蔡德福,施通勤,周鯤鵬,盧生煒,曹 侃,蔣 偉,姚 堯,王 瑩
(1.國(guó)網(wǎng)湖北省電力公司電力科學(xué)研究院,湖北 武漢 430077;2.國(guó)網(wǎng)湖北省電力公司,湖北 武漢 430077)
近年來(lái),極端異常氣候?qū)﹄娏υO(shè)施破壞事件發(fā)生的頻度不斷增加[1-4]。我省西部的武陵山區(qū)、秦巴山區(qū)在極端自然災(zāi)害中出現(xiàn)過(guò)數(shù)次大范圍、長(zhǎng)時(shí)間的停電事件,嚴(yán)重影響當(dāng)?shù)卣5墓まr(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活。為提升鄂西電網(wǎng)的抗災(zāi)能力和供電服務(wù)水平,有必要開(kāi)展鄂西電網(wǎng)抵御自然災(zāi)害能力評(píng)估。
本文研究的鄂西電網(wǎng)包括恩施、宜昌、襄陽(yáng)、十堰、神農(nóng)架等5個(gè)地級(jí)市(自治州、林區(qū))的24個(gè)縣域電網(wǎng),具體包括恩施州的恩施市、利川、建始、巴東、宣恩、咸豐、來(lái)鳳、鶴峰等2個(gè)市6個(gè)縣,宜昌市的五峰、長(zhǎng)陽(yáng)、秭歸、遠(yuǎn)安、夷陵、興山等6個(gè)縣(區(qū)),襄陽(yáng)市的??怠⒛险?、谷城等3個(gè)縣,十堰市的丹江口、鄖陽(yáng)、鄖西、竹山、竹溪、房縣等6個(gè)縣(區(qū)),以及神農(nóng)架林區(qū)。本文的鄂西電網(wǎng)特指上述的5個(gè)地級(jí)市(自治州、林區(qū))24個(gè)縣級(jí)區(qū)域涉及到的220 kV及以下電壓等級(jí)電網(wǎng)。
本文從電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和設(shè)備兩個(gè)方面詳細(xì)分析鄂西不同電壓等級(jí)(包括220 kV、110 kV、35 kV、10 kV)電網(wǎng)的抵御自然災(zāi)害能力和薄弱點(diǎn),可為下一步針對(duì)性地提出鄂西電網(wǎng)抗災(zāi)能力提升措施建議奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
2008~2016年,自然災(zāi)害共造成鄂西電網(wǎng)32條220 kV線(xiàn)路停運(yùn)33條次,倒斷塔10基,斷損線(xiàn)長(zhǎng)度11.1 km,其中僅宜昌發(fā)生過(guò)1次220 kV線(xiàn)路受災(zāi)停運(yùn)導(dǎo)致負(fù)荷損失的情況。220 kV電網(wǎng)相對(duì)堅(jiān)強(qiáng)。
為進(jìn)一步提高鄂西220 kV電網(wǎng)抗災(zāi)能力,應(yīng)在電網(wǎng)規(guī)劃和運(yùn)行中重視以下電網(wǎng)安全運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)。
(1)豐水期十堰外送通道壓力較大
考慮穩(wěn)控系統(tǒng)投運(yùn),十堰外送通道穩(wěn)定限額為900 MW,受制于500 kV十樊雙回線(xiàn)同跳后220 kV線(xiàn)路過(guò)載。京能熱電投運(yùn)后,若豐水期不限制十堰水火電出力,正常方式220 kV龍當(dāng)線(xiàn)即可能過(guò)載。
(2)恩施電網(wǎng)存在斷面卡口
2016年冬季高峰時(shí)段,220 kV恩蕉和恩旗斷面輸送功率最大為490 MW,平均為420 MW,超400 MW的穩(wěn)控限額。若自然災(zāi)害造成220 kV恩蕉線(xiàn)同塔雙回同跳,恩旗線(xiàn)將嚴(yán)重過(guò)載,存在連鎖跳閘風(fēng)險(xiǎn)。
(3)宜昌220 kV五峰變單線(xiàn)饋供單變運(yùn)行
