电磁环网方式与分层分区运行方式之决策

2006年第21卷第2期󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁电󰀁力󰀁学󰀁报󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁Vol.21No.22006󰀁(总第75期)󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁JOURNALOFELECTRICPOWER󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁(Sum.75)

文章编号:󰀁1005-6548(2006)02-0160-04

电磁环网方式与分层分区运行方式之决策󰀁

李春叶1,󰀁李󰀁胜2,󰀁尚敬福2,󰀁黄廷政2

(1.太原理工大学电气与动力工程学院,山西太原󰀁030024;2.华北电力大学电力工程系,北京󰀁102206)

ComparisonofOperationModeofElectromagneticLoop

NetworkandVoltage󰀁Grading&District󰀁Dividing

LIChun󰀁ye1,󰀁LISheng2,󰀁SHANGJing󰀁fu2,HUANGTing󰀁zheng2

(1.DepartmentofElectricPowerEngineeringTaiyuanUniversityofTechnology,Taiyuan󰀁030024,China;

2.DepartmentofElectricPowerEngineeringNorthChinaElectricPowerUniversity,Beijing󰀁102206,China)

摘󰀁要:󰀁电力系统动态发展,规模逐渐扩大,在发

展的不同阶段,电网分别出现了电磁环网和分层分

区运行方式。这2种运行方式有不同的适应性,有

区别于对方的优缺点,并且可以相互转化,必须根

据电网发展的具体阶段决定采用何种方式运行,而

不能笼统的说哪种方式更好。本文比较了这2种

运行方式,并介绍了进行方式决策的方法。

关键词:󰀁电力系统;电网运行方式;电磁环网;分

层分区

中图分类号:󰀁TM732󰀁󰀁文献标识码:󰀁A

Abstract:󰀁Powersystemkeepsdevelopingallthe

time.Initsdifferentdevelopingstage,theoperation

modeofelectromagneticloopnetworkandvoltage󰀁

grading&district󰀁dividingappearrespectively.Both

operationmodeshavetheiradaptability.Thiscom󰀁

paresthemandpresentstheprincipletoadoptthem

paper.

KeyWords:󰀁powersystem;operationmode;elec󰀁

tromagneticloopnetwork;voltage󰀁grading&dis󰀁

trict󰀁dividing电力系统运行首先要求保证安全稳定,而电网

结构的合理性是电力系统稳定运行的基础。随着

社会经济的发展,负荷的增长,能源的开发,电力系

统在一直动态发展,在发展的不同阶段出现的电磁

环网运行方式和分层分区运行方式有不同的适应

性,在1个阶段有利于电网运行的方式到了另1个

阶段可能就会威胁系统的安全稳定。所以必须根

据实际情况具体分析来决定采用何种方式,把握进

行方式调整的时机和制订妥善的方案。

1󰀁电磁环网运行方式

指不同电压等级的输电线路通过变压器的磁

路耦合成环形电网。目前我国以500~220kV环

网问题居多,本文即以500~220kV环网为例来讨

论,国家电网公司正在筹备1000kV的输电线路,

将来可能出现更高电压等级的电磁环网。

1.1󰀁电磁环网运行方式分析

在电力系统运行中,对电磁环网运行往往比较

忌讳。据统计,我国1970~1990年共发生与电网

结构相关的功角和电压稳定破坏事故187次,其中

与高低压网络结构有关的事故55次,占20.2%。

国外与电磁环网相关的大停电事故也屡见不鲜,如

󰀁收稿日期:󰀁2005-09-22󰀁󰀁󰀁󰀁修回日期:󰀁2005-11-14󰀁󰀁󰀁作者简介:󰀁李春叶(1975-),女,山西永济人,助理工程师,电力系统运行、分析与控制;李󰀁胜(1976-),男,山西闻喜人,博士研究生,电力系统运行、分析与控制;尚敬福(1977-),男,河南滑县人,博士研究生,电力系统运行、分析与控制;黄廷政(1978-),男,广西防城港人,硕士研究生,输配电自动化。19960702和19960810日美国西部的电力系统大停

电事故。因此,人们往往󰀂谈环色变 [1]。

文献[2]规定:应避免和消除严重影响电网安

全稳定的不同电压等级的电磁环网,发电厂不宜装

设构成电磁环网的联络变压器。但在电力系统的

实际运行中,并非排斥一切电磁环网运行方式。高

低压电磁环网是1种过渡阶段的电网结构[3],是电

网发展过程中不可避免的产物。为了满足负荷用

电和电源送电的需要,输送更多的潮流(功率),电

力系统需要构建更高电压等级的电网。而新的更

高的电压等级网络早期在结构上不可能做到非常

坚强,而是一步步完善、加强并日臻合理的。在这

个完善、强化的过程中,为了获取大的网络传输功

率能力,以合理利用廉价资源,满足用户对最大用

电的要求,避免不必要的投资浪费等,电力系统必

然会出现1个或多个电磁环网运行。

在高一级电压电网发展的初期,高低压电磁环

网所通过的潮流不大,它的存在可以提高电网供电

的可靠性、灵活性。例如,对于图1(a)所示的500

kV线路发展不完善的系统,当2个系统间无其他

500kV联系时,打开电磁环网运行,则意味着500

kV故障跳闸后,两系统解列。若未具备分层分区

运行的必备条件时,电磁环网开断运行,将出现局

部元件如线路或变压器过载等问题。所以在电网

发展过程中电磁环网运行方式有其存在的合理性。

而对于图1(b)所示的500kV线路发展较成熟

的系统,1条500kV线路断开,从电路的角度看,由

于500kV线路阻抗远小于220kV线路,因此功率

主要转移到其它的500kV线路,对220kV线路的

影响不大,但如此运行会造成短路容量增大,继电

保护整定和潮流控制困难。此时应该通过一定的

计算找出低压系统合理的解环点,打开高低压环网

按图1(c)方式运行。

1.2󰀁电磁环网运行方式的原则

在有些情况下,也许在一段时间内,在充分利

用资源、提高输电可靠性、降低输电损失等方面电

磁环网运行性能优于开环运行。采用电磁环网运

行应慎重,并坚持以下原则:

