电网分层分区运行研究技术原则

【摘 要】 针对目前国内普遍开展的电网分层分区运行研究，结合本地区项目经验，介绍了电网分层分区运行研究应遵循的技术原则，给出电网分层分区运行量化评估指标建议，在进行解环方案评价时应着重针对这些指标进行计算分析。

【关键词】 电网　分层分区　安全　解环 电磁环网 方案

1　电网分层分区运行必要性

在电力系统的发展进程中，为了满足负荷用电和电源送出的需要，电力系统往往需要构建更高电压等级的电网，输送更多的潮流(功率)。而新的电压等级电网的出现，需要经过多年的建设和不断完善，才能在结构上逐步趋于坚强、合理。在这个完善、强化的过程中，电力系统不可避免地会出现高低压电磁环网运行状况。

近几年，国际上相继发生多起大面积停电事故，几乎都与电磁环网有关。大停电事故的发生常常是由于多种复杂事故综合作用所产生，事故之间存在相关性和连锁性，电网结构中存在的电磁环网，往往是引起事故连锁反应的症结所在，因此高电压等级电网具有一定规模以后，应进行电网分层分区运行研究，避免电网结构中存在大量的电磁环网运行方式，更加有效地发挥高压电网的作用。

目前，随着国内区域电网互联，我国500kV电网已经替代220kV电网成为输电主干网，许多省网都在积极进行500kV与220kV电网分层分区运行的分析和论证，在华东地区，已经有分层分区运行的方案付诸了实施，例如浙江、上海和安徽等地。分层分区运行研究应以保证电网安全为前提。

2 电网分层分区运行应遵循的技术原则

电网分层分区运行研究应以电网安全为前提，实现电网分层输电、分区供电，需要满足以下技术原则。

2．1　保证网架安全

所谓网架安全，就是在一个大分区内应有两个及以上500kV联络点、三台及以上500kV主变，各大区之间至少应有两个500kV通道或三条500kV线路相互联系。即满足一个500kV变电站全停或一条500kV线路故障，不至于造成局部系统解列。满足上述条件的500kV与220kV电磁环网，可考虑分层运行，并以500kV变电站和地区内部大容量发电厂为电源，实现分区运行的目标。

2．2　保证可靠供电

每一个分区内部以一个或若干个500kV变电站作为主要供电电源，并配合本地区内部的大容量发电厂，经一个或多个220kV枢纽变向区内供电，以保证每个相对独立的供电分区内用户供电的可靠性。区内网络结构应能适应不同运行方式下的潮流变化，并具备一定的灵活性。

2．3满足N－1原则

满足《电力系统安全稳定导则》要求，N－1情况下不损失负荷，不影响系统的正常供电，具有较高的抗干扰能力，能满足各类用电负荷增长的需要。实现分层分区运行后，在正常运行方式下的电力系统中任一元件(如线路、发电机、变压器等)无故障或因故障断开，系统应能保持稳定运行和正常供电，其他元件不过负荷，电压和频率均在允许范围内。对于同杆并架双回线应考虑N－2。

2．4　不削弱主要断面的稳定限额

220kV电网采取分区供电方案后，应使500kV电网具有足够的安全稳定性和供电可靠性，不能削弱主要输电通道以及主要断面与系统的电气联系和稳定输送限额。合理的电网结构是电力系统安全稳定运行的基础，目标网架应有较大的抗扰动能力，并满足《电力系统安全稳定导则》中规定的有关安全稳定标准。

2.5　各分区内应有电源、电压支撑

220kV电网采取分区供电方案后，无功补偿应以分层分区和就地平衡为原则。各供电分区内应具有电压、无功调节能力，包括电容器和电抗器的合理配置、机组励磁系统(包括进相运行能力)、有载调压变压器的使用等，以保证供电分区内的母线具有合格的电压水平。各供电分区内应尽量具备一定容量的发电机组或动态无功补偿装置，以提高动态电压无功支撑能力，并满足整个电网的调峰和旋转备用要求。

2．6　降低系统短路电流

电网分层分区运行方案应有使复杂网络简化的作用，以有效限制并降低　系统短路电流和简化继电保护的配置。

2．7　区域电网之间应具有一定的相互支援的能力

随着高一级电压电网的不断完善，下一电压等级电网应逐步实现分区运行，相邻分区之间保持互为备用。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。

220kV电网采取分区供电方案后，各供电区域之间应具备一定的事故支援能力，应考虑各供电分区安全自动装置的配合问题。在电网需要的情况下，可采用备自投、低频低压减载以及低频保厂用电等安全自动装置，以提高电网的供电可靠性及运行设备的安全。

2．8　分区方案应兼顾下级电网供电可靠性

220kV电网分区供电方案应结合11OkV电网运行方式调整进行综合考虑。保证220kV分区供电不削弱110kV电网供电可靠性。

2．9　应满足电网发展需要

500kV与220kV电网分层分区运行方案，应根据电网的规划和建设情况，实行逐年滚动分析研究，应能适应电网网架结构、用电负荷、不同的电网方式的变化，做到恰当分层、合理分区，满足电网发展需要。

恰当分层，即将不同规模的发电厂和负荷接到与之相适应的电压等级网络上。合理分区，以受端系统为核心，将外部电源连接到受端系统，与本区内电源和负荷一起形成一个供需基本平衡的区域，并经主网架联络线与相邻区域实现清晰互连。