220 kV五峰變只有一條220 kV朝峰線(xiàn)作為220 kV電源支撐,且單變運(yùn)行。2014年,朝峰線(xiàn)因線(xiàn)路覆冰導(dǎo)致線(xiàn)路斷裂,造成220 kV五峰、110 kV萬(wàn)馬池等變電站失壓,引起負(fù)荷損失。
(4)神農(nóng)架220 kV樂(lè)意變單線(xiàn)饋供單變運(yùn)行
220 kV樂(lè)意變只有一條220 kV翁樂(lè)線(xiàn)作為220 kV電源支撐,并且單變運(yùn)行。
(1)恩施
利壩線(xiàn)等8條220 kV線(xiàn)路存在抗冰能力不足的問(wèn)題。其中利壩線(xiàn)最為突出,該線(xiàn)路001-011號(hào)、064-069號(hào)、084-089號(hào)區(qū)段按照15 mm冰厚設(shè)計(jì),其他區(qū)段按照10 mm冰厚設(shè)計(jì)。但001-011號(hào)、064-069號(hào)、084-089號(hào)區(qū)段的設(shè)計(jì)水平仍較冰區(qū)等級(jí)要求(依據(jù)2014版湖北電網(wǎng)冰區(qū)分布圖,下同)低1個(gè)等級(jí),070-083號(hào)、090-116號(hào)區(qū)段的設(shè)計(jì)水平較冰區(qū)等級(jí)要求低2個(gè)等級(jí)。
(2)宜昌
麂桑線(xiàn)等5條220 kV線(xiàn)路存在抗冰能力不足的問(wèn)題。其中麂桑線(xiàn)全線(xiàn)按照10 mm冰厚設(shè)計(jì),但15-64號(hào)區(qū)段的設(shè)計(jì)水平較冰區(qū)等級(jí)要求低2個(gè)等級(jí)。麂泉線(xiàn)等4條220 kV線(xiàn)路均按照10 mm冰厚設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)水平較冰區(qū)等級(jí)要求低1個(gè)等級(jí)。
(3)襄陽(yáng)
220 kV順?biāo)€(xiàn)存在抗洪澇災(zāi)害能力不足的問(wèn)題,其中8基桿塔、2.2 km導(dǎo)地線(xiàn)不滿(mǎn)足抗災(zāi)要求。
(4)十堰
220 kV十懸線(xiàn)、十房線(xiàn)存在抗冰能力不足的問(wèn)題。220 kV十懸線(xiàn)10-12號(hào)、22-29號(hào)、40-42號(hào)區(qū)段,220 kV十房線(xiàn)9-11號(hào)、60-75號(hào)、76-77號(hào)、80-84號(hào)、122-127號(hào)區(qū)段均按照10 mm冰厚設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)水平較冰區(qū)等級(jí)要求低1個(gè)等級(jí)。
220 kV黃柏線(xiàn)存在抗洪澇災(zāi)害能力不足的問(wèn)題,其中4基基礎(chǔ)(含拉線(xiàn)、護(hù)坡、防洪設(shè)施)不滿(mǎn)足抗災(zāi)要求。220 kV十當(dāng)線(xiàn)存在抗地質(zhì)災(zāi)害能力不足的問(wèn)題,其中6基基礎(chǔ)不滿(mǎn)足抗災(zāi)要求。
(5)神農(nóng)架
神農(nóng)架電網(wǎng)僅有翁樂(lè)線(xiàn)1條220 kV輸電線(xiàn)路,涉及桿塔8基,線(xiàn)路設(shè)計(jì)冰厚與冰區(qū)圖相符合,而且投運(yùn)以來(lái)未發(fā)生過(guò)因自然災(zāi)害造成的線(xiàn)路故障。
2008~2016年,自然災(zāi)害共造成鄂西電網(wǎng)45條110 kV線(xiàn)路停運(yùn)77條次,倒斷塔16基,斷損線(xiàn)長(zhǎng)度74.3 km。其中僅宜昌發(fā)生過(guò)1次110 kV線(xiàn)路受災(zāi)停運(yùn)導(dǎo)致負(fù)荷損失的情況。110 kV電網(wǎng)相對(duì)堅(jiān)強(qiáng)。
