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忻州500kV变电站投运对山西中北部电网的影响

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维普资讯 http://www.cqvip.com No.8 2006 华北电力技术 NORTH CHINA ELECTRIC POWER ・试验研究・ 忻州5 00 kV变电站投运 对山西中北部电网的影响 侯春青,田翰臻,郑慧萍,杨晓茹 (山西电力科学研究院山西太原030001) 摘要:针对山西电网忻州500 kV变电站投产后的具体情况,重点研究了忻州500 kv变电站投产后山西中北 部各种500 kV及200 kV电磁环网的运行方式,通过潮流计算、稳定校核等手段,预测了山西中北部500 kv及 220 kV电网采取不同运行方式对山西电网的影响,指出了各种运行方式的优缺点,并结合山西电网的具体情 况提出了有针对性的稳定控制措施。 关键词:电力系统;潮流计算;稳定控制 中圈分类号:TM63、TM712 文献标识码:A 文章编号:1003—9171(2006)08—0001—04 Influence of Operation of Xinzhou 500 kV Substation on North and Central Part of Shanxi Power Grid Hou Chun—qing,Tian Han—zhen,Zheng Hui—ping,Yang Xiao—ru (Shanxi Electric Power Research Institute,Taiyuan 030001,China) Abstract:According to the concrete condition of Shanxi power grid at the initial construction stage of 500 kV Xinzhou substation,the parallel operation of 500 kV and 220 kV power networks in north and centra1 part of Shanxi power grid after operation of Xinzhou substation is emphatically researched.By means of the analysis of power flow calculation,stability verification etc,the impact of different parallel operation modes of 500 kV and 220 kV power networks in north and central part of Shanxi power grid on whole power gird is predicted. The merits and demerits of these operation modes are pointed out,considering the concrete situation of Shanxi power grid,the way of stability control to be adopted is proposed. Key words:power system;power flow calculation;stabilization control 2004年以前山西省北中部电网一直采用500 kV/220 kV电磁环网合环运行方式,220 kV赵原 已是迫在眉睫。按电网规划500 kV忻州变电站 (配置两台主变)已于2006年年中建成投运。 线、赵匡线及神头5—2联变正常投运。在神头~侯 村之间形成了电磁环网。受这个电磁环网的影响, 神侯双回线南送极限仅为800 Mw,山西电网北 部机组出力受限。2004年为缓解山西南部地区用 电紧张局面,解决山西北部电网窝电问题,急需提 高500 kV神侯双回线输送能力,在神头5—2联变 处打开了神头~太原500 kV/220 kV电磁环网。 使500 kV神侯双回线南送潮流极限由800 Mw 提高到1 300 Mw左右,北电南送能力得到显著 1 忻州500 kV变电站投运后山西中北部 电网的情况 目前忻州电网与太原电网的联系是通过220 kV赵原、赵匡线实现的;2006年年中,500 kV忻 州变电站已建成。忻州500 kV变电站投运将在忻 州与太原之间重新形成一个500 kV/22o kV电磁 环网,220 kV赵原线7c入忻州站,形成忻州电网 通过220 kV赵忻、赵匡线及双回500 kV忻侯线 与太原电网连接。具体情况见图1。 提高。但对于北部忻州电网而言,由于打开了电磁 环网,忻州电网只通过两条220 kV线路与主网相 为了保持北电南送能力,忻州500 kV变电站 投运后,由于220 kV赵忻、赵匡线处于忻州与太 原电网的规划解环点上,并且解环后对降低太原 连。随着负荷的增长,忻州地区供电状况趋于恶 化,为了解决这一问题,建设500 kV忻州变电站 维普资讯 http://www.cqvip.com 2 华北电力技术 NORTH CHINA ELECTRIC POwER 图1 2006年山西中北部电网结构不意图 电网的短路电流水平效果明显。认为应解开 220 kV赵忻、赵匡线,采用打开电磁环网运行的 方式。在这种情况下,当忻州500 kV变电站1台 主变检修退出运行时,在上述解环方式下忻州另1 台主变发生故障后忻州电网将成为孤立网,无法 正常运行。