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摘要：介绍了河北省南部电网电磁环网运行方式对电网安全稳定的影响及采取的相应措施，分析了电网安全自动装置对保障电网稳定运行的重要意义，提出了500 kV网架发展成熟后解环运行的建议。
关键词：电磁环网；电网稳定；自动装置；解环
Abstract:This paper introduces the influence of the operating mode of electromagnetic loop network in southern Hebei power system on the power system stability，the countermeasures are also put forward.The author analyzes the significance of automation devices for the stability of the power system ，and proposessuggestions to break out the electromagnetic loop after the 500 kV power systemis developed.
Keywords:electromagnetic loop network；power system stability；automation devices；break out loop
高低压电磁环网是指两组不同电压等级的输电线路，通过两端变压器磁或电磁耦合回路连接所构成的环形电网。河北省南部电网(以下简称河北南网)目前处于500 kV高压输电网发展的初期，500 kV网架比较薄弱，为了合理利用输变电资源，满足用户的要求，电网只能采取500/220 kV高、低压电磁环网的运行方式。
河北南网110 kV系统与220 kV系统在正常方式下采用分裂运行方式，但在特殊情况下，为提高供电可靠性和经济性，不因方式的改变降低用户的电能品质，需短时间低压合环运行，形成220/110 kV电磁环网运行的方式，但这种方式必须经计算验证，在不影响系统正常运行方式、不影响继电保护及安全自动装置正常动作、不造成系统局部过电压、过负荷的前提下方可环网运行。高低压电磁环网给系统安全运行带来很大的威胁。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达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1996-07-02美国西部大停电事故，由于3条500 kV线路跳闸，引起低压线路电压崩溃，导致电网大面积瘫痪，造成了极大的损失。
1系统尽量保持开环运行方式
在电磁环网运行方式下，当高一级电压线路跳闸时，由于功率转移使高压联络变和同方向的低一级电压线路严重过载，并造成系统电压状况严重恶化，甚至使系统失稳；合环运行时，因综合阻抗往往较小，短路容量比较大，使得厂、站断路器的遮断容量、电气元件的热稳定、对通讯线路的干扰等问题更加突出；另外，电磁环网运行使继电保护和自动装置复杂化，系统潮流不易调整，调度运行管理困难，同时也给事故处理增加了难度。所以，系统条件的情况下应尽量保持开环方式运行，可以有效解决上述问题，为电网的安全稳定运行提供保障。
2电磁环网运行中存在的问题
2.1主网架基本情况
到2003年上半年，河北南网以220 kV与500 kV线路构成主网架，通过220 kV韩(韩村河)—涿(涿州)双回线及500 kV房保线与京津唐电网相联。500 kV蔺廉线、廉沧线、廉保线构成500 kV系统主网架，与220 kV线路形成电磁环网运行。电网的潮流方向为南电北送、西电东送，500 kV蔺廉线、廉沧线、廉保线分别与同方向220 kV线路构成邯—邢—石北送断面、东送断面、石保北送等主要送电断面，如图1所示。 （图片） 2.2电磁环网运行中存在的问题
2.2.1 500 kV蔺廉线跳闸引起北送220 kV线路过负荷
