1、第二十九届中国电网调度运行会收录论文全集 - 1 - 江苏220kV电网分区运行及限制短路容量方 案的探讨 朱 寰，刘国平 （江苏省电力公司调度通信中心，南京 210024） 摘 要：随着电网规模的不断扩大和 500kV 电网结构的加强，江苏 220kV 电网短 路容量超标问题日益突出，严重影响着系统的安全稳定运行。文章通过对江苏电 网短路电流水平的分析，提出了分区运行等限制短路电流的措施，并对实现 220kV电网分区运行的重点问题进行了探讨，为电网规划和运行提供了有益的建 议。 关键词：电网；分区运行；短路容量；限制措施 0 引 言 江苏省是我们国家的经济大省，近几年处于经济的高速增长期，全
2、省用电量增长突飞猛 进， 电网用电负荷节节攀升。 2004 年全省统调用电量 1593.36 亿 KWH， 最高用电负荷 2456.0 万KW， 最高日用电量 5.38亿 KWH。 全省总装机容量 2397.92万 KW， 占华东电网总装机的 30.1 。作为华东电网最大的组成部分，江苏电网经过数十年的发展，已初步形成了以 500 千伏 环网为主网架，220 千伏电网逐步分层分区运行的电网格局。本文对江苏电网的短路电流水 平和限制系统短路电流的措施进行了研究分析， 并对实现 220kV 电网分区运行的重点问题进 行了探讨，对电网的规划和运行提出了有益的建议。 1 近五年江苏电网 220kV侧短
3、路电流水平的变化情况 近五年来江苏用电负荷增长迅猛，2000 年江苏电网最大用电负荷 1487.4 万 KW，2004 年达到了 2456.0 万KW，年平均增长率超过了 10。五年里江苏的电网结构也得到了很大的 加强，2000年底江苏电网 500kV 变电所仅 8 座，变电容量为 550 万千伏安，截至 2004 年底 江苏电网 500kV 变电所 17座，变电容量增加到 1900 万千伏安。500 千伏过江中通道、东通 道的先后建成投运形成了江苏电网目前北电南送的过江断面；500 千伏武南梅里车坊双 线建成投运，形成江南电网西电东送的南通道。至此江苏 500千伏主网已基本形成“日”字 形双
4、环网网络。 电网的快速发展使得全网的短路电流水平不断提高， 越限情况十分严重， 2000 年-2004 年部分厂站 220kV 母线短路电流增长情况如表 1 所示。 表 1 2000 年-2004 年部分厂站 220kV母线短路电流增长情况 单位：kA 南京 镇江 常州 无锡 苏州 徐州 东善桥变 谏壁电厂 武南变 斗山变 石牌变 车坊变 徐州电厂 2000 年 27.4 41.1 30.0 43.3 无 无 33.9 2001 年 32.7 42.0 38.9 56.1/48.0 23.6 35.5 34.4 第二十九届中国电网调度运行会收录论文全集 - 2 - 2002 年 35.3 42
5、.3 40.1 48.9 32.0. 36.6 38.6 2003 年 38.9 47.5 40.9 54.3/48.0 41.0 45.5 39.2 2004 年 42.9 49.8 46.8 48.4 57.7/46 53.5/45 44.1 额定遮 断电流 50 50 50 50 50 50 50 注：/表示 全合环方式/采取措施后的短路电流 表 1 列出了短路电流超标问题最为严重的苏南五市和徐州地区的代表厂站在 2000 年 -2004 年短路电流水平变化情况，可以看到近几年来上述地区电网 220kV侧短路电流增长十 分迅速，至 2004 年底全合环方式下均已接近或超过其额定遮断电流。
6、回顾短路电流的发展 历史：2001 年夏季高峰前随着 500kV 石牌变、车坊变等输变电工程的建成投运，全合环方 式下 500kV斗山变的 220kV 母线三相接地短路电流首次超标， 为此常锡间 4 条220kV 联络线 实施了解环，苏南电网分为宁镇常和苏锡两片运行；2003 年随着武南东亭降压运行线路 等输变电工程的投运， 500kV斗山变的220kV母线三相接地短路电流又一次超过其额定电流， 为此实施了胶山分排、董浜分排、武南东亭双线馈供等局部运行方式的调整来限制短路电 流；2004 年 3 月 25 日，500 千伏张家港变及其配套工程投运后，苏锡间 7 回 220 千伏线路 实施解环运
