尹瑞君

（包頭供電局，內蒙古 包頭 014030）

0 引言

隨著內蒙古地區(qū)電網(wǎng)的發(fā)展，包頭電網(wǎng)現(xiàn)已建成以高新變、包北變、威俊變、春坤山變、梅力更變、百靈變6座500 kV變電站為電源支撐，以500 kV相互聯(lián)絡，局屬23座220 kV變電站為核心的東、西、南、北四個相互獨立的220 kV供電區(qū)域的大型電網(wǎng)，地區(qū)東部供電區(qū)域以500 kV包北變和威俊變?yōu)橹行?，由包北變、威俊變與沙河變、古城變、沙爾沁變、土右變、達旗電廠、濱河變、麻池變、興勝變、召廟變、莫尼變形成的500 kV、220 kV電磁環(huán)網(wǎng)構成，主要接帶包鋁等大工業(yè)負荷的輕負荷區(qū)域；西部供電區(qū)域以500 kV高新變1號、5號主變和梅力更變?yōu)橹行模筛咝伦?號、5號主變、梅力更變與張家營變、民勝變、九原變、昆河變、鹿鋼變、通威變形成的500 kV、220 kV電磁環(huán)網(wǎng)構成，主要接帶包鋼、通威、西沙灣、明拓、神華煤化工等大工業(yè)負荷的重負荷區(qū)域。東、西兩個供電區(qū)域的220 kV聯(lián)絡線為張家營變與召廟變的張召雙回，為冷備用狀態(tài)。

地區(qū)電網(wǎng)實行分層分區(qū)運行后，給電源分別取自東、西兩個區(qū)域的110 kV變電站的合環(huán)操作帶來很大影響。以往因為在同一個區(qū)域內，110 kV變電站合環(huán)倒負荷操作產生的合環(huán)電流在允許范圍內。但從東、西兩個區(qū)域的聯(lián)絡線路220 kV張召雙回解環(huán)后，110 kV變電站進行合環(huán)倒負荷操作時，合環(huán)瞬間將產生較大的沖擊電流，從東部輕負荷區(qū)域流向西部重負荷區(qū)域的穩(wěn)態(tài)電磁環(huán)網(wǎng)潮流將造成110 kV合環(huán)線路過載，直接影響電網(wǎng)的安全性和穩(wěn)定性。

針對上述問題，包頭供電局調度處在合環(huán)操作前對合環(huán)電流進行計算，判斷合環(huán)電流是否越限，為調度提供依據(jù)，但實踐操作表明，該方法誤差較大。本文根據(jù)多年的調度運行經驗，結合電網(wǎng)方式改變前后潮流變化和合環(huán)電流的影響因素等，以包頭電網(wǎng)合環(huán)電流最大的河西變110 kV母聯(lián)合環(huán)操作為例，提出電源線路分屬輕重負荷區(qū)時合環(huán)電流控制措施。

1 系統(tǒng)接線與合環(huán)條件

包頭電網(wǎng)220 kV張家營變、召廟變系統(tǒng)潮流圖如圖1所示。一次系統(tǒng)接線圖如圖2所示。

地區(qū)電網(wǎng)合環(huán)操作主要分為同電壓等級的合環(huán)和不同電壓等級的運行線路經變壓器電磁回路連接而構成的電磁合環(huán)[1-2]。根據(jù)電力系統(tǒng)調度規(guī)程，分區(qū)運行的電網(wǎng)在合環(huán)時應滿足同一系統(tǒng)下、相位正確、電壓差在20%以下3個條件[3]。河西變滿足同一系統(tǒng)這一合環(huán)要求。

2 河西變合解環(huán)操作分析

2.1 合環(huán)前運行方式

合環(huán)操作前，110 kV河西變、220 kV召廟變及張家營變運行方式如下：

（1）河西變電源分別取自220 kV張家營變和召廟變，其中召河線111開關帶110 kVⅠ母、1號主變系列運行；河西線121開關帶110 kVⅡ母、2號主變系列運行；母聯(lián)110開關、310開關、910開關為熱備用。

（2）召廟變兩臺主變壓器220 kV側、110 kV側并列運行，10 kV側分列運行，母聯(lián)212開關、110開關合環(huán)運行，母聯(lián)910開關熱備用；召河線156開關在110 kVⅡ母運行，正常情況下允許最大電流為610 A。

（3）張家營變3臺主變壓器220 kV側、110 kV側并列運行，10 kV側分列運行，其中3號主變壓器10 kV低壓側無電氣接線；母聯(lián)212開關、110開關合環(huán)運行，母聯(lián)910開關熱備用；河西線111開關在110 kVⅠ母運行，正常情況下允許最大電流為600 A。