邯峰2×660 MW机组的投入运行，使电网南部出力富裕，邯邢北送及邢石北送断面潮流较大。当全网负荷较大，邯峰机组出力水平较高时，500 kV蔺廉线跳闸，武范线、柏里线、永康I线潮流加重，将可能超过线路允许电流，不满足电网N-1的要求；当邯邢、邢石北送断面的220 kV线路有停修时，500 kV蔺廉线跳闸，将造成同方向220 kV线路严重过负荷。
2.2.2 500 kV廉沧线跳闸使东部地区电压大幅下降
东部衡、沧地区负荷增长速度较快，但该区域电源建设相对滞后，目前仅有衡水电厂2台300 MW机组作为电源支撑，动态无功容量不足导致送电受卡、电压低等问题一直较为突出。沧西500 kV变电站及500 kV廉沧线的投运对提高系统东送能力、改善衡沧地区电压水平起了关键作用。正常运行方式下，系统东送基本不受暂稳极限的影响，电压也可以保持合格的水平，但一旦失去沧西500 kV电源，如沧西主变跳闸或廉沧线跳闸，系统东送能力严重下降，东部地区电压水平大幅降低，其它220 kV东送线路潮流增加，有可能出现线路过负荷的情况；若衡水电厂1台机组运行，沧西500 kV电源的失去，将使衡水电厂厂用电电压大幅下降，可能引起机组辅机停机、发电机定子过电流而导致机组跳闸，这样将使该区域电压情况更加恶化。
2.2.3 500 kV廉保线跳闸可能导致系统失稳
保定地区只有保定热电厂一个较大的电源点。随着保定负荷的快速增长，石保北送线路潮流逐渐加重，其中500 kV廉保线对这一送电断面影响最大。当廉保线或保北主变跳闸，保定地区电压将大幅降低。另外，正常方式下，廉保线暂稳极限为460 MW，当保定地区大负荷时，廉保线潮流将达到或超过稳定极限。2002年，廉保线最大潮流达到571 MW，超过了暂稳极限111 MW；2003-04，河北南网联络线受电指标降低，使电网北送线路潮流明显增大，廉保线潮流大大超过460 MW的稳定极限，若此时廉保线跳闸，系统将失稳，调度员只能通过大量控制保定地区负荷，维持廉保线不超过稳定极限运行，但这一方面严重影响了保定地区用电负荷，也使电网的稳定裕度大幅下降，给电网的稳定运行造成很大的威胁。
2.2.4 石家庄热电厂220 kV设备故障造成110 kV联络线过负荷
石兆小区供电负荷多为市区、药厂、车站等重要负荷，小区的供电安全对社会稳定与企业的正常生产有重要的影响。正常方式下石家庄热电厂通过220 kV石兆IV线和石大线与系统并列，原110 kV并网线石兆I、II线由兆通侧充电备用。当220 kV石大线停修或石厂220 kV母线、220/110 kV联络变有停修的方式下，则需要恢复110 kV石兆I、II线运行，石厂通过110 kV线路、220 kV线路与系统并网，形成电磁环网运行。在这种方式下，若220 kV设备发生故障（线路、母线或联络变跳闸），潮流将全部转移至110 kV线路，容易引起兆通主变过载或110 kV石兆I、II线过负荷；如果发生多重故障，如兆通主变或石兆I、II线跳闸，后果将更加严重。
2.2.5 500 kV设备检修方式安排困难
500 kV线路和主变对各送电断面和地区电压水平均有重要的影响，500 kV廉州、保北、沧西主变检修时若发生另一台主变跳闸，将造成运行主变严重过载，所以500 kV设备的停修必须与机组或相关设备运行方式以及电网负荷水平相配合进行，而有时这种配合方式又很难实现，给安排设备检修带来很大的困难。
3 应对措施
3.1 通过快减机组出力或切机消除北送线路过负荷
为解决500 kV蔺廉线跳闸引起北送220 kV线路过负荷的问题，首先在方式安排上进行调整，尽量减小北送的潮流；其次，当北送220 kV线路有停修时，系统有条件应尽量降低南部电厂出力水平，加强蔺廉线巡线、维护，减小跳闸的几率；在事故情况下，系统主要通过线路安全监测装置，消除可能出现的线路过负荷。该装置由启动、控制、执行3部分构成，启动部分分别装设在永年、王里、柏乡、武安、羊范站，监测永康I线、柏里线、武范线、范柏线的潮流，当被监测线路发生过负荷达到装置动作定值时，该装置将信息传到蔺河站汇总，通过该装置的控制部分——蔺河站线路安全监测装置处理并判断蔺廉线的运行情况，向装置马头发电厂和邯峰发电厂发出指令，迅速降低机组的出力。该装置通过快减南部电厂机组的出力，降低北送潮流，达到尽快消除线路过负荷的目的。
3.2 通过低压切负荷装置维持东部电压
