南部電網問題分析論文

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摘要：文章分析了影響河北南網安全穩定運行的主要問題，根據目前網架結構和供電設備存在的薄弱環節，提出了應對措施。

關鍵詞：電網；電力系統穩定；供電可靠性；運行安全

1、河北南網概況

截止到2002年底，河北南部電網直調發電裝機容量為8769.9MW，直接接入220kV主網的發電容量為6170MW，占全網直調總容量的70.35%；接入500kV電網的發電容量為1260MW，占全網直調總容量的14.37%；接入110kV及以下的直調發電容量為1339.9MW，占全網直調總容量的15.28%。直調電廠19座（包括娘子關電廠），裝機臺數86臺。從網外增購電力后，河北南網直調的發購容量為9279.9MW.截止到2002年底，全網共運行500kV變電站4座，500kV降壓變壓器4臺，容量3000MV.A，500kV輸電線路6條，長度660.173km.220kV變電站58座（包括用戶站3座），220kV降壓變壓器110臺，容量14190MV.A.

河北南部電網以220kV與500kV構成主網架，通過220kV韓（韓村河）－涿（涿州）雙回線及500kV房保線與京津唐電網相聯。潮流分布為南電北送、西電東送的格局。全網最高發購電負荷達到8570MW，南網6個供電公司網供最大負荷依次為石家莊：2400MW，邯鄲：1731MW，保定：1610MW，滄州：1234MW，邢臺：1172MW，衡水：862MW.

2、主網存在問題及對策

隨著全國聯網的推進，2003年，河北南網將通過保北——霸州——吳莊500kV線路與天津聯網，通過邯東——新鄉500kV線路與華中電網聯網，同時邯東——廉州、邯東——藺河500kV線路也將投入運行，電網結構將發生較大變化。河北南網成為聯結東北、華北和華中的大通道。大區聯網初期，穩定問題突出，電網運行方式多處受限，短路容量劇增，開關遮斷容量不足，部分刀閘、線路不能滿足熱穩定要求。

2.1、部分廠站開關遮斷容量不足經2003年短路容量分析，兆通、來馬、馬頭電廠、羊范220kV母線三相短路電流已達到開關遮斷電流的90%以上。這些廠、站在系統中的位置較為重要，通過方式安排降低母線短路容量存在較大困難，因此，上述開關應及早進行更新改造。兆通站220kV母線短路電流已達31.14kA，10臺220kV開關額定遮斷電流均為31.5kA，2003年應考慮全部更換。根據短路電流分支系數計算，主變211、212開關、兆鋼一、二線261、262開關盡可能在石廠200MW機組并網前進行更換，其它6臺開關應在年內更換完畢。同時，應對兆通站母線架構、刀閘等一次設備進行校核。來馬站母線短路電流為28.99kA，有7臺31.5kA的開關，分別為251、252、253、254、255、211、202達到開關遮斷電流的92%.

考慮短路分支系數因素，2003年應優先安排更換主變211開關，其它6臺開關應在2003年、2004年考慮安排更換。馬頭電廠母線短路電流為28.36kA，有5臺31.5kA的開關，分別為215、216、272、276、240，達到開關額定遮斷電流的91%.考慮短路分支系數因素，2003年應優先安排更換啟備變240開關，其它4臺開關應在2003年、2004年考慮安排更換。羊范站母線短路電流為25.05kA，有1臺26.3kA的開關（主變211開關）還未改造，已達開關額定遮斷電流的95%，應在2003年考慮更換。

2.2、邯邢斷面220kV線路過負荷,根據2003電網分析計算，與華中聯網后，在某些方式時邯邢斷面220kV線路存在過負荷問題。為適應電網結構的變化，原運行中的線路安全監控系統需進行相應改造以適應聯網后的要求。

2.3、保定地區電網低電壓根據華北網調方式安排，2003年夏季房山500kV變電站將新增2臺500kV主變，為控制房山站附近短路容量，韓涿220kV網間聯絡線將解環運行。當保定負荷較大時保北主變掉閘，保定地區220kV電壓將嚴重下降，最低達到185kV以下。針對保北主變掉閘保定地區低電壓問題，可在涿州、新建固店、易縣站新增3套低壓減載裝置，使保定地區裝設的低壓減載裝置的220kV站達到7座，控制負荷300MW.

