陳 武

(國網(wǎng)四川省電力公司成都供電公司，成都 610041)

在全球資源環(huán)境約束趨緊，新一輪能源革命方興未艾的時代背景下，能源技術(shù)創(chuàng)新帶來能源格局深刻變化；電為中心，“兩個替代”發(fā)展方向愈加明顯，構(gòu)建全球能源互聯(lián)網(wǎng)，加快電網(wǎng)發(fā)展的要求更加緊迫[1]。電力調(diào)度控制作為電網(wǎng)運行發(fā)展的核心環(huán)節(jié)，是保障電網(wǎng)安全、穩(wěn)定、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟運行的強大后盾[2]。

國家電網(wǎng)公司“三集五大”體系建設(shè)以來，對電力調(diào)度工作提出了更高要求[3]。成都電網(wǎng)規(guī)模大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在正常及檢修方式下存在一定的薄弱環(huán)節(jié)，準(zhǔn)確識別運行風(fēng)險，提前做好預(yù)防控制措施，是提升電網(wǎng)安全水平的重要舉措。本文介紹成都電網(wǎng)調(diào)度運行基本情況，從調(diào)度安全風(fēng)險識別入手，分析電網(wǎng)安全風(fēng)險與面臨的挑戰(zhàn)，提出有效對策。

1 成都電網(wǎng)調(diào)度工作現(xiàn)狀

1.1 電網(wǎng)規(guī)模概述

成都電網(wǎng)東與資陽、南與眉山及雅安、西與阿壩、北與德陽及綿陽電網(wǎng)相連，擔(dān)負著全市20個區(qū)(市、縣)、1.46萬km2，2 000余萬人口的供電任務(wù)。

成都電網(wǎng)主網(wǎng)層面通過500/220 kV變電站、輸電線路構(gòu)成環(huán)網(wǎng)運行，110 kV電網(wǎng)采取閉環(huán)建設(shè)，開環(huán)運行模式；10 kV配電網(wǎng)采用“互聯(lián)互供”網(wǎng)架格局。各電壓等級變電站共有400余座；35 kV及以上電壓等級線路800余條，總長近9 000 km，變電容量4 500余萬kVA；10 kV配網(wǎng)線路4 200余條，總長度逾30 000 km。近年來，成都電網(wǎng)負荷水平不斷攀升，最大負荷年均增長11%，2016年，全網(wǎng)負荷突破1 000萬kW，如圖1所示。

圖1 成都電網(wǎng)負荷增長趨勢

經(jīng)歷“騰飛工程”及后續(xù)一系列網(wǎng)架優(yōu)化建設(shè)后，成都電網(wǎng)規(guī)模不斷擴大，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜，作為四川電網(wǎng)最大的負荷中心，成都電網(wǎng)的資產(chǎn)規(guī)模、供電客戶均在國網(wǎng)大型供電企業(yè)中排名前列。

1.2 支撐電網(wǎng)運行的七大技術(shù)支持系統(tǒng)

該系統(tǒng)包括調(diào)控一體化系統(tǒng)、配電自動化系統(tǒng)、光纖通信系統(tǒng)、綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)、調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)以及電纜網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)，是成都建設(shè)堅強智能電網(wǎng)重要舉措之一，于2011年11月建成[4]。

七大技術(shù)支持系統(tǒng)的成功投運使成都電網(wǎng)自動化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化和互動化水平得到顯著提升，有效提升了電網(wǎng)運行效率、供電質(zhì)量、互動服務(wù)能力、生產(chǎn)營銷以及企業(yè)現(xiàn)代化管理科技水平和抵御風(fēng)險能力，為最終建成結(jié)構(gòu)合理、技術(shù)先進、安全可靠、經(jīng)濟高效、各電壓等級協(xié)調(diào)發(fā)展的堅強智能電網(wǎng)奠定了堅實基礎(chǔ)。特別是配電自動化系統(tǒng)全面推動了成都配電網(wǎng)供電可靠性、安全性的大幅度提升，是國家電網(wǎng)公司實施的規(guī)模最大、終端數(shù)量最多的配電網(wǎng)工程項目[1]。

