青岛电网电磁环网运行分析

王超，崔立勃，袁森，张菁，程涛

（1.国网山东省电力公司青岛供电公司，山东青岛266001；2.国网山东省电力公司，济南250061；3.国网山东烟台市福山区供电公司，山东烟台265500）

青岛电网电磁环网运行分析

王超1，崔立勃1，袁森2，张菁3，程涛1

（1.国网山东省电力公司青岛供电公司，山东青岛266001；2.国网山东省电力公司，济南250061；3.国网山东烟台市福山区供电公司，山东烟台265500）

±660 kV银东直流输电工程建设并供电后，青岛电网区域型500/220 kV高低压电磁环网更加复杂，部分线路因成为安全隐患而需要断开。分析500 kV线路开断引起220 kV系统过负荷等电磁环网的安全隐患，得出判断电磁环网是否开环应考虑的安全稳定性和经济性等因素，和判断500/220 kV电磁环网是否应该开环的一般步骤。并对青岛电网进行了详细分析，阐述分析结果的应用价值和现实意义。

高压直流输电；电网；电磁环网；稳定性

0 引言

电磁环网是一种应用在高、低压电网侧之间的过渡型电网结构。比如在500 kV与220 kV电压等级之间，由于500 kV侧电网在发展初期结构脆弱，一般需要通过电磁环网的运行来维持高低压侧两端的稳定。当高电压侧传输功率增大以及其他结构改变时，电磁环网就面临着潮流分布不合理等安全稳定问题和经济性问题［1-2］。

500/220 kV电磁环网中的500 kV高压侧结构正日益完善，相应地应对220 kV低压侧进行分层分区运行，以迎合电磁环网解环运行的发展趋势。各国学者与相关工作人员对电网发展中形成的500/220kV电磁环网开展了大量的解环工作［3-5］，就何时、何地打开500/220 kV电磁环网进行了深入的研究。电磁环网的解环工作需要借助暂态稳定、静态安全、短路电流以及系统网损等多种量化评价方法从稳定性、安全性和经济性等各方面进行综合评估。

1 安全稳定性分析

解环电磁环网时，电网的安全稳定运行面临着严重的威胁，如影响线路传输能力、功率转移等问题。下面就与电磁环网解环相关的安全稳定性问题进行讨论［6-7］。

1.1 系统传输能力

在电磁环网解环操作中，当高压线路开断时，会引起相应的功率转移，这部分功率转移在低压侧可能会导致负荷的增加，从而影响其传输稳定性，甚至超过低压线路的运载能力。线路的传输能力受多方面影响。

稳定传输功率。系统间以及系统与电厂间输电线路传输的有功功率不能超过电力系统稳定极限值。对于500/220 kV电磁环网，220 kV线路电压等级低，线路电抗大，因此其传统功率极限要小于500kV线路。当发生潮流转移时，220 kV低压侧会首先发生安全失稳现象。

热稳定电流（功率）。流经导线的电流不允许超过其热稳定的电流最大值。在500/220 kV电磁环网中，当500 kV高压侧断开时，负荷会通过220 kV低压侧线路送出，由于负荷大于正常值，尤其是在重负荷运行时，220 kV线路上的电流很可能会出现超出导线热稳定电流的情况。

自然功率。当线路输送有功功率达到某个值的时候，线路消耗和产生的无功正好平衡，此时输送的功率就称为自然功率。高压电网电压等级高、输电线路长，所以线路产生的无功功率较大。当传输功率小于高压线路的自然功率时，除去线路自身产生的大量无功功率，还会有大量冗余无功功率流入系统，导致其电压升高；而当传输功率大于自然功率时，输电线路损耗的无功功率必然由系统两侧的无功补偿设备补足。在500/220 kV电磁环网中，220 kV线路的传输功率一般会远大于自然功率，线路会损耗过多的无功功率；而当500 kV开断时，220 kV线路的电流会增大，而线路电感上的无功损耗与电流的平方成正比，无功功率的消耗过多会导致电压的降低。

1.2 稳定性

对于高低压侧电磁环网系统，当某一侧开断时，会导致潮流转移到另一侧电网，此时应检查该侧电网的稳定性。在500 kV/220 kV电磁环网系统中，当220 kV低压网侧开断时，潮流会转移到500 kV高压网侧，这种情况下，一般不会发生暂态稳定极限越限的事故，但此时任一条500 kV线路的无故障开断都会导致其它500 kV线路潮流的成倍增加，电网的稳定性就会受到威胁；因线路检修，500 kV高压网侧无故障开断时，潮流会相应地转移到220 kV低压网侧，要对该侧电网进行稳定分析。在上述情况中，要分别进行小干扰与大干扰稳定分析来检验系统的静态稳定性与暂态稳定性。

1.3 电磁环网功率转移问题网间功率振荡

在高低压侧电磁环网系统中，当高压侧电网开断时，系统间的联络阻抗会增大，导致其输电能力下降，甚至当联络线传输功率超过稳定传输极限，此时会引起系统间的功率振荡以及其他严重后果。

