after UHV Zarud project is put into operation

LIU Jin1，LI Tong2，GUO Niao1，JIANG Haiyang2，GUAN Wanlin1

(1.Electric Power Research Institute of Sate Grid Heilongjiang Electric Power Co.,Ltd.,Harbin 150030,China;2.State Grid Heilongjiang Electric Power Company Limited,Harbin 150030,China)

Due to the construction of gridstructures,a local power grid has already hada strong internal contact.After the partitionwhenthe gridcan independently guarantee their own power supply reliability,and does not affect the external power supply reliability,the local power grid and the external contact sectionare able tooperate in partition.Inthis paper,the partition operation scheme of West Heilongjiang power grid after the operation of Zarud projectis studied,the operation modes of two power supply networks in western Heilongjiang power gridare discussedafterpartition,and finally the scheme to guide the actual operation of power grid is proposed.

grid structure; hierarchical partition; stable operation; short circuit current

2017-05-17。

刘 进(1982—)，女，硕士研究生，高级工程师，主要从事电网在线安全稳定分析研究工作。

TM727.2+2

A

2095-6843(2017)04-0283-07