1.3 成都電網(wǎng)調(diào)度運行實踐

成都電力調(diào)度系統(tǒng)采用智能電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)D5000平臺，實行調(diào)控一體化運行，所轄系統(tǒng)變電站全部實現(xiàn)無人值守，實施設(shè)備常態(tài)化遠方操作，具有負荷批量控制、區(qū)域備用電電源自投裝置等高級應(yīng)用功能，擁有極高的調(diào)度業(yè)務(wù)智能化開展水平。

成都電力調(diào)度控制中心始終將電網(wǎng)安全穩(wěn)定作為工作的核心任務(wù)，在網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、運行方式不斷發(fā)生變化的情況下，精心調(diào)度，優(yōu)化操作，電網(wǎng)風(fēng)險管控水平得到顯著提升；系統(tǒng)運行管理更加規(guī)范，電網(wǎng)駕馭能力持續(xù)增強。

2 電網(wǎng)安全調(diào)度面臨的挑戰(zhàn)與隱患

2.1 電網(wǎng)分區(qū)運行帶來新的問題

成都電網(wǎng)是一個密集型受端電網(wǎng)，電氣聯(lián)系緊密，具有電網(wǎng)用電量大，用電安全性要求高的特點，隨著城市外圍500 kV重要變電站及220 kV關(guān)鍵輸電通道建設(shè)投運，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)日漸完善，電網(wǎng)承載能力不斷提升。與此同時，系統(tǒng)短路電流水平增加迅速，電網(wǎng)潮流亦發(fā)生了明顯的轉(zhuǎn)移變化。為解決短路容量超標(biāo)及電網(wǎng)潮流分布不合理等問題，成都電網(wǎng)已調(diào)整為多片區(qū)運行，實行分區(qū)互聯(lián)供電，如圖2所示。

圖2 電網(wǎng)分區(qū)結(jié)構(gòu)示意圖

分區(qū)后，面臨以下問題。

(1)分區(qū)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)還不完善。分區(qū)電網(wǎng)發(fā)展不平衡，發(fā)電機組分布不均勻，部分分區(qū)如BQ片區(qū)電網(wǎng)缺乏電源支撐，輸電通道不夠完善，可靠性差。

(2)分區(qū)電網(wǎng)互供能力弱。受500 kV主變?nèi)萘俊?20 kV小線徑及網(wǎng)絡(luò)通道建設(shè)等因素影響，部分分區(qū)電網(wǎng)如BQ片區(qū)與其他3個片區(qū)電網(wǎng)在嚴(yán)重事故情況下，相互支援能力較弱，持續(xù)高峰負荷期間，負荷平衡和安全穩(wěn)定運行問題較為突出。

(3)不同片區(qū)電網(wǎng)負荷倒供困難。為實現(xiàn)地區(qū)110 kV電網(wǎng)不停電倒供負荷，不同片區(qū)電網(wǎng)不可避免短時合環(huán)運行，電網(wǎng)面臨短路電流超標(biāo)、斷面越限及供電可靠性降低等安全運行風(fēng)險。

2.2 大面積停電風(fēng)險未得到根本性改善

(1)網(wǎng)內(nèi)電源支撐嚴(yán)重不足。成都電網(wǎng)作為典型的受端網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)內(nèi)裝機容量較小，僅能滿足7%的負荷需求，電力平衡依賴外來電力程度較深，若主要輸電通道同時或相繼突發(fā)故障，供需平衡將受到嚴(yán)重影響，甚至導(dǎo)致大面積限電。

(2)同溝電纜故障風(fēng)險廣泛存在。成都中心城區(qū)供電已基本采用電纜方式，電纜數(shù)量巨大。電纜管網(wǎng)總體呈現(xiàn)復(fù)雜性、密集型的特點，部分中心城區(qū)的電力通道狹小、進出站通道單一、電纜布置密集、雙回電源線路同通道、同側(cè)布置，并且大多數(shù)隧道存在漏水和電纜本體家族性質(zhì)量缺陷等問題，電纜群傷隱患十分突出。龐大的電纜規(guī)模和惡劣的通道環(huán)境，使得成都中心城區(qū)大面積停電的風(fēng)險短期內(nèi)難以根治。

2.3 電網(wǎng)安全運行風(fēng)險點多面廣

(1)電網(wǎng)檢修工作導(dǎo)致電網(wǎng)非全元件運行，固有風(fēng)險不可忽視。僅2016年，成都電網(wǎng)開展多項重大檢修工作，共發(fā)布六級以上電網(wǎng)風(fēng)險預(yù)警400余次，其中五級風(fēng)險預(yù)警占比近10%。