1.4 短路电流水平

高低压电磁环网运行时，电网的传输功率已经接近极限，当接入更大容量高压线路时，会使该电网的综合阻抗减小，联系更加紧密，导致短路时的系统电流更容易超过断路器的额定开断电流。而电磁环网的开环运行可以让不同电压等级的断路器分别配备不同等级的开关设备，从而可以满足不同电压等级短路电流的极限要求［8］。

1.5 运行经济性

合理的高低压电磁环网解环操作一方面可以实现电网的分区运行，实现经济效益的改善，如降低短路电流、节省开关设备、减小分区电网容量等；另一方面可以实现潮流的优化分布，通过阻抗调节高低压侧的潮流流向，减小有功功率的损耗。在评估电磁环网解环的经济性时，可通过开关设备投资和系统网损两方面进行。

2 电磁环网开环的一般步骤

要在对电磁环网进行开环操作时满足上述要求，需要进行多方面的计算，包括潮流计算、稳定性分析、短路电流计算以及网损分析等。主要的解网操作流程如图1。

图1 电磁环网开环流程

对电磁环网的组成情况进行分析，根据电网结构以及潮流分布特点初步选择合适的分区方案；计算在环网运行状态下的短路电流；计算电磁环影响下高电压等级暂态稳定与小干扰稳定；根据以上计算结果，初步拟定开环方案；针对拟定的方案，分别进行高低压侧的安全稳定分析；计算开环后的短路电流；通过对开环前后的网损分析以及开环时的建设投资计算，分析开环的经济性；根据上述步骤，确定最优开环方案，并研究开环后的稳定控制措施。

3 500／220 kV电磁环网分析

3.1 青岛电网现状分析

青岛电网结构如图2所示。2013年银东直流单极投运，送电2 000 MW。银东直流注入青岛后青岛电网可分为青岛环网、大泽、莱阳3个供电系统。其中，大泽、莱阳供电系统与青岛环网之间没有220 kV网络联系。青岛环网以500 kV变电站为核心可分为琅琊、胶东、崂山—青岛厂3个供电系统。由于是受端电网，境内接入220 kV电网的电源与负荷分布呈现西电东送状态，大电源主要集中在西部黄岛电厂与银东直流等外部电源、负荷则集中在东部崂山站所属地区。500 kV网架之下，3个供电系统通过琅匡—琅胶—岛湾组成的琅琊—胶东220 kV东送通道以及崂胶—上广—上黄组成的胶东—崂山220 kV东送通道相连，从而在两潮流断面上形成多个500/220 kV电磁环网。

图2 青岛电网结构

3.2 青岛电网环网开环分析

根据计算结果显示，青岛电网的短路电流在电磁环网运行时分布在合理范围内，没有超出开关设备的极限容量。在电磁解环时，如果需要保证500 kV主变始终满足“N-1”要求，则最多只能实现大区分网模式，即多个500 kV变电站对一个220 kV变电站供电。琅琊—胶东220 kV东送通道输送功率409 MW，胶东—崂山220 kV东送通道输送功率355 MW。按照1个或多个500 kV站带220 kV地区型电网的分区原则，考虑对青岛电网500/220 kV电磁环网的4种开、合环方案进行综合分析。方案1为基础运行方式；方案2为打开琅琊—胶东电磁环网，即断开琅匡线、琅胶线、岛湾线；方案3为打开胶东—崂山电磁环网，即断开崂胶线、上广线、上黄线；方案4为同时打开琅琊—胶东电磁环网和胶东—崂山电磁环网，即断开琅匡线、琅胶线、岛湾线以及崂胶线、上广线、上黄线。

3.3 青岛电网系统分析与潮流计算

基础运行方式下，青岛电网网络联系紧密，胶东—崂山双回500 kV线路无故障跳线后，由于多回500 kV和220 kV输电线路的功率分摊，琅琊—胶东220 kV东送通道及胶东—崂山220 kV东送通道上的线路功率有不同程度的增加，但远未达到线路热稳定极限。事故后母线电压较事故前有不同程度的降低，但尚处于0.90 pu以上。基础运行方式下，电磁环网的功率转移不会威胁系统的安全运行。

特殊运行方式下，胶东—大泽双回500 kV线路处于检修状态，胶东—崂山双回500 kV线路无故障跳线后，琅琊—胶东220 kV东送通道及胶东—崂山220 kV东送通道上的线路功率有较大程度的增加，其中，胶州—崂山220kV线路、上程—黄埠岭220 kV线路重载运行，逼近线路热稳定极限；上程—广源220 kV线路超过线路热稳定极限。事故后母线电压较事故前有较大程度的降低，部分母线电压处于0.90pu以下。特殊运行方式下，电磁环网功率转移存在较严重的事故隐患。