因此,针对忻州500 kV变电站1台主 变检修退出运行的情况,我们有以下两种选择: (1)方案一 忻州500 kV变电站1台主变检修退出运行 后,仍然保留220 kV赵忻、赵匡线正常投运和神 头5—2联变退出的方式,这样就在忻州电网与太 原电网间形成500 kV/220 kV电磁环网。 (2)方案二 忻州500 kV变电站1台主变检修退出运行 后,解开忻州电网与太原电网间的500 kV/220 kV电磁环网,即将220 kV赵忻、赵匡线退出运 行;同时将神头一厂的500 kV/220 kV联变重新 投运;采取此种运行方式后将会在忻州电网内部 由神头至忻州间维持一个小电磁环网运行。 2两种运行方案的计算比较 忻州500 kV变电站1台主变检修退出运行 的情况下,无论选择哪种运行方案运行,都不可避 免地在中北部电网形成新的电磁环网。下面就这 两种运行方案进行计算分析: (1)方案一 在此种运行方式下,山西北中部电网通过侯 村、忻州变电站500 kV主变与220 kV赵忻、赵匡 线在太原~忻州电网间形成500 kV/220 kV电磁 环网。计算忻州电网向太原电网输送极限功率,按 照电力系统安全稳定导则要求,采用Ⅳ一2稳定 标准计算,山西北中输送功率断面极限按500 kV 忻侯双回线、220 kV赵忻线及赵匡线输送功率减 去外送的500 kV侯廉线输送功率计算。计算发 现:忻州电网向太原电网极限输送功率有明显下 降,只能达到663 Mw;原因在于500 kV线路Ⅳ一 2故障后由于电磁环网的影响而发生功率转移, 原有500 kV忻侯双回线输送功率大部分转移到 220 kV赵忻线、赵匡线上,由于赵忻线导线型号 为LGJ一2×185,导致赵忻线输送功率首先达到其 线路的热稳定极限。可见,在这种运行方式下,山 西北电南送断面极限将由于忻州~太原电磁环网 的影响,不能保持现有的1 300 Mw的水平。具体 情况见图2。 (2)方案二 在这种运行方式下,虽然解开了忻州~太原 间的电磁环网,但由于神头500 kV/220 kV联变 的重新投运从而难以避免地在神头~忻州间形成 一个小电磁环网。同样采用Ⅳ一2稳定标准计算 忻州电网向太原电网输送功率极限。计算表明采 用此运行方式,忻州电网向太原电网输送功率极 限只能达到480 Mw。原因是由于神头~忻州 500 kV/220 kV电磁环网的存在而使500 kV神 忻双回线故障后发生功率大范围转移,大部分功 率在神头5—2联变处从500 kV系统流向220 kV 系统,然后通过忻州电网的220 kV线路经忻州 500 kV主变压器上送到500 kV系统,并经500 kV忻侯线向山西中网南送;由于神头500 kV/ 220 kV联变容量较小(36O MVA),其结果将会使 神头5—2联变严重过载,神头500 kV/220 kV联 变就成为了制约山西北网南送断面极限的主要限 制条件。因此在这种运行方式下山西北电南送断 面极限依然会受到神头~忻州之间的电磁环网的 影响而不能保持现有的1 300 Mw的水平。具体 情况见图3。 3 满足北电南送能力,山西电网运行状况 分析 在忻州500 kV变电站1台主变检修退出运 行时,山西电网北电南送通道有两条,即山西电网 内忻州电网~太原电网通道和山西~河北~北京 的500 kV系统通道。在正常运行时,虽然存在忻 州电网~太原电网的电磁环网,但由于系统阻抗 相对较小,北电南送一般经过忻州电网~太原电 网通道,而不会在山西、河北及北京的500kV系 维普资讯 http://www.cqvip.com 华北电力技术 NORTH CHINA ELECTRIC P0WER 3 宣 量 ∞ ;; 圭 昌 一 g 塔 塔 图2 山西电网北电南送663 Mw潮流变化示意图 图3 山西电网北电南送480 Mw潮流变化示意图 宣 路 宣 霜 舞 塔 茎 蔷 图4山西电网北电南送1 279 Mw潮流变化示意图 统间发生大范围转移。 为了满足山西南部电网的供电需求,山西电 网北电南送通道断面极限要求在1 300 MW左 500 kV忻侯线Ⅳ一2故障退出后,忻州单台主变 下载容量达到1 021 Mvar,是其额定容量的 136 。赵忻、赵匡线潮流分别达到578 MW、392 右,现就北电南送通道满足供电需求时,针对方案 一Mw,分别是其线路持续容许负荷的150 、85 。 具体情况见图4。 在方案二的运行方式中,当山西北电南送功 率计算值为1 298 MW时,500 kV忻侯双回线、 侯廉线分别输送1 494 Mw、197 Mw;双回500 kV神忻线Ⅳ一2故障退出后,神头5—2联变下载 、方案二两种运行方式,电网的运行情况进行分 在方案一的运行方式中,当山西北电南送功 析计算。 率计算值为1 297 Mw时,500 kV忻侯双回线、侯 廉线分别输送1 143 Mw、223 Mw;220 kV赵忻 线、赵匡线分别输送232 MW、145 MW。双回 容量达到648 MVA,是其额定容量的18O ,过载 维普资讯 http://www.cqvip.com 4 华北电力技术 N0RTH CHINA ELECTRIC POWER 神头 图5 山西电网北电南送1 298 Mw潮流变化示意图 严重。具体情况见图5。 种,皆有必要针对其相应的薄弱环节采取适宜的 在上述两种运行方式下,若满足山西电网的 稳定控制对策,以确保山西北网南送功率不致因 北电南送能力,在电网发生严重的Ⅳ一2故障后, 电网的稳定问题而受到较大影响。计算表明:在电 将导致变压器、线路严重过载。对电网的运行设备 网发展的过渡阶段,应用二次侧的稳定控制措施 造成损坏,存在使事故扩大的趋势。 来弥补一次系统电网结构的不足,可以收到很好 4采取的措施及对策 的效果。 