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蒙西—天津南特高压交流输电工程系统调试中电网稳定特性与运行方式

2017-09-26 13:40:00 电网技术杂志

摘要:针对蒙西—天津南特高压交流输电工程调试阶段的各试验项目对电网运行方式的要求及对电网潮流和安全稳定特性的影响。提出了蒙西—天津南系统调试期间的安全稳定控制措施,在保障特高压设备安全与电网安全稳定运行的基础上确定了蒙西—天津南特高压工程的调试实验顺序,提出了调试实验具体操作的电压控制要求。

关键词:蒙西—天津南特高压交流输电工程;系统调试;试验项目;安全稳定;电压约束

2016 年 12 月蒙西—晋北—北京西—天津南1000kV 特高压交流输变电工程投产。工程投运后增强了华北电网安全稳定水平,满足蒙西电源送出需要,并加强京津冀鲁地区电网的受电能力[1-3]。

本文对调试中电网稳定与运行方式进行研究,为调试中调试方案、调度方案的编写和执行提供技术依据。

根据蒙西—天津南特高压工程调试试验阶段的电网数据,研究工程调试阶段的各试验项目对电网运行方式的电压控制要求及对电网潮流和安全稳定特性的影响,试验项目包括:投切空载变压器、投切低容/低抗、1000kV 侧空充特高压线路、特高压线路的合解环等。本文提出了系统调试期间的安全稳定控制措施,为系统调试中的调度方案具体步骤提供了技术依据和安全保障。在保障设备安全与电网安全稳定运行的基础上确定了调试实验顺序,提出了具体执行步骤的电压控制要求[4-6]。

1 蒙西—天津南特高压工程简介

蒙西—天津南特高压工程新建蒙西、晋北、北京西、天津南 4 个特高压变电站,天津南特高压站’型接入北京东—济南段特高压线路,蒙西—天津南特高压工程系统一次接线如图 1 所示。

1000kV 蒙西—晋北特高压同塔双回线路长约2¥164 km;1000kV 晋北—北京西特高压同塔双回线路长约 2¥266 km;1000kV 北京西—天津南特高压同塔双回线路长约 2¥178km;1000kV 天津南—北京东特高压同塔双回线路长约 2¥210km;1000kV天津南—泉城特高压同塔双回线路长约 2¥164km。

蒙西—天津南特高压工程各站一次设备情况统计如表 1 所示。

在整个调试阶段,北京西站、天津南站、北京东站、泉城站各通过 4 回 500kV 线路连接到华北电网,蒙西、晋北变电站不与当地电网相连。

2 蒙西—天津南主变分接头的选择

主变分接头的选择。考虑到调试试验的调试效率和调试方案的依赖性,需安排北京西单独供电的方式下对北京西—晋北段线路进行空充。北京西站在 525kV 额定档位下,如果北京西—固安双回500kV线路未投运,初始电压需安排在 511kV以下,调度运行难以满足要求。因此建议将主变抽头调整 538kV 档。天津南站、泉城站、北京东站在 538kV档位下投空线的电压要求均好于 525kV 档位,因此建议将主变抽头均调整到 538kV 档位[7]。

按照校核保护的试验需要,晋北站、蒙西站的抽头要求放在 511kV 档位或 538kV 档位,而 538kV档位下同站的 500kV 侧电压达到 550kV 时 1000kV电压是 1073kV,而在北京西—晋北单线、晋北—蒙西 I 线空充试验下晋北站、蒙西站易超过1073kV,因此为避免晋北站、蒙西站投入主变后500kV 侧电压越限,调试阶段晋北、蒙西应该选取511kV 档位。

3 站内调试试验约束条件

在蒙西、晋北、北京西和天津南各站投切空载主变前后,系统的稳态压升变化很小,可以考虑在正常全接线运行方式下开展此项试验[8-10]。

蒙西、晋北、北京西和天津南各站主变低压侧投低容或抵抗试验,需结合电网正常运行的电压范围(510~540kV),给出每一步试验前各特高压站的电压控制要求,详见表2。