2.2 合解環(huán)操作

如圖2所示，當110 kV河西線計劃停電檢修時，地調調度員需要通過合解環(huán)操作，將河西變河西線121開關所帶110 kVⅡ母、2號主變系列負荷轉移至召河線111開關帶。合環(huán)操作前，一般先調整220 kV張家營變、召廟變主變壓器的分接頭進行調壓，使河西變母聯(lián)110開關兩側母線電壓接近相等，然后進行母聯(lián)110開關合環(huán)操作，最后拉開河西線121開關解環(huán)。

實踐證明，雖然合環(huán)點兩側電壓接近相等，但合環(huán)操作仍然會產生很大的合環(huán)電流，基本在650~920 A波動。合環(huán)電流出現(xiàn)這種波動是由合環(huán)操作的時間段不同（高峰、平段、低谷）和兩個區(qū)域負荷變動造成的。

2.3 合環(huán)后環(huán)流方向

合環(huán)后產生的穩(wěn)態(tài)電磁環(huán)網(wǎng)潮流，由220 kV召廟變通過合環(huán)線路召河線、河西線流向220 kV張家營變110 kV母線，一部分在110 kV母線上實現(xiàn)就地平衡，另一部分通過主變壓器進入220 kV系統(tǒng)，形成的環(huán)流造成合環(huán)線路過載。

2.4 影響合環(huán)電流的因素

2.4.1 合環(huán)電流產生原因

河西變進行合環(huán)操作時,合環(huán)線路的兩側電源處于分列運行狀態(tài),它們之間的聯(lián)絡開關在斷開位置，其上級220 kV電源召廟變、張家營變?yōu)殚_環(huán)運行，500 kV電源為環(huán)網(wǎng)運行。分析合環(huán)電流產生的主要原因如下：

（1）聯(lián)絡開關兩側變電站母線存在電壓差；

（2）聯(lián)絡開關兩側合環(huán)線路對應的系統(tǒng)阻抗不同；

（3）聯(lián)絡開關兩側合環(huán)線路對應的系統(tǒng)負荷相差過大。

2.4.2 合環(huán)電流產生過程

地區(qū)電網(wǎng)母線間進行合環(huán)操作時，由于合環(huán)前合環(huán)線路兩側存在電壓差，即ΔU≠0，當合環(huán)開關閉合時，兩端的電壓差發(fā)生突變，必然引起環(huán)網(wǎng)內各節(jié)點電壓大小和角度的變化，連接于環(huán)網(wǎng)的發(fā)電機的電勢和角度也將隨之產生變化。但發(fā)電機的轉子是有慣性的，發(fā)電機的角度，也就是轉子的角度不能突變，需要經過一個搖擺過程才能達到新的穩(wěn)態(tài)值，因此當合環(huán)開關兩側的電壓相角或頻率不相等時，發(fā)電機和環(huán)網(wǎng)線路合環(huán)后必將產生功率振蕩，從而產生沖擊電流和電磁環(huán)網(wǎng)的環(huán)流[4-5]。

2.4.3 合環(huán)電流影響因素

將合環(huán)電流產生的原因與調度SCADA系統(tǒng)監(jiān)測到的環(huán)網(wǎng)路徑的數(shù)據(jù)量值結合起來，分析合環(huán)電流大小主要與以下因素有關：

（1）合環(huán)線路所屬分區(qū)不同；

（2）合環(huán)前合環(huán)開關兩側存在電壓差；

（3）電源點到合環(huán)點供電路徑的相關主變壓器的阻抗；

（4）電源點到合環(huán)點供電路徑的相關主變壓器所帶負荷；

（5）合環(huán)線路所帶負荷。

上述因素中（3）—（5）是通過影響電壓相位差來影響合環(huán)電流的。

3 合環(huán)電流控制措施

3.1 調整系統(tǒng)電壓，控制無功潮流

由于電磁環(huán)網(wǎng)潮流中的無功潮流是從電壓高的節(jié)點流向電壓低的節(jié)點，因此控制電壓（合環(huán)點兩側電壓幅值）能夠有效控制無功潮流。合環(huán)前，通過改變張家營變主變壓器分接頭或投入張家營變電容器，提高河西變110 kVⅡ母電壓至116.5 kV；通過改變召廟變主變壓器分接頭或退出召廟變電容器，降低河西變110 kVⅠ母電壓至114 kV，使合環(huán)點兩側母線電壓差為2.5 kV（西部重負荷區(qū)域110 kVⅡ母電壓高于東部輕負荷區(qū)域110 kVⅠ母電壓），再進行合環(huán)操作，使得環(huán)流基本在允許范圍之內，保證合環(huán)線路不過載。該方法在實際操作中經過多次驗證，電壓差值取1.8~2.5 kV可行且效果明顯（前提條件為電壓在合格范圍之內）。