鄂西各地區(qū)110 kV電網(wǎng)形成以各220 kV變電站為中心的供電格局,電網(wǎng)接線(xiàn)模式包括鏈?zhǔn)?、環(huán)網(wǎng)、輻射,如圖1所示。鏈?zhǔn)健h(huán)網(wǎng)、雙輻射接線(xiàn)因具有2路及以上電力供應(yīng)通道,供電可靠性較高。鄂西110 kV電網(wǎng)結(jié)構(gòu)情況如表1所示。鄂西電網(wǎng)共有110 kV線(xiàn)路309條,其中鏈?zhǔn)?、環(huán)網(wǎng)、輻射接線(xiàn)分別有146、70、93條,占比分別為47.2%、22.7%和30.1%,鏈?zhǔn)?、環(huán)網(wǎng)、雙輻射接線(xiàn)共251條,占比81.2%,具有較高的供電可靠性。
圖1 110 k V電網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Schematic diagram of 110 k V power grid structure
表1 110 k V電網(wǎng)結(jié)構(gòu)情況Tab.1 110 k V power grid structure
表2列出了鄂西110 kV電網(wǎng)薄弱點(diǎn),鄂西電網(wǎng)110 kV線(xiàn)路“N-1”通過(guò)率為77.7%,其中襄陽(yáng)電網(wǎng)110 kV線(xiàn)路“N-1”通過(guò)率最高,為88.5%;恩施和神農(nóng)架電網(wǎng)110 kV線(xiàn)路“N-1”通過(guò)率最低,均為60%。鄂西電網(wǎng)共有69條110 kV線(xiàn)路不滿(mǎn)足“N-1”,其中受災(zāi)停運(yùn)線(xiàn)路17條次,占停運(yùn)110 kV線(xiàn)路的22.1%;55條線(xiàn)路既不滿(mǎn)足“N-1”且下級(jí)轉(zhuǎn)供通道轉(zhuǎn)移負(fù)荷能力不足,占所有線(xiàn)路的17.8%。不滿(mǎn)足“N-1”且下級(jí)轉(zhuǎn)供通道轉(zhuǎn)移負(fù)荷能力不足的110 kV線(xiàn)路是規(guī)劃、改造和運(yùn)維的重點(diǎn),受災(zāi)故障時(shí)發(fā)生負(fù)荷損失的風(fēng)險(xiǎn)大。
表2 110 k V電網(wǎng)薄弱點(diǎn)Tab.2 110 k V power grid weakness
恩施、宜昌、十堰、神農(nóng)架110 kV公用主變情況如表3所示。恩施不存在運(yùn)行年限超過(guò)30年的主變。宜昌、十堰運(yùn)行年限超過(guò)30年的主變各2臺(tái)。神農(nóng)架無(wú)運(yùn)行年限超過(guò)20年的主變。
表3 恩施、宜昌、十堰、神農(nóng)架110 k V公用主變情況Tab.3 110 k V public transformer of Enshi,Yichang,Shiyan and Shennongjia
恩施、宜昌、十堰、神農(nóng)架110 kV公用架空線(xiàn)路情況如表4所示。恩施和神農(nóng)架不存在運(yùn)行年限超過(guò)30年的架空線(xiàn)路。宜昌、十堰運(yùn)行年限超過(guò)30年的架空線(xiàn)路分別為199.01 km、443.07 km。
表4 恩施、宜昌、十堰、神農(nóng)架110 k V公用架空線(xiàn)路情況Tab.4 110 k V public line of Enshi,Yichang,Shiyan and Shennongjia
恩施110 kV線(xiàn)路導(dǎo)線(xiàn)截面以185 mm2、150 mm2為主。桿塔以鐵塔為主,仍存在部分水泥桿塔。共有15條110 kV線(xiàn)路存在抗冰能力不足的問(wèn)題。其中110 kV壩橋線(xiàn)和紅塘線(xiàn)的設(shè)計(jì)水平比冰區(qū)等級(jí)要求低2個(gè)等級(jí),利青一/二回、利茶一/二回等13條110 kV線(xiàn)路的設(shè)計(jì)水平比冰區(qū)等級(jí)要求低1個(gè)等級(jí)。
