河北南部电网网架规划研究
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摘 要：依据国家电网公司特高压发展规划和河北南网目标网架要求，“十三五”期间，河北南部电网肩负着特高压落地消纳、西电东送等多重任务。为确保“十三五”期间河北南网规划建设的有序进行，文章在对输电网网架结构及特征进行梳理和总结的基础上，对河北南网500kV、220kV网架规划方案提出合理化建议。
关键词：河北南网；网架规划；220kV分区
引言
根据河北南网“十三五”电网发展规划，河北南网长期依赖区外受电，与此同时，河北南部电网承担着将山西电力转送至山东和京津唐电网以及北京西和石家庄特高压交流变电站的落地消纳工作。面对河北南网区外受电规模的持续增加和特高压电力受入对500kV电网潮流大范围转移能力的苛刻要求等新形势和新问题，亟需深化网架规划研究，解决河北南部电网与特高压电网的可靠衔接，网络分层分区供电等问题。
针对上述问题，文章在对输电网网架结构及特征进行梳理和总结的基础上，对河北南网网架规划方案进行探讨，结合河北南网现状特征，提出合理的500kV、220kV网架规划方案。
1 输电网网架结构规划
1.1 500kV网架规划
500kV电网普遍采用环型结构和网格型结构的电网结构型式。
环型结构具有以下特点：环网结构上的变电站相互支援能力强，可从多个方向受入电力，便于采取解环或扩大环网的方式调整结构。环型结构可细分为单环网、半环网和双环网，逐一对应城市电网发展的不同阶段，最终由单环网或半环网过渡到双环网。
网格型结构具有以下特点：网络内电气距离短、相互支援能力强、网架更为坚固，可从多点受电，但一般短路电流水平较高且难以控制，当发生电网事故时，难以通过解列的措施控制事故范围。网格结构可细分为日字型、目字型、田字型和网络型，由围绕城市多个中心区或多个城市的500kV环网叠加而成。日字型、目字型等网络结构分别对应城市发展的不同阶段，随着城市发展，电网结构最终过渡为网络型。
1.2 220kV网架规划
220kV电网具有较高的研究价值。因为220kV电网分区规划和运行在分解系统的同时，对降低系统短路电流水平、控制潮流流向等方面具有重要的工程实践意义。
通常来说，当500kV网架为环网运行且网架坚强时，为确保电网结构优化，220kV电网可分区规划和运行，同时，分区间应保持合理联络和支援。此时，城市高压110kV配电网应采用环网或辐射运行，此时要注意宜优先在同一220kV分区电网内形成环网结构，尽量减少不同220kV分区间110kV网架的电气联系。
（1）220kV电网分区原则。220kV分层分区是指打开500kV/220kV电磁环网结构，依据电压序列将电网分成若干层次，并考虑供电能力，划分出若干包含不同层次的供电区域，在各供电区域内根据电力负荷安排相应的电厂出力，确保区域内电力供需大致平衡。分区应遵循如下原则：
独立原则：合理的分区应当尽量使区内的负荷与装机基本平衡。
联络原则：保持分区之间保持适度联络。区与区之间界面要清晰。
可靠原则：电网结构的简化使得热备用线路减少可能会导致可靠性降低。
（2）220kV电网分区类型。根据供区内500kV变电站个数和运行方式的不同，220kV电网可分为独立分区和互联分区两种模式。
独立分区以一座500kV变电站和若干220kV地方电厂作为电源点，运行时只有一座500kV变电站与大网进行联络，一般呈围绕500kV变电站220kV母线的放射网或自环网结构，如图1所示。
互联分区以两座及以上500kV变电站和若干220kV地方电厂作为电源点。运行时有两座及以上500kV变电站作为与电网的联络点，一般呈日字形、目字型、田字形或网络等网格结构，如图2所示。各分区之间在正常方式下相对独立，事故情况相互支援。
2 区域电网联络方案研究
网架和方案是电力系统规划设计的核心。电网经过简化分析可分为8种网络形式。
（1）容量有余额的系统与大容量系统相连。需避免系统功角稳定事故的发生。其原因通常是由于：当重载联络线故障跳开后，易引发其他联络线过载，此时送端输出受阻，进而引起送端系统频率升高，此时，由于受端系统调节容量大，可有效降低频率波动，从而造成联络线两端系统的功角和功率振荡，严重时将破坏系统的安全稳定。针对系统稳定事故的产生原因，可在受端切负荷，在送端切机以平衡两端系统功率，或采取措施将联络线解列，以平息振荡。
（2）大容量系统向功率缺额系统输送功率。上述网络结构易引起功角稳定和电压稳定事故。其原因是由于：当有功功率不足的系统发生故障引起频率急剧降低后，由于大容量系统调节能力较强从而维持频率保持不变，导致受端与送端的功角稳定失步。也可能是由于受端系统内无功功率的严重缺额造成受端电网电压崩溃。上述情况，应迅速切断联络线，并在受端电网中采取切除不重要的负荷的措施。此时，须在受端系统内加装低频减负荷、低压减负荷装置，并可考虑加装发电机组自起动装置。