7、行，解决了苏、锡 220千伏电网短路电流超标的矛盾，同时进一步提高了苏、锡 两市电网的供电能力，使得 500/220 千伏电网的潮流分布更趋合理。2004 年 12 月 31 日石 牌#2 主变建成投运后，500kV 石牌和车坊变的 220kV 母线三相接地短路电流超标，苏州电网 石牌、车坊间 220 千伏联络线解环运行，标志着江苏地区电网内部分层分区运行的开始。 2 2005年江苏电网短路电流水平现状及控制措施探讨 2.1 2005年江苏电网短路电流水平现状 2005 年是江苏电网的基建投产年，预计全年新增装机容量约 1400 万 kW，占 2004 年底 现有装机总容量的 58.4.随着大
8、规模电源的接入系统，500/220kV 主网的短路电流急剧增 加，截止 2005 年底，江苏电网将有 3个 500kV 变电站的 500kV 母线和10个 500/220kV 厂站 的 220kV 母线三相短路电流陆续超过其额定遮断电流。表 2 列出了江苏电网部分枢纽变在 2004 年底2005 年底期间短路电流的变化情况。面对如此严峻的形势，必须考虑采取一系 列措施来限制系统短路电流，确保电网安全运行。 表 2 2004年底2005年底江苏电网部分枢纽变全合环方式下短路电流 单位（kA） 变电站 2004 年底 2005 年中 2005年底 额定遮断电流 500kV 母线 49.9 54.3
9、 63.4 63 石牌 220kV 母线 57.7 62.2 66.2 50 车坊 220kV 母线 53.5 60 66.5 50 500kV 母线 54.2 59.5 63.1 63 武南 220kV 母线 46.8 52.4 56.7 50 500kV 母线 49.8 53.6 58.1 50 斗山 220kV 母线 48.4 49 52 50 张家港 220kV 母线 41.7 42.6 50.5 50 梅里 220kV 母线 46.5 48 48.4 50 第二十九届中国电网调度运行会收录论文全集 - 3 - 徐州电厂 220kV 母线 44.1 52.1 53 50 任庄 220k
10、V 母线 43.9 51.6 53 50 2.2 2005年控制电网短路电流措施的探讨 2.2.1 局部地区解环运行 2005 年江苏主网呈现出全网性短路电流超标的趋势，分层分区已经势在必行。本着降 低系统短路电流、优化电网潮流、简化电网结构等原则，考虑实施分层分区方案如下： （1）江南江北 220kV 电网分片运行 220kV 过江线谏泰双线多年来一直为江苏电网的北电南送作出重大贡献，但由于其与 500kV 过江线构成了强电磁环网，从而一定程度上制约了 500kV 过江通道的输送能力。随着 500kV 过江西通道的建成投运，将具备条件解开过江断面的 500/220kV 电磁环网，同时也可 以
11、有效缓解谏壁电厂 220kV 母线短路电流超标的矛盾，使电网结构更清晰。 （2）苏州 220kV 电网南北分片运行 常熟电厂期#1、2 机组、吴江#1 主变投运后，车坊、石牌 220kV 母线三相短路电流将 超开关额定遮断电流。为此结合远景规划考虑选择石牌变和车坊变供电范围之间的 6 回 220kV 线路实施解环运行，苏州电网分为南、北两片运行。 （3）镇江 220kV 电网东西分片运行 谏壁电厂技改两台机组全部投运后，谏壁电厂、官塘变 220kV母线三相短路电流超开关 额定遮断电流。考虑到谏壁电厂出线东送常州西送南京，故选择此断面解开镇江电网，将镇 江西部电网并入南京电网，镇江东部电网并入常
12、州电网，实现了镇江 220kV 电网东西分片运 行。 根据初步研究结果，至 2006 年，江苏 220 千伏电网将初步形成苏州（南部） 、苏州（西 部） 、苏州（东北部） 、无锡（东南部） 、无锡（西南部） 、无锡（中北部） 、宜兴常州（南部） 、 常州（北部）镇江（东部） 、镇江（西部）南京（江南） 、南京（江北）扬州、泰州南通盐城、 徐州宿迁淮阴连云港共 12 片电网运行。为了保证分区运行后地区电网的供电可靠性及提高 全网供电能力，同时也为电网分区运行创造条件，必须加快江北、龙潭、锡西南、苏州西、 武北、连云港等 500 千伏项目的实施进度。 2.2.2 局部地区运行方式调整 对于暂不具备