(2)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)仍不夠堅強，抗故障能力有待進一步提高。部分重要220 kV輸電通道“N-2”故障可能導(dǎo)致大面積停電事故。此外，110 kV電網(wǎng)仍存在單電源供電變電站，供電風(fēng)險始終存在。

(3)主變?nèi)萘科。糠肿冸娬矩摵沙休d能力稍顯不足。2016年，成都電網(wǎng)容載比低于2.0的200 kV變電站占比超過70%，中心城區(qū)負荷密集區(qū)域220 kV變電站在高峰負荷階段極易處于重載狀態(tài)，若主變并列運行，若一臺主變故障跳閘，另外一臺主變將嚴(yán)重過載，極易引發(fā)連鎖故障，減供負荷100 MW以上，構(gòu)成五級電網(wǎng)事件。

(4)小線徑導(dǎo)線輸電能力不足，制約片區(qū)供電能力。數(shù)十條截面積為300 mm2導(dǎo)線熱穩(wěn)定限額低，極大地限制了相關(guān)斷面輸電能力；此外，由于成都電網(wǎng)110 kV變電站增容改造較多，但線路并沒有同步完成改造，若110 kV備自投動作將導(dǎo)致兩級或三級串供，高峰負荷情況下，首級截面較小導(dǎo)線將超熱穩(wěn)定極限，可能形成110 kV線路串供的變電站失壓，構(gòu)成六級電網(wǎng)事件。

(5)電網(wǎng)突發(fā)缺陷及特殊運行方式的出現(xiàn)，使供電可靠性難以保證。在迎峰度夏/度冬等高峰負荷時期，設(shè)備缺陷頻發(fā)、輸電斷面重載、甚至過載等問題突出，電網(wǎng)安全運行受到極大威脅。此外，為配合電網(wǎng)新投工作，常需對電網(wǎng)正常運行方式進行調(diào)整，不可避免的形成單母線、單主變、串級供電等特殊方式及保護不完全配合的情況。

2.4 由電壓暫降引起的優(yōu)質(zhì)服務(wù)問題突出

電壓暫降是近年來暫態(tài)電能質(zhì)量中最突出、最嚴(yán)重的電能質(zhì)量問題，其在電網(wǎng)內(nèi)的傳播過程如圖3所示。電壓暫降通常會給半導(dǎo)體制造、信息、計算機或電子通信等行業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟損失以及造成極大的社會影響[5-10]。

成都電網(wǎng)內(nèi)含有京東方、英特爾、德州儀器、成都飛機工業(yè)集團等大量電壓敏感性用戶，在敏感用戶近區(qū)電網(wǎng)或上、下級電網(wǎng)發(fā)生短路故障時，由故障所產(chǎn)生的電壓暫降易對其產(chǎn)生影響，據(jù)統(tǒng)計，僅2016年4月，成都電網(wǎng)就發(fā)生多起電壓暫降事件，敏感用戶正常生產(chǎn)過程受到不同程度影響。

圖3 電壓暫降傳播過程

2.5 負荷低谷期的無功倒送問題突出

成都電網(wǎng)日最高負荷與日最低負荷差別明顯，基本特性如圖4所示。在大型假期日期間，負荷整體水平偏低，尤其是在春節(jié)期間，系統(tǒng)負荷急劇降低。

圖4 成都電網(wǎng)負荷特性

由于低谷負荷期間，受電設(shè)備無功消納能力有限，且受電抗器可投入率低、電纜網(wǎng)充電功率大等多重因素影響，電壓難以調(diào)整至合格范圍內(nèi)，無功返網(wǎng)、電壓越上限現(xiàn)象嚴(yán)重。在這種情況下，不得不采取犧牲電網(wǎng)供電可靠性的方式來保證全網(wǎng)的電壓質(zhì)量，比如：調(diào)整電網(wǎng)運行方式，切除充電備用電纜線路等，但電壓質(zhì)量仍難以保證。