（3）容量相当的两个系统经较强联络线相连。该网络结构稳定运行水平高，网架坚强，不容易发生稳定破坏事故。在发生严重的联锁故障时，可能引起联络线过载或功角失步，此时可采取电厂减出力、切负荷等策略。
（4）两个系统由弱联络线相连。该种结构多存在于互联系统的初期阶段。由于两个系统间的电气联系较弱易发生动态稳定性失步。此时，系统由于负阻尼或弱阻尼的影响而发生长过程的振荡不衰减和发散。针对以上问题，应尽快加强互联系统间联络，降低联络线阻抗值，通过加装设备，如PSS，以提高系统正阻尼，同时可考虑故障时采取切机切负荷措施以减少联络线功率。
（5）链形接线。此种接线结构部分联络线功率传输方向总是一致的，而其他联络线的输送功率随时间周期变化。
其特点是：故障时联络线功角、功率波动受系统运行方式影响较大，可能发生功角稳定、电压稳定和频率稳定问题，也可能由于链形结构中个别环节危险过载，引发电网事故扩大。
（6）放射型结构。对于放射型结构，中心系统容量通常较大，可根据外侧系统功率盈缺情况，中心系统选择外送或接收功率。当某一子系统与中心系统失步时，可解列联络线，防止事故的进一步扩大。但由于子系统间缺乏联络，系统可靠性较低。
（7）环形接线。环形接线的优势是系统运行方式多样。任一节点断开，会引起环内各节点间输送功率的大小和方向发生变化。此时，“危险断面”将决定整个环网的运行方式。必要时可考虑加装备自投装置。
（8）多回路系统。多回路系统属于较为理想的电网结构型式。此结构可抵御多种类型故障，确保系统稳定。
上面所说的网架认识，是制定电力系统方案的基础。实际工程中方案的制定，既要考虑技术性，又要考虑经济性。技术性要求工程满足负荷需求，电气计算满足条件，具有一定的远景适应性，更高的要求就是网架美观；经济性，就是投资费用尽可能低。综合技术和经济性，然后得出推荐方案。
3 河北南网网架规划方案研究
3.1 河北南网特高压建设规划
根据国家电网公司特高压发展规划，“十三五”期间，河北南网将建成石家庄和北京西2座交流特高压变电站，至2020年前形成交流特高压“两站三通道”。同时，规划在2020年前建成俄罗斯-霸州±800kV直流送电线路。
3.2 500kV网架研究
（1）“十二五”末河北南网500kV网架特点。500kV电网已形成沿京广铁路纵贯南北的双回路，中东部形成环网，实现“三横两纵”布局，达到“一区两站”，已基本取代220千伏电网成为地区间功率交换的主通道。
（2）“十三五”末河北南网500kV网架规划。到“十三五”末，河北南部500kV电网将进一步得到完善和加强，在适应包括特高压在内的区外电力受入需要的同时，具备较强的东西向、南北向电力交换能力，独立担负河北南网内跨地市输送电力的功能，真正成为全网范围内的骨干输电网。
3.3 220kV网架研究
（1）“十二五”末河北南网220kV网架特点。2015年，河北南网220kV网架大体形成4个供电分区：慈云分区、石保分区、衡沧分区、邯邢分区，基本达到“一县至少一站”，其功能向为各地市供电的供电网方向转化。
（2）“十三五”末河北南网220kV网架规划。“十三五”末，需进一步完成地区之间和地区内部分区供电。在实现河北南网六地市分区供电的基础上，对负荷较为集中的石家庄和保定地区进行南北分区，通过打开500kV/220kV电磁环网，实现电网的分层分区供电，有效降低河北南网短路电流水平。
4 结束语
“十三五”期间，河北南网输电网规划、建设面临着严峻挑战。文章在对输电网网架结构及特征进行梳理和总结的基础上，对河北南网500kV和220kV网架结构进行探讨，依据国家电网公司特高压发展规划和河北南网目标网架要求，对“十三五”期间河北南网500kV、220kV网架规划方案提出合理化建议。
（1）做好特高压落点与河北南网500kV电网的衔接，确保特高压电力落地，满足地区经济社会发展需要；（2）完善和加强500kV电网，促进河北南网主网架的提升，使500kV网络能独立担负河北南网内跨地市输送电力的功能，真正成为全网范围内的骨干输电网；（3）以坚强的500kV网架为基础，逐步实施220kV电网分区供电，实现220kV电网与500kV电网的合理分工，提高电网安全稳定水平。
参考文献
[1]国网河北省电力公司.河北南网“十三五”电网发展规划总报告[R].2015.
[2]刘振亚.全球能源互联网[M].北京：中国电力出版社，2015.
[3]严同.电力系统设计随笔[EB/OL].https：///people/yan-tong-70/posts.
作者简介：齐晓光（1989，02-），男，籍贯：河北省石家庄市，职称：助理工程师，研究方向：新能源接入特性分析。