13、分区运行条件的地区电网，按工程进度作短路电流水平的滚动计算，适时 调整电网运行方式。这些运行方式的调整一般作为限制系统短路电流水平的过渡方案，电网 运行方式的灵活性和供电可靠性将难免受到一定的影响， 最终必须结合电网规划实现分层分 区，简化电网结构。 （1）常州电网运行方式调整 戚墅堰#1 燃机建成并入武南 220kV 母线后，武南变 220kV 母线三相短路电流将超开关 额定遮断电流。方式调整考虑实施武南变空出 220kV段或段母线，戚墅堰#1 燃机通过电 厂至武南变线路、武南变 220kV段或段母线、南运 4581/82 双线改并宜兴电网运行，可 以有效的限制武南变 220kV 母线短路电
14、流在额定遮断电流以内。 该方式是迫于解决短路电流问题而采取的临时方式， 方式调整后武南变 220kV 分段开关第二十九届中国电网调度运行会收录论文全集 - 4 - 正常潮流较大，武南#4主变跳闸将导致过载；同时宜兴电网少了 2 回220kV 受电联络通道， 牺牲了一定的供电可靠性。 待常州地区新的 500kV 电源点投运后将考虑实施常州电网内部的 分区方案。 （2）无锡电网运行方式调整 夏港期#6 机建成投运后，斗山变 220kV 母线三相短路电流超开关额定遮断电流。届 时将视潮流情况选择开断斗山变部分 220kV 出线。 （3）徐州电网运行方式调整 三堡#2 主变投运后，徐州电厂、任庄变 2
15、20 kV 母线三相短路电流超开关额定遮断电流。 考虑实施彭任 4683/84双线与任贺 4680/82 双线搭接方式，可以有效的限制徐州地区 220kV 断路器短路电流在额定遮断电流以内。同时启用 220kV 潘邵 2622 线路过负荷解列措施以提 高徐州地区电力送出能力，但存在一定的运行风险。 2.2.3 采取措施限制新投产机组对电网的短路电流注入 2005 年大规模电源的接入使得地区 220kV 电网短路电流急剧增加，表 3 列出了 2005 年 苏州地区新投产电源对 220kV 电网短路电流的影响。据此我们可以考虑对稳定性较好的苏 中、苏南电网新建电源，采取装设串联电抗器、采用高阻抗变
16、压器等技术手段，最大程度地 限制新投产机组对电网的短路电流注入，并以此作为电源接入电网的一个必要条件，避免因 某一电源点接入造成电网结构或方式的大幅调整。 同时在规划中也考虑从苏州电网中切出一 部分机组接入上海电网，而不是通过苏锡电网向上海电网送电，这种方案可以同时有效降低 江苏石牌变和上海徐行变的短路电流。 表 3 2005年苏州地区新投产电源对苏州 220kV 电网短路电流的影响 对苏州电网短路电流影响（kA） 预计投产日 期 电源名称 容量 (万kW) 石牌 220kV母线 车坊 220kV 母线 张家港 220kV母线 2 月28 日 太仓港环保三期#6 30 +0.75 / / 3
17、月31 日 常熟第二发电厂#1 60 +0.4 / / 7 月1 日 张家港华兴燃机#1 39 / / +3.5 7 月31 日 常熟第二发电厂#2 60 +0.4 / / 7 月 蓝天电厂 218.5 +0.1 +1.4 / 8 月31 日 太仓港环保四期#7 60 并入上海 500kV 徐行变影响不大 9 月30 日 望亭燃机#1 39 / +2.5 / 10月1 日 张家港华兴燃机#2 39 / / +3.5 11月30 日 常熟第二发电厂#3 60 +0.4 / / 12月12 日 华能太仓二期#3 60 / +1 / 12月30 日 望亭燃机#2 39 / +1.9 / 12月 31
18、 日 太仓港环保四期#8 60 并入上海 500kV 徐行变影响不大 2.3 实现220kV电网分区运行尚需加强的工作 2.3.1 规划中应合理选择分区 500/220kV 联变的数量和容量，更换部分老旧设备 220kV 电网完全分区运行后，各分区内电厂提供的短路电流相对固定，220kV 分区电网 的短路电流水平就与 500/220kV 之间的联络阻抗大小有直接关系， 而 500kV 联变的联络阻抗第二十九届中国电网调度运行会收录论文全集 - 5 - 与容量成反比，因此 500kV 联变数量将受短路电流的制约。同时如果联变容量选择过大， 500kV 联变N-1 时功率缺额较大需正常留有较多的备