神農(nóng)架110 kV宋紅線(xiàn)、紅田線(xiàn)、松宋線(xiàn)和松陽(yáng)線(xiàn)為老舊線(xiàn)路。110 kV松宋線(xiàn)等3條線(xiàn)路存在抗冰能力不足的問(wèn)題,其中110 kV宋紅線(xiàn)的設(shè)計(jì)水平比冰區(qū)等級(jí)要求低3個(gè)等級(jí),110 kV松宋線(xiàn)的設(shè)計(jì)水平比冰區(qū)等級(jí)要求低2個(gè)等級(jí),110 kV松陽(yáng)線(xiàn)的設(shè)計(jì)水平比冰區(qū)等級(jí)要求低1個(gè)等級(jí)。
??悼h運(yùn)行年限超過(guò)30年的110 kV主變、線(xiàn)路分別有0臺(tái)、1條,其中110 kV黃保線(xiàn)導(dǎo)線(xiàn)型號(hào)為L(zhǎng)GJ-95,投運(yùn)于1981年,運(yùn)行年限超過(guò)30年。南漳縣共有110 kV公用主變7臺(tái),運(yùn)行年限均在10年以?xún)?nèi)。110 kV線(xiàn)路總長(zhǎng)度170.022 km,其中運(yùn)行年限20年以上的線(xiàn)路58 km,占比34.11%。谷城縣共有110 kV公用主變11臺(tái),運(yùn)行年限均在30年以?xún)?nèi)。110 kV線(xiàn)路14條,總長(zhǎng)度170.74 km,其中運(yùn)行年限20年以上的線(xiàn)路39.5 km,占比23.13%。存在部分LGJ-240/150混合線(xiàn)路,限制了線(xiàn)路的帶負(fù)荷能力,如110 kV汾谷一、二回線(xiàn)。
2008~2016年,自然災(zāi)害共造成鄂西電網(wǎng)69條35 kV線(xiàn)路停運(yùn)96條次,倒斷塔179基,斷損線(xiàn)長(zhǎng)度285.5 km,影響用戶(hù)32.3萬(wàn)戶(hù),累計(jì)損失電量279.4×104kW·h。
鄂西各地區(qū)35 kV電網(wǎng)形成以各220 kV及110 kV變電站為中心的供電格局,電網(wǎng)接線(xiàn)模式包括單鏈?zhǔn)?、單環(huán)網(wǎng)、輻射。鄂西電網(wǎng)共有35 kV線(xiàn)路479條,其中單鏈?zhǔn)?、單環(huán)網(wǎng)、輻射接線(xiàn)分別為176、58、245條,占比分別為36.7%、12.1%和51.2%,如表5所示。與110 kV電網(wǎng)相比,35 kV電網(wǎng)接線(xiàn)模式以單輻射為主。
表5 35 k V電網(wǎng)結(jié)構(gòu)情況Tab.5 35 k V power grid structure
表6列出了鄂西35 kV電網(wǎng)薄弱點(diǎn),鄂西電網(wǎng)35 kV線(xiàn)路“N-1”通過(guò)率為39.9%,其中襄陽(yáng)電網(wǎng)110 kV線(xiàn)路“N-1”通過(guò)率最高,為62.1%;恩施電網(wǎng)35 kV線(xiàn)路“N-1”通過(guò)率最低,為26.7%。鄂西電網(wǎng)共有288條35 kV線(xiàn)路不滿(mǎn)足“N-1”,其中受災(zāi)停運(yùn)線(xiàn)路60條次,占停運(yùn)35 kV線(xiàn)路的62.5%;170條線(xiàn)路既不滿(mǎn)足“N-1”且下級(jí)10 kV轉(zhuǎn)供通道轉(zhuǎn)移負(fù)荷能力不足,占所有線(xiàn)路的35.5%。不滿(mǎn)足“N-1”且下級(jí)轉(zhuǎn)供通道轉(zhuǎn)移負(fù)荷能力不足的35 kV線(xiàn)路受災(zāi)故障時(shí)發(fā)生損失負(fù)荷的風(fēng)險(xiǎn)大。
表6 35 k V電網(wǎng)薄弱點(diǎn)Tab.6 35 k V power grid weakness