针对500 kV廉沧线或沧西主变跳闸引起衡、沧地区电压严重下降，甚至可能出现电压崩溃的问题，在东部地区于庄、交河、章西、韩村、陈屯、姚官屯、赵店、衡水站、景县等站装设微机低电压切负荷装置，该装置监测上述各站220 kV母线电压，电压降低至动作定值时，装置动作切除110 kV线路负荷，从而有效地提高电压水平，维持系统稳定。在运行调整和方式安排上，衡、沧地区负荷较大时，各站应及时投入电压无功补偿设备，维持系统在较高电压水平运行；衡水电厂应制订技术措施和组织措施，及时消除机组缺陷，维持机组稳定运行，尤其在衡水发电厂单机运行时，应采取必要手段，保证在500 kV廉沧线或沧西主变跳闸的事故情况下，运行机组不跳闸；并保证各站低压切负荷装置正确动作。
3.3 通过廉保线稳定控制装置保持系统稳定
500 kV廉保线跳闸将使保定地区电压降低并可能使系统失稳，所以在廉州站装设廉保线稳定控制装置。该装置监测廉保线潮流，如果廉保线发生相间故障，并且廉保线潮流达到装置动作定值，则该稳定控制装置通过光纤通道向上安电厂发出切机命令，上安侧接到命令后，结合就地判据，向#3机或#4机发出切机指令。通过该装置的动作，及时降低石保北送220kV线路的潮流，从而使系统保持稳定运行。另外，在保定地区蠡县、南郊、孙村、高碑店、容城等站安装了微机低压切负荷装置，有力地保证了事故情况下保定地区的电压稳定。
3.4 通过倒出小区负荷或拉限负荷解决110 kV联络线过载问题
石家庄热电厂在220 kV设备停修时，需通过220/110 kV电磁环网方式与系统并列，为解决220 kV设备检修加故障可能引起110 kV联络线或兆通主变过载问题，石家庄地调应倒出小区内所有可倒负荷，并在该小区准备足量的直接事故拉路，防止发生多重故障，造成严重过负荷；石家庄热电厂应保持大出力方式，加强设备维护，不安排该供电小区内其它设备检修。
3.5 通过合理安排机组运行方式配合500 kV设备停运
在500 kV设备检修方式的安排上，应综合考虑大机组开停状态、系统负荷水平、相关设备运行方式以及华北地区500 kV主网架的运行状况等因素，通过调整机组及线路的运行方式，尽量提高系统的稳定裕度，在发生故障的情况下，通过自动装置动作和人为调整，能够保证系统的安全稳定运行。
4 结束语
合理的电网结构，能够为电力系统内发、输、变电设备提供安全稳定运行的环境，有利于事故处理和故障后恢复，能有效避免恶性事故的发生和发展，满足用户可靠用电的要求，能够适应电网发展和负荷增长的需要。在电网建设和规划电网发展时，必须考虑电网结构问题，使电力系统尽可能有一个较好的运行环境。
220/110 kV电磁环网只是对局部供电区域的安全造成影响，可以通过调整方式和制定措施加以解决，而500 kV设备停运或跳闸将影响到整个系统的稳定状况。在河北南网500 kV网架建设的初期阶段，只能与220 kV网架以电磁环网方式运行，并且这种运行方式将持续相当长的时间。目前，对于500 kV设备故障跳闸情况下可能造成的过负荷、电压降低、稳定破坏等后果，主要通过安全自动装置作为解决手段，使得电网的稳定很大程度上依赖自动装置的可靠性，这些稳定措施都以损失大量用电负荷以及机组非正常快减出力或停机为代价，将给用户正常用电及相关机组的正常运行造成威胁；同时自动装置误动或拒动以及人为误操作也是系统安全稳定运行的重大隐患。
按照河北南网网架规划，配合华北—华中电网联网工程，500 kV辛安开关站，辛安—蔺河、辛安—廉州2条500 kV线路相继投入运行，使华北与华中区域间联网初具规模。随着华北电网500 kV滨吴线（滨海—吴庄）、吴霸线（吴庄—霸州）、保霸线（保北—霸州）的即将投运，河北南网500 kV网架的运行环境将得到明显改善，网架结构显著加强，500 kV系统稳定程度大大提高。同时，220 kV网架也逐步形成按地域合理分区、各区域间潮流交换接近于零的运行方式，应考虑500/220 kV系统解环运行，这样电网中因电磁环网运行产生的问题将得到解决。
参考文献
[1] 王世祯，朱万国，冯松起，等.电网调度运行技术［M］.沈阳：东北大学出版社，1997.
[2] 成涛，成连生.电力系统电磁环网运行［J］.湖南电力，2001，（5）.
7/31/2005
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