蒙西—天津南特高压工程各站投1000kV 空载线路试验,考虑投空线后母线的电压变化及线路(首)末端电压不超过1100kV 的限制,试验前母线电压的控制要求如表3 所示。

表2 的计算结果中,天津南站空充天北单线前,需控制天津南1000kV 母线电压不超过 1047kV;北京西站空充天北单线前,需控制北京西1000kV 母线电压不超过1036kV;北京西站空充北晋单线前,需控制北京西 1000kV 母线电压不超过 1056kV;晋北站空充晋蒙单线前,需控制晋北1000kV 母线电压不超过1064kV。

4 站间调试试验约束条件

4.1 单段合解环试验前的控制要求

蒙西—天津南工程各段线路的合环过程中,1000kV 断路器同期装置整定值为电压相角差需保持在 20°以内,幅值差 90kV 以内[11-13]。

特高压线路近区接线方式及断面名称如图 2 所示,调试期间京津冀地区电力外送,山东断面受电4000MW。线路合解环的相角差如表 4 所示。

4.2 全线合环试验系统运行方式

全线合环送电试验是在单段特高压站间调试试验的基础上,开展全线合环试验。考虑运行方式调整的难易程度并统筹整个试验,需优化 3 段特高压线路的合环顺序。

在北京西单独供电的模式下,北京西—晋北—蒙西再从蒙西绕回的情况下,对北京西、晋北、蒙西站 500kV 侧及 1000kV 侧初始电压要求难以满足调度运行的要求,建议在北京西单独供电的方式调试实验只做到晋北站及天津南站为止,其他实验在北京西—天津南合环的条件下再做。

合环调试期间,蒙西、晋北电源均不开机,经过计算,合环顺序如图 3 所示,第 1 步为北京东—天津南段双回线,第 2 步为泉城—天津南段双回线,第 3 步为天津南—北京西段双回线,第 4 步为北京西—晋北段双回线,第 5 步为晋北—蒙西段双回线。

5 调试期间特高压线路输电能力

5.1 全接线方式特高压线路输电能力

蒙西—天津南特高压交流送电工程沿途分布 2个电源基地,即蒙西、晋北电源基地,如图 4 所示。

工程投运后,仅蒙西电源基地开机的运行方式下,蒙西—北京西段特高压线路的静稳极限约为6600MW;受限于北京西主变 N-1 故障,工程输送能力为 4400MW;蒙西电源基地和晋北电源基地 1:1等量开机并网送电的运行方式下,晋北—北京西段特高压交流线路的静稳极限约为 9800MW,受限于晋北—北京西段特高压线路晋北侧单永 N-1 故障,工程输电能力为 5900MW;仅晋北电源基地开机的运行方式下,输送能力大于 3000MW。

5.2 检修方式下特高压线路输电能力

仅蒙西电源开机的运行方式下,晋北主变检修、北京西主变检修和天津南主变检修方式不影响特高压交流工程的输电能力[14-17],其他检修方式下特高压交流工程的输电能力均有下降,最多可达2200MW,详见表 5。

在蒙西电源和晋北电源等比例开机并网送电的运行方式下,蒙西—天津南特高压工程在各元件检修方式下的输电能力均有下降,详见表 6。

仅晋北电源开机的运行方式下,受限于晋北电源装机仅 3300MW,各元件检修时输电能力均大于3000MW 且无约束故障。

6 调试期间安全稳定控制措施

为保证蒙西—天津南特高压线路调试期间华北电网的安全稳定,在全接线方式和检修方式下,根据开机方式的不同,提出安全稳定控制措施。本文以全接线方式下仅蒙西电源开机和蒙西主变检修方式下仅蒙西电源开机这 2 种情况为例,说明蒙西—天津南特高压工程的安控配置措施[18-21]。