2.4、500kV主變過負荷

河北南網僅有4臺500kV降壓變壓器，經計算分析，當從外網受電較多時，1臺變壓器掉閘可能引起其它變壓器過負荷，最大可能超過主變容量的40%.根據變壓器運行規程，變壓器應有短時過負荷能力，0.5h短期急救負載系數為1.50.針對主變過負荷問題制定事故處理預案，采用事故后運行調整的方法解決。

3、輸配網存在的問題及對策

3.1、重要供電小區運行安全問題隨著電廠小機組的退役和小區負荷的不斷增長，小區供電可靠性問題日益突出。特別是石廠、邯廠小區，在某些故障時功率缺額很大，很可能造成小區全停事故。應提高現有低頻低壓解列裝置的定值，研究改造現有解列裝置，使裝置可靠動作，盡可能避免發生小區全停事故。對特別重要用戶應考慮從不同電源點引入電源，可大大提高供電可靠性，降低對用戶全停電的幾率。針對機組退役后電廠供電區功率缺額較大問題，應考慮直供負荷切改措施，緩解小區供電壓力。

3.2、部分220kV變電站主變過負荷

截止到2002年底，河北南網已投入運行的220kV變電站共58座（包括3座用戶站），最大負荷率超過80%的變電站有26座（不包括單臺主變的變電站），特別是其中12座站的最大負荷率已超過90%，主變基本已滿負荷甚至過負荷。由于主變過負荷，造成用電高峰季節嚴重限電，限制了電力市場發展。在12座滿負荷變電站中，高碑店、定州、王段、銅冶、東寺、南郊等6座變電站已制定解決措施并正在建設中，許營、常山、魏縣、安平、章西、容城等6座已制定解決措施但尚未開工。對于負荷率偏高的變電站應適時采取措施減輕負荷。

3.3、局部地區缺少220kV變電站布點，110kV線路供電距離較遠，河北南網京廣鐵路西側的太行山區及東側廣大農業地區，過去經濟比較落后，用電負荷較小，主要靠110kV線路供電，供電距離較遠，例如保定地區上陳驛——浮圖峪——淶源線路長達90km，串帶3座110kV站。近年來，隨著地方經濟發展，用電負荷迅速增長，末端電壓最低達96kV，無法滿足用戶供電要求，限制了電力市場發展。保定、邢臺東部地區也存在110kV供電距離較遠的問題。

3.4、110kV電網存在的問題

雖然近年來進行了大規模農、城網改造，110kV電網得到很大改善，但是由于投入到110kV電網的資金有限，電網原有的問題并未徹底解決。另外，隨著負荷增長，也出現了如下一些新的問題。

a.單電源情況較多，不滿足供電可靠性要求。網絡基礎比較薄弱，單線單變情況較多，特別是淶源、淶水、阜平、靈壽、新河、孟村、鹽山、海興、棗強、武強等縣全縣只有1路110kV電源，當線路停運時造成大面積甚至全縣停電，不但損失大量負荷，還會造成不良的社會影響。

b.缺乏統一規劃，網絡結構即復雜又薄弱。由于過去110kV電網由地方集資建設，缺乏統一規劃，各地為節省投資，不注意加強主網架建設，新建變電站往往只是就近破口或T接，1條線路串接或T接多個變電站的情況非常普遍，110kV網絡即薄弱又復雜，不但供電可靠性差、網損高，而且也難以滿足日益增長的負荷需求。

3.5、主要對策針對目前供電配網存在的主變容量不足、供電能力和可靠性不滿足要求、網絡結構不合理等問題，應采取以下措施。

a.舊站增容改造。河北南網現已投入運行的50余座220kV變電站大多數規劃容量為2×120MV.A，而出現過負荷的12座220kV變電站的主變容量大部分為2×120MV.A，因此2×120MV.A的規模已不能滿足系統目前的負荷水平，更無法適應電網進一步發展。這些變電站大多數運行10～20a，設施狀況比較好，且多數位于負荷中心，通過改造增容提高其供電能力，解決過負荷問題，一般要比建設新站投資少、工期短，在經過技術經濟論證可行的前提下，應優先考慮。

b.建設新站。在負荷增長較快、潛力較大的區域，或電網結構比較薄弱的區域，要適時地建設新站。但新建變電站布點必須考慮與其它站之間的關系，應有合理的供電范圍，做到舊站增容改造與建設新站統籌規劃，優化變電站布局。

c.加強110kV電網建設。110kV電網存在的問題，往往直接影響到用戶供電，應適當增加投入，改善加強110kV電網結構，增加供電能力，提高供電可靠性與供電質量，滿足用戶需求。

d.適當加強220kV變電站之間的110kV聯絡，不僅可以提高110kV系統的供電能力和供電可靠性，還可以增加220kV變電站之間轉供電能力，提高主變負荷率，緩解過負荷問題。