此外,部分35 kV線(xiàn)路存在T接和長(zhǎng)距離多級(jí)串供的情況,導(dǎo)致這部分線(xiàn)路和變電站供電可靠性不高。鄂西電網(wǎng)有T接35 kV線(xiàn)路53條,其中恩施、宜昌、襄陽(yáng)、十堰、神農(nóng)架分別有22、13、5、13、0條,如恩施的芭盛桅線(xiàn)桅桿堡線(xiàn)。鄂西電網(wǎng)有長(zhǎng)距離多級(jí)饋供變電站91座,其中恩施、宜昌、襄陽(yáng)、十堰、神農(nóng)架分別有49、27、4、11、0座,如十堰竹溪城關(guān)-水坪-新州-中梁35 kV線(xiàn)路串接總長(zhǎng)度43.5 km。恩施地區(qū)35 kV線(xiàn)路T接和長(zhǎng)距離多級(jí)串供問(wèn)題最為突出。
恩施、宜昌、十堰、神農(nóng)架35 kV公用主變情況如表7所示。恩施、宜昌、十堰各存在1臺(tái)、5臺(tái)、2臺(tái)運(yùn)行年限在30年以上的主變。
恩施、宜昌、十堰、神農(nóng)架35 kV公用架空線(xiàn)路情況如表8所示。除神農(nóng)架外,均存在運(yùn)行年限超過(guò)30年的架空線(xiàn)路。
表7 恩施、宜昌、十堰、神農(nóng)架35 k V公用主變情況Tab.7 35 k V public transformer of Enshi,Yichang,Shiyan and Shennongjia
恩施35 kV線(xiàn)路導(dǎo)線(xiàn)截面以70 mm2、50 mm2為主。桿塔以鐵塔為主,仍存在較多水泥桿塔和拉線(xiàn)塔。共有34條35 kV線(xiàn)路存在抗冰能力不足的問(wèn)題。其中高龍線(xiàn)等8條35 kV線(xiàn)路的設(shè)計(jì)水平比冰區(qū)等級(jí)要求低2個(gè)等級(jí),官火線(xiàn)等26條35 kV線(xiàn)路的設(shè)計(jì)水平比冰區(qū)等級(jí)要求低1個(gè)等級(jí)。
表8 恩施、宜昌、十堰、神農(nóng)架35 k V公用架空線(xiàn)路情況Tab.8 35 k V public line of Enshi,Yichang,Shiyan and Shennongjia
神農(nóng)架林區(qū)松朝線(xiàn)等6條35 kV線(xiàn)路存在抗冰能力不足的問(wèn)題。其中,35 kV宋坪線(xiàn)和松朝線(xiàn)的設(shè)計(jì)水平比冰區(qū)等級(jí)要求低2個(gè)等級(jí),35 kV木板線(xiàn)、紅木線(xiàn)等4條線(xiàn)路的設(shè)計(jì)水平比冰區(qū)等級(jí)要求低1個(gè)等級(jí)。
保康縣共有14條35 kV線(xiàn)路導(dǎo)線(xiàn)截面偏小,包括黃后線(xiàn)、后歇線(xiàn)、橋歇聯(lián)線(xiàn)歐店支線(xiàn)等。運(yùn)行年限超過(guò)30年的35 kV線(xiàn)路4條。南漳縣共有35 kV公用主變32臺(tái),運(yùn)行年限均在20年以?xún)?nèi)。35 kV線(xiàn)路總長(zhǎng)度354.714 km,運(yùn)行年限均在30年以?xún)?nèi)。谷城縣共有35 kV公用主變20臺(tái),其中運(yùn)行年限超過(guò)30年的主變2臺(tái)。35 kV線(xiàn)路總長(zhǎng)度253.289 km,其中運(yùn)行年限超過(guò)30年線(xiàn)路長(zhǎng)度33.75 km,占比13.32%。
2008~2016年,自然災(zāi)害共造成鄂西電網(wǎng)809條10 kV線(xiàn)路停運(yùn)1 265條次,倒斷桿33 603根,斷損線(xiàn)長(zhǎng)度4 114.4 km,影響用戶(hù)160萬(wàn)戶(hù),累計(jì)損失電量1 548×104kW·h。