对4种方案下青岛电网“N-1”线路和变压器过负荷情况进行了计算，方案1和2没有过载发生，方案3和4过载情况如表1所示。方案3、4断开了胶东—崂山220 kV东送通道，其所带功率通过胶东—崂山500 kV线路输送，并经由崂山站3台500 kV主变下网，从而加重了崂山站主变及崂山站附近220kV线路的负载。因此，方案3、方案4下“N-1”开断崂山站1号主变，崂山站2号、3号主变均过负荷。方案1、方案2下，系统未出现“N-1”线路和变压器过负荷情况。4种方案下，青岛电网“N-1”母线电压未出现低于0.90 pu的情况。

表1 “N-1”标准下变压器过负荷

青岛电网暂态稳定计算分析中，稳定计算中故障设定为三相接地短路，在80 ms时切除500 kV线路故障，110 ms时切除220 kV线路故障。计算分析表明，系统在4种方案下均能保持暂态稳定，其中，方案1由于网络联系紧密，电气距离较近，稳定性最佳。

3.4 青岛电网短路计算

青岛电网部分厂站三相短路电流分析中，方案1中，系统短路电流水平较高，其中，220 kV母线短路电流在30 kA以上的厂站有11个，超过40 kA的厂站有4个，鲁崂山站220A母线短路电流达到50.30kA，鲁崂山站220 B母线短路电流达到49.88 kA，需要采取相应限流措施。采用方案2～4，系统短路电流水平有不同程度的降低，其中，采用方案4且220 kV母线短路电流在30kA以上的厂站有4个，超过40 kA的厂站有2个，鲁崂山站220 A母线短路电流降到42.70 kA，鲁崂山站220 B母线短路电流降到42.48 kA，限流效果显著。

3.5 系统网损

经过计算，方案1～4的系统网损分别为978.08 MW、975.78 MW、976.43 MW、976.08 MW。

4 结语

方案1、方案2的优先度较为接近，然而电磁环网运行方式使系统网络结构复杂、运行调度管理不便并存在较严重的事故隐患，故考虑优先选择方案2，即打开琅琊—胶东500/220 kV电磁环网。方案3、方案4能够有效降低系统短路电流水平，然而由于在静态安全性及暂态稳定性上的较大劣势，其可行性较差，考虑保留胶东—崂山500/220 kV电磁环网。

［1］王梅义，吴竟昌，蒙定中.大电网系统技术［M］.北京：水利电力出版社，1995.

［2］孔涛，王洪涛，刘玉田，等.500 kV-220 kV电磁环网开环研究［J］.电力自动化设备，2003，23（12）：13-16.

［3］叶华，刘玉田，牛新生.500kV-220kV电磁环网开环方案模糊综合评价［J］.电力自动化设备，2006，26（7）：1-5.

［4］ZHANG N，YE H，LIU Y，et al.Fuzzy comprehensive evaluation for power network operating schemes［C］.Proceedings of the IEEE International Conference on Fuzzy Systems and Knowledge Discovery，Haikou，China：IEEE，2007：593-597.

［5］杨冬，刘玉田.特高压初期的电磁环网影响分析［J］.电力自动化设备，2009，29（6）：77-80，84.

3、4号主变关口表计量二次回路技术改造实施完成后，提高了关口表长周期运行的安全性，明显降低了二次负载和电压互感器的二次压降，取得了显著的安全和经济效益。

4 结语

以关口计量回路中电压互感器二次回路压降过大为出发点，逐条分析电压互感器二次回路压降产生的原因，有针对性地提出装设专用的电压互感器和电压互感器二次回路、加粗电压互感器二次导线的截面、采用就地计量方式、减小触点接触电阻等技术措施，经过实际技术改造验证，所提出的技术措施正确有效，能明显降低关口计量回路中的电压互感器二次回路压降，提高关口电能计量装置的真实计量性能和运行可靠性。

参考文献

［1］DL/T 448—2000电能计量装置技术管理规程［S］.北京：中国电力出版社，2001.

［2］陈向群.电能计量技能考核培训教材［M］.北京：中国电力出版社，2002.

Analysis of Electromagnetic Loop in Qingdao Power Grid

WANG Chao1，CUI Libo1，YUAN Sen2，ZHANG Jing3，CHENG Tao1
（1.State Grid Qingdao Power Supply Company，Qingdao 266001，China；2.State Grid Shandong Electric Power Company，Jinan 250061，China；3.State Grid Yantai Fushan Power Supply Company，Yantai 265500,China）

With the development of±660kV Yindong HVDC transmission project，electromagnetic loop of 500kV/220kV in Qingdao becomes more complicated.Some transmission lines should be opened because of security risk．The insecurity of 220kV grid overload caused by opening the 500kV transmission line is analyzed.The security and stability of power grid，as well as the economic factors，should be considered before breaking the electromagnetic loop.The general procedure of judging whether the electromagnetic loop should be opened is proposed．Qingdao power grid is analyzed in detail，and the applied value and practical significance are verified.

HVDC；power grid；electromagnetic loop；stability

TM732

B

1007－9904（2015）02－0050－04

2014-09-26

张敏（1974），女，工程师，主要从事电厂电测技术监督管理工作。