3 电网分层分区运行量化评估指标

研究电网分层分区运行的可行性以及评价解环方案的优劣，需要通过对各种方案进行安全、经济、技术指标的对比来完成。在研究过程中，应结合电网网架结构以及运行特点，制定出电网分层分区运行研究的安全性量化评估指标。

3．1 区域电力电量平衡

进行电网分层分区运行研究，首先要对分区方案进行电力电量平衡测算。以电力平衡来表征各分区内电源与负荷之问的供需平衡关系。电量平衡应包括需电量、发电量、联络线交换电量和电量盈亏等内容。各分区内部应保持电力电量基本平衡。

3．2　电力系统静态安全分析

按照《电力系统安全稳定导则》的要求，应用N―1原则，利用电力系统分析计算程序，逐个无故障断开线路、变压器等元件，检查其他元件是否因此过负荷和造成电网低电压，用以检验电网分层分区运行的可行性，评价解环方案，评价解环前后电网结构强度和运行方式是否满足安全运行要求。对于同杆并架的双回输电线路则要进行(N－2)校验。

3．3　系统的短路电流水平

电网结构紧密、电源密集、大量使用自耦变压器等是导致变电所母线短路电流越限或接近极限的主要原 因。目前降低系统短路容量已经成为进行电网分层分区运行研究的最直接、最紧迫的因素。

电网分层分区运行方案应有使复杂网络简化的作用，以有效限制并降低系统短路电流，通过分层分区运行改变电网运行方式，降低短路电流过大给设备带来的危害，充分利用现有设备和资源，尽量减少设备更换投资。

3．4　暂态稳定指标

系统的稳定性指标用以下特征值来表征。

(1)断面的稳定限额

根据分层分区运行及解环方案，计算电网正常运行方式下，各主要断面线路正常输送电力时不应超过线路热稳定限额以及暂态稳定限额。分析解环前后主要断面的稳定限额有没有发生变化，以及变化趋势。

(2)故障极限切除时间

分析比较分层分区方案实施前后，系统受到大扰动时，各同步电机保持同步运行并过渡到新的或恢复到原来稳态运行方式的能力。用某种类型大扰动下保持系统暂态稳定的故障极限切除时间来衡量。

3．5　系统的电压稳定指标

增加某节点有功(无功)负荷，致使该节点电压不断下降，当电压下降到一定程度时，计算系统不再收敛，此时该节点电压值为该节点临界电压。监测电压下降过程中该节点的有功(无功)注入，即可得到该节点有功(无功)裕度及其对应的v－P(v-Q)曲线。以此来表征各节点承受负荷增长或扰动的能力，亦即各节点承受电压扰动的能力。承受电压扰动能力最差的点，也是在系统发生事故或系统负荷突然增加导致电压下降时，最有可能发生电压崩溃的薄弱节点。

3．6　系统经济技术指标

系统网损是反映电网运行经济性的一个重要指标。根据《国家电网公司电力网电能损耗管理规定》，针对各种运行方式和分层分区运行方案进行网损分析计算，分层分区方案应结合电网规划、技改等项目，综合考虑简化电压等级，缩短供电半径，减少迂回供电等节能降损措施的实施，从而减少电网损耗，使电网结构不仅更加安全同时也更加经济。

4　结论

合理的电网结构与科学的电网调度、运行、管理，直接关系到电网的安全、稳定、经济运行。清晰的电网结构，能确使调度人员更加容易掌握和处理电网的安全稳定问题，在技术上、经济上适应电网发展的需要。合理地实施电网分层输电分区供电，对提高电网的安全性，提高用户供电的可靠性，减少恶性事故引发的连锁反应，将会产生积极的作用。如果提出的分层分区运行方案能够实施，通过分层分区运行改变电网运行方式，能够在满足供需平衡、不降低电网关键断面热稳定和暂态稳定水平的基础上，有效降低短路电流过大给设备带来的危害，在保证电网安全性的前提下，用强制的手段减少电网中潮流迂回，使电网潮流分布更加合理，从而降低网损，使电网运行方式更加趋于安全、稳定、经济，是进行电网分层输电分区供电研究的根本目的。

110kV高温超导限流器通过现场试验

由中国科学院电工研究所等单位研制的10kV高温超导限流器，于2005年8月14日在湖南省娄底电业局高溪110kV变电站进行了短路试验，并挂网运行。短路试验时，成功地将3500A(有效值)电流限制到635A(有限值)，短路瞬间波形无突变。从6个月的运行经验看，超导限流器各种运行指标良好，为超导限流器的规模应用奠定了基础。

在娄底试验运行的超导限流器为改进型桥路超导限流器，其主要技术参数为：额定电压10kV；额定运行电流2000A；额定短路电流15kA；超导电感6mH。它由超导磁体、高压电阻投切拒及高压整流柜三部分组成。现场试验分三步进行： (1)先进行各元件的绝缘试验和耐压试验及通流试验； (2)再进行空载试验； (3)最后进行短路试验。短路试验时先合接地开关，延时25s后保护动作。从其试验波形中看出，超导限流装置反应速度快，且限流过程中波形平滑无突变，限流效果明显。它既可限制瞬太短路电流，也可限制稳态短路电流，且感抗不需要太大，并具有很好的恢复特性，一旦GTO导通，限流器就能恢复以备限流使用。

吴美潮