2.6 停電倒供負荷在配網(wǎng)調(diào)度操作中仍廣泛存在

配電網(wǎng)10 kV側(cè)進行合環(huán)操作時，由于合環(huán)點兩側(cè)存在電壓幅值、相角差，以及合環(huán)路徑的等值阻抗差異，在執(zhí)行合環(huán)操作時，網(wǎng)絡(luò)中可能會產(chǎn)生較大的流經(jīng)合環(huán)開關(guān)的循環(huán)電流，使保護裝置誤動，影響電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行，同時，合環(huán)后也可能面臨10 kV母線短路電流超標(biāo)風(fēng)險。根據(jù)電網(wǎng)運行經(jīng)驗，成都配電網(wǎng)合環(huán)除同一220 kV變電站下10 kV線路實行合環(huán)倒供負荷外，其余情況均需停電倒換。

3 對策及建議

3.1 解決電網(wǎng)分區(qū)問題方面

(1)安排相應(yīng)新建、改造工程等，完善電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，增強輸變電設(shè)備負荷承載及片區(qū)電網(wǎng)互濟能力。

(2)滾動優(yōu)化成都500 kV/220 kV電網(wǎng)分區(qū)運行方式，提升500 kV變電容量有效利用水平和220 kV電網(wǎng)負荷接納能力，同時，對長期處于解環(huán)點的變電站增設(shè)備用電源自投裝置，切實提高分區(qū)電網(wǎng)供電可靠性。

(3)合環(huán)倒供不同片區(qū)110 kV電網(wǎng)負荷前，利用D5000平臺加強在線安全穩(wěn)定分析計算，優(yōu)化調(diào)度操作，縮短上級220 kV電網(wǎng)合環(huán)運行時間，確保重要控制斷面、聯(lián)絡(luò)線潮流等不超過運行限額。

3.2 防范大面積停電事故方面

(1)充分利用電纜網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的強大功能，加強重要輸電通道巡視維護，確保設(shè)備健康運行水平。

(2)積極開展大面積停電情況下負荷轉(zhuǎn)移控制方案研究。

(3)定期組織、廣泛開展無腳本式反事故聯(lián)合演習(xí)，提高大型事故應(yīng)急處置能力。

(4)著力完善220 kV線路后備保護配合關(guān)系，防止線路雙套光纖通道中斷或變電站全站通信丟失情況下線路后備保護失配，控制保護跳閘范圍，防范大面積停電事件。

3.3 電網(wǎng)運行風(fēng)險把控方面

(1)開展宏觀運行風(fēng)險分析，加強“N-1”、“N-2”安全校核，編制地區(qū)電網(wǎng)年度運行風(fēng)險及防范措施。

(2)定期開展安全生產(chǎn)活動，進行周、月電網(wǎng)運行風(fēng)險分析，總結(jié)分析電網(wǎng)存在的問題。

(3)根據(jù)工作需要，編制“電網(wǎng)重大特殊運行方式書”，提前發(fā)布電網(wǎng)風(fēng)險預(yù)警，保障電網(wǎng)安全。

(4)優(yōu)化電網(wǎng)接線與負荷改接；推進電網(wǎng)薄弱環(huán)節(jié)改造，對可能形成串供方式的首級線路進行增容改造，加快單電源變電站第二電源的完善工作。

(5)合理調(diào)整運行方式，確保電網(wǎng)運行平穩(wěn)。

(6)提高缺陷處置效率，保證設(shè)備健康水平。

(7)強化電網(wǎng)關(guān)鍵斷面運行監(jiān)視和穩(wěn)定限額管理，降低電網(wǎng)運行風(fēng)險，保障電網(wǎng)穩(wěn)定水平。

(8)及時修訂電網(wǎng)接線圖、事故預(yù)案等基礎(chǔ)資料，確保調(diào)度人員準(zhǔn)確、全面了解電網(wǎng)，掌握網(wǎng)架薄弱環(huán)節(jié)。

3.4 提升調(diào)度優(yōu)質(zhì)服務(wù)水平方面

(1)充分發(fā)揮成都面對面·政風(fēng)行風(fēng)熱線作用，認(rèn)真聽取客戶對供電保障和優(yōu)質(zhì)服務(wù)的意見和建議，加強問題整改落實。

(2)做好故障信息發(fā)布及客戶溝通解釋工作，定期組織軌道交通、航空航天、生物醫(yī)藥、石化、半導(dǎo)體制造業(yè)、重要商業(yè)以及金融系統(tǒng)等大客戶，通報電網(wǎng)運行形勢及供電公司已采取的管理及技術(shù)措施。