鄂西電網(wǎng)10 kV公用線(xiàn)路基本情況如表9所示。恩施的10 kV線(xiàn)路條數(shù)最多、長(zhǎng)度最長(zhǎng)、平均供電半徑最大,且木質(zhì)電桿比例最高,占比5.69%。神農(nóng)架林區(qū)的10 kV線(xiàn)路聯(lián)絡(luò)率最低,為11%;“N-1”通過(guò)率最低,為8%。鄂西電網(wǎng)10 kV公用線(xiàn)路運(yùn)行年限情況如圖2所示。宜昌和襄陽(yáng)運(yùn)行年限大于20年的10 kV線(xiàn)路占比較高,分別為36.79%和39.38%。
表9 10 k V公用線(xiàn)路基本情況Tab.9 Basic information of 10 k V public line
圖2 10 k V公用線(xiàn)路運(yùn)行時(shí)間Fig.2 The operation time of 10 k V public line
鄂西電網(wǎng)10 kV公用主變基本情況如表10所示。恩施的10 kV主變臺(tái)數(shù)最多,主變?nèi)萘孔畲螅尤氲闹匾脩?hù)數(shù)也最多。
表11為鄂西電網(wǎng)10 kV線(xiàn)路位于災(zāi)害區(qū)域的占比情況。鄂西電網(wǎng)45.8%的10 kV線(xiàn)路位于中、重冰區(qū)(覆冰>10 mm),3.5%的10 kV線(xiàn)路位于9級(jí)以上大風(fēng)區(qū)(風(fēng)速>23.5 m/s),15.5%的10 kV線(xiàn)路位于多雷區(qū)(地閃密度大于 2.78次/(km2·a)),6.8%的 10 kV線(xiàn)路位于易發(fā)洪澇災(zāi)害區(qū),5.7%的10 kV線(xiàn)路位于易發(fā)地質(zhì)災(zāi)害區(qū)。神農(nóng)架、恩施10 kV線(xiàn)路位于中、重冰區(qū)的比重較大,分別為100%、65.6%,宜昌10 kV線(xiàn)路位于多雷區(qū)占比較高,為20.86%。位于災(zāi)害區(qū)域的線(xiàn)路占比越高,線(xiàn)路故障風(fēng)險(xiǎn)越大。
表10 10 k V公用主變基本情況Tab.10 Basic information of 10 k V public transformer
表11 10 k V線(xiàn)路位于災(zāi)害區(qū)域的占比情況(單位:%)Tab.11 The proportion of 10 k V line in the disaster areas(unit:%)
鄂西電網(wǎng)受自然災(zāi)害影響出現(xiàn)過(guò)數(shù)次大范圍、長(zhǎng)時(shí)間的停電事件。本文從電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和設(shè)備兩個(gè)方面詳細(xì)分析了鄂西不同電壓等級(jí)電網(wǎng)的抵御自然災(zāi)害能力和薄弱點(diǎn)。鄂西220 kV和110 kV電網(wǎng)結(jié)構(gòu)以鏈?zhǔn)?、環(huán)網(wǎng)、雙輻射接線(xiàn)為主,抵御自然災(zāi)害能力較強(qiáng)。35 kV及以下電壓等級(jí)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)以單輻射為主,電網(wǎng)抵御自然災(zāi)害能力較弱。部分35 kV線(xiàn)路存在T接和長(zhǎng)距離多級(jí)串供的情況,其中恩施地區(qū)最為突出。鄂西220 kV及以下各電壓等級(jí)電網(wǎng)均存在線(xiàn)路設(shè)計(jì)抗冰能力不足的問(wèn)題,其中鄂西有45.8%的10 kV線(xiàn)路位于中、重冰區(qū),建議進(jìn)一步提升鄂西電網(wǎng)的抗冰能力。研究成果可為提高鄂西電網(wǎng)抗災(zāi)能力提供指導(dǎo)。
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