6.1 全接线方式安全稳定控制措施

仅蒙西电源开机方式下,蒙西—天津南特高压线路的输送功率为 4400MW。蒙西—天津南工程送出线路 N-1 故障后需要采取的安全稳定控制措施,如表 7 所示。

蒙西—天津南工程投运后,蒙西—晋北段特高压交流线路 N-2 故障以及晋北—北京西段特高压交流线路 N-2 故障后,蒙西电源机组与主网断开电气联系,需切除蒙西电源全部机组;北京西—天津南段特高压交流线路 N-2 故障后,蒙西电源暂态失稳,需切除蒙西电源机组 2200MW,如图 5 所示。

在蒙西电源和晋北电源等比例开机并网送电的运行方式下,蒙西—天津南特高压线路的输送功率为 5900MW。蒙西—天津南工程送出线路 N-1故障后需要采取的安全稳定控制措施,如表 8 所示。

蒙西—晋北段特高压线路 N-2 故障后,蒙西电源与主网断开电气联系,需切除蒙西电源全部机组;晋北—北京西段特高压线路 N-2 故障后,蒙西电源以及晋北电源全部机组与主网断开电气联系,需切除蒙西电源以及晋北电源所有机组。北京西—天津南段特高压线路 N-2 故障后,蒙西电源暂态失稳,需切除蒙西电源机组 1000MW 或者蒙西电源660MW 和晋北电源 600MW,如图 6、图 7 所示。

仅晋北开机的情况各元件 N-1 都不需要安控措施。晋北—北京西段 N-2 故障需要切除晋北全部机组;北京西—天津南段 N-2 故障不需安控措施。

6.2 检修方式安全稳定控制措施

检修方式下,受限于蒙西、晋北配套电源的建设进度,调试期间安全稳定控制措施的配置分为蒙西 、晋北电源均不开机和蒙 西 (魏家 卯 )开机1200MW、晋北电源不开机 2 种情况。由于单个特高压元件检修方式下的最小输电能力为 2200MW ,以上 2 种情况的输电能力均小于检修方式下的最小输电能力,经计算验证,N-1、N-2 能保持稳定。

7 结论

综合以上分析,总结蒙西—天津南特高压工程系统调试试验阶段电网稳定与运行方式的研究结论如下:

1)蒙西—天津南特高压工程调试中投切主变对系统稳态电压影响很小;本文提出了各项调试试验的电压控制策略,例如:主变低压侧投切低容或低抗、特高压线路空充、合解环线路首(末)端1000kV 侧电压不超过 1090kV。

2)考虑电压约束及保护校验要求,本文提出北京东站、济南站、天津南站、北京西站的分接头采用 538kV 档位,晋北站、蒙西站的分接头采用511kV 档位。

3)北京西—天津南特高压线路未合环的情况下,北京西—晋北—蒙西再从蒙西绕回的情况,对北京西、晋北、蒙西站 500kV 侧及 1000kV 侧初始电压要求难以满足,建议在北京西单独供电的调试实验只做到晋北站及天津南站为止。天津南站和北京西站的线路空充实验可以互不依赖,独立完成。

4)考虑运行方式调整的难易程度及电压约束并统筹整个试验顺序,全线合环顺序为:第 1 步,京东—天津南段双回线;第 2 步,泉城—天津南段双回线;第 3 步,天津南—北京西段双回线;第 4步,北京西—晋北段双回线;第 5 步,晋北—蒙西段双回线。

5)根据特高压交流工程的调试条件,在双回线路合解环及全线合环时,电压的相角差均不超过 20°。

6)蒙西—天津南特高压工程调试阶段及投运后的全接线及检修方式下,考虑蒙西、晋北电源均不开机和蒙西(魏家卯)开机 1200MW、晋北电源不开机 2 种情况,特高压输电系统 N-1、N-2 保持稳定。

作者:

贺庆、易俊、于强、吴萍 电网安全与节能国家重点实验室(中国电力科学研究院),北京市 海淀区 100192;

张宝家 东北电力大学 电气工程学院,吉林省 吉林市 132000;

王婧 华北电力大学 电气与电子工程学院,北京市 昌平区 102200)

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