4、電網設備抵御自然災害能力不足及對策

自然災害是威脅電網安全運行的主要因素之一。目前，電網抵御惡劣天氣和自然災害的能力不足，特別是城鄉電壓等級較低的配網桿塔、線路等設備抗侵襲能力不高。2002年8月，河北南網經受了歷史上罕見的大風雷雨天氣的襲擊，部分區域最大風力超過12級，風速達34m/s，超過了電網輸電線路最高設計風速標準。在惡劣的氣象條件下，城鄉35kV及以下配網線路設計水平較低，防大風和雷雨的能力不足，加之線路走廊距離樹木較近，受樹線矛盾、樹木倒覆、倒桿和雷擊影響，造成大范圍的故障掉閘。據統計，2002年8月3日～8月5日期間，河北南網10kV及以上線路共故障掉閘1124路次（其中瞬時故障597路次），損失負荷1340MW.在掉閘路次中，城鄉10kV線路掉閘達1066路次，對電網的安全運行和可靠供電產生了一定的影響。

4.1原因分析

4.1.1線路故障掉閘的原因

一般線路故障掉閘，主要是因為風力較大引起的風偏放電和遭到雷擊造成線路掉閘。主網架線路直線塔上的導線對桿塔放電，主要原因是在個別地區架空線路的最大設計風速低于實際“按當地氣象臺、站采用離地面15m高、15a一遇、10min時距平均的年最大風速作樣本”的風速。倒塔的主要原因是線路設施被偷，或線路的實際風速遠大于最大設計風速。

4.1.2城市配網10kV線路故障原因

a.樹線矛盾。雖然城網改造后絕緣線增多，樹枝觸碰導線引起的接地問題有所緩解，但河北省原來問題較多，配電線路絕緣化率仍然不高。因而，大風雷雨天氣時由于樹線矛盾引起的接地故障仍時有發生。另外，即使采用了絕緣導線，仍然無法避免大風倒樹砸斷導線的情況。

b.雷害。雷擊引起大量的線路故障掉閘的主要原因是：有些線路漏裝避雷器，特別是有些線路的電纜和架空線連接處、電纜兩端未裝避雷器，造成雷擊故障；在運避雷器和接地裝置缺乏有效監督，試驗不及時，不能保證其處于良好的狀態，在近郊空曠、建筑物較少的區域這種情況造成的后果更為嚴重。

c.線路分段開關偏少。雖然城網改造工程中增加了相當數量的柱上開關，但還有個別線路未裝分段開關，一旦發生故障即造成全線停電，擴大停電范圍。

d.用戶設備故障。用戶設備故障引起線路停電的情況為數不少，這些設備產權屬于用戶，缺乏有效的監督，不能保證設備處于良好狀態，其事故容易引起配網主網故障。

4.2、防范措施

分析近幾年河北南網的實際運行情況，認為應從電網的合理規劃建設、設備選擇、運行維護等方面入手統籌考慮，這樣才能有效地抵御自然災害的侵襲，確保電網安全、穩定、經濟運行。

4.2.1進一步規劃和建設電網目前河北電網的網架結構仍較薄弱，且大部分市區外圍沒有形成強有力的高壓環網。當惡劣的氣象條件造成重要變電站全停時，可能會造成市區大面積停電，因此應進一步做好河北南網的規劃和建設。1995年以來，河北省電力公司通過實施城網建設與改造工程，解決了電網中許多十分迫切的問題，城網抵御自然災害和各種故障的能力明顯增強。從2000年開始，城市10kV配網線路故障次數和故障率大幅度下降，大風雷雨天氣故障掉閘率由1997年的27.19次/（百km.a）下降到2002年的12.09次/（百km.a），用戶供電可靠性由1998年的99.904%，提高到2002年的99.968%.