a󰀂在事故情况下,环网中任一元件(主要是高

压元件)断开,即使发生功率转移,也不至造成稳定

破坏。b󰀂电磁环网运行时,继电保护配置、整定配合好,安全稳定措施实施应简单可靠。

c󰀂电磁环网运行后,受端电压水平应基本不受

影响。

d󰀂电磁环网运行,任一母线短路容量的提高,

不应造成开关遮断困难。

e󰀂电磁环网运行,输电损失不应明显增加。

如果满足以上5条原则,电磁环网运行应是可

以接受的。但是,必须指出,大量的事故并不完全

在人们的预想之中,因此,电力系统在采用电磁环

网运行方式时,应有防止事故连锁发生,造成大的

功率转移,可能引起稳定破坏,或引起某些反映负

荷电流等的保护错误动作的可靠措施。

(a)󰀁高压系统发展初期

(b)󰀁高压系统成熟期

(c)󰀁系统解开高低压环网运行图1󰀁电网结构发展及运行方式变化

2󰀁分层分区运行方式

电网分层是指按电压等级,即网络传输能力大

小将电力系统划分为由上而下的若干结构层次。

而电网分区指以受端系统为核心,将供应它电力和

电能的远方电厂联系在一起,形成1个供需基本平

衡的区域,并通过联络线与相邻系统相联。

2.1󰀁分层分区运行方式分析

分层分区原则是在电力系统发展过程中逐渐

形成的[4]。一方面,系统规模扩大有利于合理开发

与利用能源,节省投资与运行费用,增加备用容量,

减少事故损失,在一定程度上提高了供电可靠性,

因此电力系统互联成为目前的必然趋势。另一方

面,大规模电网增加了系统短路容量,电网局部故

障容易波及其它地区,可能引起大范围停电事故161第2期󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁李春叶等:电磁环网方式与分层分区运行方式之决策󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁等。为解决这些问题,通常在高一级电网发展到一

定规模时将低一级电网分区域解开,也即进行分层

分区。分层分区运行是电网发展的必然趋势[5]。

为此,文献[2]作出了内容与上述原则相同的规定。

2󰀂2󰀁电磁环网运行方式的缺点

更高电压等级的电网发展初期,电磁环网运行

方式能发挥一定的积极作用,显示出其存在的合理

性。但是随着500kV输电系统的不断成熟,500~

220kV电磁环网不断形成,某些已成为电力系统严

重的事故隐患。高低压电磁环网运行方式给电网

的运行管理带来麻烦,也给电网的发展带来不确定

因素,产生了一些问题,譬如:

a󰀂大机组相继接入220kV系统,地区负荷不

断增加,而网架建设相对滞后,部分220kV线路充

当了本应由500kV线路输送潮流的角色,在这种

运行条件下,若500kV线路故障,因大功率转移,

使500kV联变及其220kV线路严重过载,暂态稳

定演变为热稳定,且又引起电压运行工况的恶化;

b󰀂220kV系统接入大批电源,短路电流容量

大增,使得厂、站断路器遮断容量、电气元件的热稳

定、对通讯线路的干扰、接地网的接触和跨步电压

等问题更为突出;

c󰀂电磁环网运行带来继电保护的复杂化,使保

护动作行为难以预计、调度运行管理困难、潮流不

易控制,同时亦对事故处理增加了难度,即使安装

了安全自动装置,也有拒动和误动的可能,影响系

统的安全运行。

因此,如果比较而言,开环运行的系统稳定、电

压水平、短路电流和供电可靠性优于环网运行,高

低压电磁环网宜采取开环方式,分层分区运行。

2󰀂3󰀁电磁环网开环分层运行的优点

a󰀂稳定易于控制。在开环网络中发生干扰,往

往切除故障元件,再辅以有效的事故处理手段,即

可平息事态发展。在环网中如果发生故障,不少情

况下切除故障元件后,将引起功率转移,使非故障

元件通过的功率越限而导致稳定破坏。

b󰀂潮流控制方便。开环运行时,调整送端电源

的有功或功角和无功或电压即能达到调整潮流的

目的。合环时,潮流在环网内自然分布,控制困难,

易发生部分环网元件通过的功率满载甚至过载,而

部分元件闲置的现象。c󰀂限制短路容量。环网开环运行,是限制短路容量的重要手段。合环运行,因综合阻抗往往较

小,短路容量较大。短路容量大的母线,是那些出

线较多,并且电源出线集中的母线。这些母线发生

故障,往往是引发电力系统大事故的元凶。

d󰀂简化继电保护和安全自动装置。环网的继

电保护和稳定措施配置比非环网要复杂得多,配合

的难度较大。保护和安全自动装置的复杂化和不

配合,一般是事故的直接或扩大原因。

e󰀂在某些环网中,因为开环运行不存在环流问

题,可能输电损失比合环运行时要小,从而可提高

输电效率,有更好的经济性。

3󰀁方式决策

电网发展的复杂性和多样性,从电磁环网方式

到分层分区方式的转变过程中,不同电磁电网何时

解环,在何处解环,如何分区等问题应进行潮流、稳

定性、短路电流、网损等多方面的分析计算,综合利

弊后才能做出决策。具体计算分析步骤如下:

a󰀂分析电磁环网的构成情况,根据电网分层分

区、方便管理的原则初步判定应断开的线路。一般