19、用，从经济性上不可取。这就意味着我 们应该根据不同的分区情况选择合适的联变容量和数量。 同时对在一段或较长时间内将担当 主网 500kV或 220kV 枢纽变电站的开关等设备的选型进行研究， 结合电网技改工程将老旧设 备更换为遮断容量大的新型设备。 2.3.2 规划设计中需进一步考虑限制单相接地短路电流的新措施 经过对 20052006 年江苏电网的初步计算，东善桥、武南、石牌、苏州西、锡西南、 武北等 500kV 变电站的220kV 母线单相接地短路电流将超过三相短路电流。 因此结合这一特 点在今后的电网规划设计中需要进一步考虑变压器中性点加装小电抗、 中性点接地方式等限 制短路电流的新措施
20、。 2.3.3 对于受端的分区电网应考虑留有适当容量的备用联络通道 对于受端的分区电网，为了满足检修方式下的 N-1，必须留有适当容量的备用通道，以 便于检修方式安排的灵活性。且当发生严重故障导致分区电网全停时，备用联络通道的存在 也能够加快对停电区域的恢复送电。根据分区电网的具体情况，可以考虑选择原来开断的线 路或重新规划建设线路作为备用通道。作为备用联络通道的线路在安装避雷器后，正常一侧 开关充电一侧开关热备用，以便于调度员的合解环操作。 2.3.4 无源分区电压稳定问题的研究 对于无源分区或电源较少的分区，目前缺乏电压支撑的办法和手段，区内瞬间的低电压 不能靠区内发电机的强励动作来抬高电
21、压水平。 苏南分区电网无功负荷较大， 系统电压较低， 高峰时段苏南电网机组运行力率较低同时从主网吸收较多无功，造成动态无功补偿不足，因 此在增加系统无功补偿的同时，还应研究在缺乏必要电源支撑的重负荷地区（如吴江）装设 STAECOM、SVC 等动态无功补偿装置的必要性和最优配置方案，增加部分低电压减负荷装置， 保证分区电网安全运行。 2.3.5 220kV电网分区运行后低周减载的改进 目前，江苏电网按华东电网公司要求部署了容量足够的低周减载装置，全省低周减载容 量占全省总负荷的 35左右，各供电公司低周减载容量也按同一比例配置。由于全网的装 机容量和负荷在各分区的分配相差较大，即各分区的出力负
22、荷平衡情况相差较大，同时分区 后的电网可能出现的最大功率缺额一般按 500kV 联变的 N-1来控制,功率缺额比例较大，原 来按统一比例分配的低周减载方案已经不能有效抑制频率的下降。 结合以上分区后的特点，低周减载的分配方案必须以分区为单位重新制定，计算各分区 可能发生的最大功率缺额， 一般来说分区电网要求的低周减载配置容量要比大电网要求的低 周减载容量多，多出的部分容量考虑配置在末轮，避免过切。同时由于分区电网比大电网频 率下降速度快，可以考虑缩短低周减载的时间定值到 0.1s 或更短，启用 df/dt 的加速切负 荷功能等。 2.3.6 进一步加强 220kV 分区电网内的厂网协调工作 由
23、于分区运行的电网在抗扰动能力上较大电网有一定程度的下降， 在事故情况下区内大 机组对主网的调频调压作用更为重要。如果因为区内发电机保护整定不当发生过早跳机，无第二十九届中国电网调度运行会收录论文全集 - 6 - 疑是雪上加霜， 必将导致分区电网的崩溃。 因此必须加强统一调度， 积极做好厂网协调工作， 依法加强对发电企业调度管理。加强对发电机励磁系统、PSS 装置的技术监督，加强对新建 电厂短路电流、机组进相运行的管理，开展按频率/按电压减负荷装置与发电机保护整定值 之间的协调性研究，杜绝在事故情况下分区电网发生大面积停电的可能性。 3 结论 在现代区域大电网中，短路电流水平增长迅速，给设备的安
24、全运行带来了较大的威胁， 简单的解环或调整电网运行方式的措施仅暂时缓解了这一问题， 并未从根本上解决电网发展 和短路容量增长的矛盾。为此必须结合电网发展规划，在综合考虑系统的安全稳定运行后采 用分层分区供电的模式以形成最终合理的电网结构。 A Discussion on Operation of Jiangsus 220kV Distributed Power Grid and Scheme of Reduce Short Circuit Capability ZHU Huan，LIU Guo-ping (Jiangsu Electric Power Dispatching distributed operation; short-circuit capability; control measure 作者简介： 朱寰（1979- ） ，男，江苏扬州，助理工程师，双学位，从事电力系统计算分析、稳定 管理工作，025-85853340。 刘国平（1970- ） ，男，江苏淮安，高级工程师，学士，从事电力系统运行方式和稳定 管理工作，025-85853347。