(3)積極發(fā)揮調(diào)控中心配網(wǎng)搶修指揮平臺職能，實現(xiàn)配網(wǎng)故障信息收集、發(fā)布標(biāo)準(zhǔn)化、集約化管理，統(tǒng)籌安排搶修資源，保證優(yōu)質(zhì)服務(wù)工作高效開展。

(4)進一步擴大成都配電自動化系統(tǒng)覆蓋區(qū)域，加快推進配電自動化工程縣域延伸應(yīng)用工作，使更多配網(wǎng)線路實現(xiàn)故障研判、定位、故障區(qū)域隔離、非故障區(qū)域恢復(fù)供電的全自動控制，有效降低停電影響及損失，提升用戶滿意度。

(5)加強檢修計劃管理，深入推進配網(wǎng)不停電作業(yè)，保障客戶安全可靠用電。

(6)采取措施，減小電壓暫降所帶來的損失及造成的影響[11]。

供電側(cè)：①加強設(shè)備維護，減少故障發(fā)生次數(shù)；②調(diào)整電網(wǎng)出線間隔，減少同一母線上饋線條數(shù)，以限制故障數(shù)目；③對110 kV網(wǎng)絡(luò)全面配置縱聯(lián)差動保護，縮短故障清除時間，進而縮短電壓暫降深度和持續(xù)時間，減少電壓暫降造成的損失；④對重要敏感負荷進行單獨供電，以減少其它用戶對該負荷的影響，或是在系統(tǒng)關(guān)鍵位置安裝限流線圈來增加其與故障點間的電氣距離；⑤對于高敏感負荷，可以考慮由兩路或更多電源供電，某路電源造成的電壓暫降可通過切換到其它獨立電源得到緩解，獨立電源數(shù)越多，緩解的效果越顯著；⑥優(yōu)化運行方式。線路串供的變電站越多，該線路的故障概率就越高，對電壓質(zhì)量的影響也越多，應(yīng)減少這種運行方式；對于變電站內(nèi)部宜盡量采用分裂運行方式，縮小電壓暫降的影響范圍。

用戶側(cè)：①在選擇設(shè)備時考慮設(shè)備的敏感度問題，并在設(shè)備訂貨合同上向制造商明確有關(guān)的技術(shù)要求，使設(shè)備具有一定的電壓暫降抗擾動能力；②安裝不間斷電源、動態(tài)電壓恢復(fù)器、靜止同步補償器等緩解裝置。

(7)聯(lián)合發(fā)展策劃、營銷部門及科研院所在成都高新區(qū)等電網(wǎng)規(guī)劃基礎(chǔ)較好區(qū)域探索建設(shè)優(yōu)質(zhì)供電園區(qū)，采用定制電力等技術(shù)以獲得比常規(guī)配電系統(tǒng)更高的供電質(zhì)量，按照用戶不同電能質(zhì)量等級需求進行供電。

3.5 無功電壓方面

(1)加強設(shè)備巡視檢查，對未投入運行和運行狀況較差的無功補償設(shè)備進行全面維護。

(2)合理配置電抗器，提高電壓調(diào)節(jié)能力。

(3)系統(tǒng)優(yōu)化AVC系統(tǒng)程序設(shè)計，確保無功電壓控制綜合成效最優(yōu)。

(4)加強電廠管理，提升電廠調(diào)壓參與度。

3.6 10 kV配電網(wǎng)合環(huán)倒供負荷方面

(1)完善電網(wǎng)數(shù)據(jù)模型，為開展合環(huán)電流計算與短路電流水平校核奠定堅實基礎(chǔ)。

(2)做好不同運行方式、不同負荷水平下合環(huán)電流實測準(zhǔn)備，加快推進合環(huán)倒供負荷試點工作。優(yōu)先選擇健康水平高、經(jīng)歷史操作驗證合環(huán)時不會引起繼電保護、設(shè)備容量、系統(tǒng)穩(wěn)定問題的線路進行測試。

4 結(jié)語

成都電網(wǎng)調(diào)度工作面臨眾多挑戰(zhàn)與風(fēng)險，本文立足于電網(wǎng)調(diào)度安全，從電網(wǎng)分區(qū)運行現(xiàn)狀、運行風(fēng)險分布、調(diào)度優(yōu)質(zhì)服務(wù)、無功電壓及配電網(wǎng)方式調(diào)整等方面對成都電網(wǎng)面臨的一些問題做了簡單概述分析，指出了今后應(yīng)對措施。