3.2 改變環(huán)網(wǎng)阻抗，減小電壓相位差

當合環(huán)線路對應的系統(tǒng)阻抗相差較大時，即使合環(huán)點兩側變電站的母線電壓相同，合環(huán)操作也會產生很大的合環(huán)電流，究其原因是系統(tǒng)阻抗不平衡[2]。因此要減小合環(huán)電流，最根本的方法是將110 kV變電站的兩條進線電源改接至同一個220 kV變電站內，使其系統(tǒng)阻抗平衡。在電網(wǎng)結構已定的情況下，要改變系統(tǒng)阻抗，減小合環(huán)電流，只能改變系統(tǒng)運行方式。但實際操作中電網(wǎng)大范圍的有功潮流轉移存在諸多困難[2]。

有功潮流的流向是由系統(tǒng)兩端電壓的相位決定的（從相位超前的流向相位滯后的）。根據(jù)河西變合環(huán)的潮流流向、潮流大小，110 kVⅠ母電壓超前110 kVⅡ母電壓，110 kVⅠ母相位角遠大于110 kVⅡ母相位角，合環(huán)點處的電壓相位差較大。而產生電壓相位差的原因是兩側合環(huán)線路對應的系統(tǒng)阻抗不同，要改變其相位差就要改變系統(tǒng)阻抗[2]。

根據(jù)并列運行主變的總阻抗要小于分列運行主變的阻抗這一要求，可以小范圍調整變電站運行方式來改變系統(tǒng)阻抗。以河西變?yōu)槔?，合環(huán)操作前，可將張家營變110 kV母線由并列運行改為分列運行，增大環(huán)網(wǎng)阻抗；召廟變10 kV母線由分列運行改為并列運行，減小環(huán)網(wǎng)阻抗，減小合環(huán)點處的電壓相位差，再進行合環(huán)操作。該方法能夠有效降低合環(huán)沖擊電流，同時能夠在一定程度上減少電磁環(huán)網(wǎng)潮流中有功潮流流入張家營變。

3.3 調整環(huán)網(wǎng)負荷，減小電壓相位差

當合環(huán)開關兩側所帶負荷相差過大時，即使合環(huán)開關兩側變電站母線的電壓相同、系統(tǒng)阻抗比較接近，合環(huán)操作也會產生很大的合環(huán)電流[3]。其原因是合環(huán)點兩側的負荷會通過影響電壓相位差來間接影響合環(huán)電流的大小，而相位差與電網(wǎng)的結構和負荷分布有關，因此對合環(huán)點兩側的負荷進行適當調整，改變負荷分布，可以減小合環(huán)點的合環(huán)電流。

張家營變220 kV母線直接接帶包鋼、通威兩大工業(yè)用戶，負荷較重，導致河西變合環(huán)點處電壓相位差較大。要減小河西變合環(huán)點處的相位差，需改變包鋼、通威兩大用戶的運行方式，對其所帶負荷進行轉移，但該方法并不可行。建議對張家營變110 kV、10 kV母線負荷進行小范圍的局部調整：可將張家營變110 kV母線由并列運行改為分列運行，分流環(huán)網(wǎng)中的110 kV母線負荷；也可將張家營變1號主變壓器的10 kVⅠ母負荷轉移至2號主變壓器，降低1號主變壓器負載，降低環(huán)網(wǎng)內負荷，減小合環(huán)點處的電壓相位差，從而減小合環(huán)沖擊電流，降低電磁環(huán)網(wǎng)潮流。

3.4 控制合環(huán)電流注意事項

采取上述措施是在已經明確合環(huán)后潮流是由東部輕負荷區(qū)域流向西部重負荷區(qū)域為前提條件下進行的。如果西部重負荷區(qū)域的大工業(yè)用戶因某些原因出現(xiàn)降負荷或停產，造成西部區(qū)域電網(wǎng)潮流分布發(fā)生很大變化，此時東、西區(qū)域110 kV變電站進行合環(huán)倒負荷操作，需按照實際潮流流向分析合環(huán)電流控制措施。

4 結束語

通過對包頭電網(wǎng)東、西兩個供電區(qū)域的電網(wǎng)結構、潮流分布（高峰、平段、低谷）、負荷性質進行比較，分析110 kV電網(wǎng)合環(huán)前、后各變電站的潮流變化情況，結合多年調度運行工作經驗，提出了三種控制合環(huán)電流的措施，能夠解決電網(wǎng)合環(huán)存在環(huán)流過大的問題，確保電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。