在采取稳定措施后,在山西北网南送功率达 在忻州500 kV变电站1台主变检修退出运 到1 300 MW时,经Ⅳ一2稳定标准校核,两种方 行时,针对方案一、方案二两种运行方式不能满足 案均能保证整个华北电网稳定运行,即能够使山 要求的问题,结合电网的具体情况,建议采取如下 西北网南送断面的控制极限保持目前的水平而不 的稳定对策提高断面输送极限,满足山西电网北 受影响。 电南送的能力。 由于220 kV赵忻、赵匡线处于忻州与太原电 针对方案一,当忻侯500 kV双回线Ⅳ一2故 网的规划解环点上,并且解环后对降低太原电网 障而退出运行后,联切220 kV赵忻、赵匡线。 的短路电流水平效果明显,建议采用永久打开220 针对方案二,当神忻500 kV双回线Ⅳ一2故 kV赵忻、赵匡线的运行方式。当忻州500 kV变电 障而退出运动后,联切神头500 kV/22O kV联 站1台主变检修退出运行时,合上神头500 kV/ 变。 220 kV联变,采用相应的稳定控制措施,保证山 采取这些措施后,可以避免变压器、线路严重 西电网北电南送能力。 过载情况的出现。此时,山西南部电网所缺潮流将 通过山西~河北~北京的500 kV系统通道,由 参考文献 500 kV侯廉线送来。此时侯廉的潮流将由山西电 网外送200 Mw左右变为由华北电网送山西 [1]王梅义,吴竞昌,蒙定中.大电网系统技术[M].北京: 水利电力出版社,1991 1 100 MW左右。经过计算,整个华北电网可以保 E2]常浩.试论南方电网发展规划EJ].电网技术,2004,28 持稳定运行。 (6):15~21 5结论与建议 [3]侯春青,郑惠萍.2005年山西中南部500 kV及220 kV 电网的电磁环网运行方式研究.电网技术,2005,29(1O):1 在忻州500 kV变电站1台主变检修退出运 ~5 行时,无论是采用方案一还是方案二运行方式,都 [4]李儒魁.华北500 kV输电网运行方式评析[J].中国 将导致山西北网南送断面极限大幅降低,这一问 电力,2000,33(2):29~32 题是电网在逐步地发展、完善过程中的某些特殊 E5]王万军,王维超,张其明,等.陕西电网中期运行方式 阶段遇到的难以回避的问题。 研究[J].电网技术,2004,28(2):14~16 在这种情况下选择两种运行方案中的哪一 (下转第l1页) 维普资讯 http://www.cqvip.com No.8 2006 华北电力技术 N0RTH CHINA ELECTRIC POWER 11 interaction and electrical damping of the synchronous [14]Pillai G N,Ghosh A,Joshi A.Torsional interaction machine,part I and part 1[J].IEEE Trans on Power studies on fl power system compensated by SSSC and Apparatus and Systems,1982,101(10):3630 ̄3647 fixed capacitor[J].IEEE Trans On Power Delivery,2003, [2]祝瑞金,罗惠群,徐政.电力系统次同步振荡问题的分 18(3):988~993 析方法概述[J].电网技术,1999,23(6):36 ̄39 [1 5]Ta—Peng Tsao and Jong—Ian Tsai.Torsional [3]张帆,徐政.TCSC对发电机组次同步谐振阻尼特性 Interactions between an Electrical Arc Furnace Load and 影响研究[J].高电压技术,2005,31(3):68~70 lf Turbine—Generator Set[c].Proceedings of the 2004 [4]周长春,徐政.由直流输电引起的次同步振荡的阻尼 International Conference on Electric Utility 特性分析[J].中国电机工程学报,2003,23(1O):6~10 eDregulation,Restructuring and Power Technologies, [5]Ying Jiang—Hafner,Duchen H,Linden K,et a1. 2004,2:627~632 Improvement of subsynchronous torsional damping using [16]葛俊,童陆园,耿俊成,等.TCSC抑制次同步谐振的 VSC HVDC[C].Proceedings of International Conference 机理研究及其参数设计[J].中国电机工程学报,2002,22 on Power System Technology,2002,2:998~1003 (6):25~29 [6]徐政.复转矩系数法的适用性分析及其时域仿真实现 [17]刘洪涛,徐政,周长春.静止无功补偿器对发电机组 [J].中国电机工程学报,2000,20(6):1~4 次同步振荡特性的影响[J].电网技术,2003,27(1):1 [7]徐政.交直流电力系统动态特性行为分析[M].北京: ~4 机械工业出版社,2005 [183周长春,徐政.一种评价多个直流换流站系统次同步 [8]Walker D N,Bowler C E J,Baker D H.Torsional 扭振相互作用的新指标[J].中国电机工程学报,2004,24 Dynamics of Closely Coupled Turbine—generators[J]. 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