4.2.2設備選擇及運行維護

4.2.2.1變電設備

對站內各種軟連接導線和跨線長度認真進行校核，對弧垂過大的連線要采用截短、加重錘等措施，防止風偏過大引起放電故障；雨季前對防雷設施要進行全面的檢查和試驗，確保其有效性；應慎重延長防雷設施預試周期，有可靠的替代措施，并保證備品充足；由于室內配電裝置外絕緣等級較低，雨季前要對各變電站配電室認真進行檢查，防止惡劣天氣由于配電室進水而導致室內設備發生故障；采取必要措施，提高主變低壓側設備運行的可靠性，避免開關柜火燒連營等惡性事故發生，尤其要防止事故擴大，造成主變跳閘或損壞；確保二次保護設備的可靠性，事故情況下保證可靠動作，防止由于保護、自動裝置誤動和拒動，造成事故擴大、影響電網安全運行、損壞一次設備等情況出現。

4.2.2.2輸電設備

a.準確選擇線路的設計參數。適當提高線路最大設計風速的標準，可提高線路的可靠性。但是隨著設計風速的提高，塔頭尺寸、桿塔及基礎等都要加強和加大，勢必增加線路的本體投資。據測算，單回220kV線路，若將最大設計風速由25m/s提高為28m/s，線路的本體投資約增加10%.要正確選擇架空線路的最大設計風速，一般應依據氣象站資料、大風調查和已建線路運行情況等因素綜合分析確定。為避免投資增加過多，對較長的架空線路，可有針對性地適當提高空曠、河套及歷史上經常出現大風的部分地段的設計風速標準。

b.做好輸電線路防風偏放電措施。對在運的線路耐張桿塔（干字型）中相引流線進行認真的檢查，對引流線長度超標的應進行處理，長度控制在以懸垂絕緣子串稍有偏斜為宜。對在運的直線桿塔，若由于調爬增加了懸垂串的長度，要對串長進行認真核算，校驗其風偏角度。對搖擺角度超標的，應及時進行處理，一般情況下可采取加裝絕緣子串配重的措施。位于微地型、微氣象條件的在運線路桿塔如河道、山口、風帶區等，應重點治理，措施同上。

c.防導地線舞動措施。舞動故障大多在導線長度超標并伴有惡劣氣侯和地形時發生。對導線弛度超標并位于惡劣地形的線段可采用加裝“防舞器”、“失諧擺”、“阻尼線”等措施。

d.防大風倒桿塔措施。為避免大風雷雨中的倒桿事故，應進一步做好巡線工作，及時補加丟失的防風拉線及塔材，以保證桿塔本體完好。

e.合成絕緣子的防雷措施。近幾年發生了幾起合成絕緣子雷閃事故。目前110kV及以上電壓等級的線路大多采用合成絕緣子，選用合成絕緣子時要同時考慮爬距和干閃距離，應在校核風偏角后盡量選用干閃距離長的絕緣子。

4.2.3城市配網設備

a.加大使用絕緣導線的力度和范圍。絕緣導線能夠有效地防止林木和異物被大風吹到導線上所造成的單相接地和相間短路。目前河北省城網已開始大量采用絕緣導線，但是絕緣化率還很低，有的城市在城網改造完成后也只能達到30%左右，城市近郊仍然以裸線為主。從2002年8月3日～8月5日間2次雷雨時的情況看，10kV城區部分的跳閘大大少于城鄉結合部和農網的跳閘，充分說明絕緣導線起到減少事故的作用。

b.完善防雷設施。目前城網的線路和配電變壓器大都安裝了金屬氧化物避雷器，但是仍然有一些老舊線路和一些與架空線路相連的電纜沒有按要求安裝避雷器。按照規程要求，這類電纜長度小于50m的可在一端安裝避雷器，長度大于50m的要在兩端安裝避雷器。

c.努力解決樹線矛盾問題。進一步爭取市政部門的支持，并加強與園林管理部門的協調，對影響安全供電的樹木進行適當的修剪，對城市樹木生長茂盛的街道，可將10kV線路電桿高度提高到18m，使導線高度超過樹冠。

d.進一步提高二次保護設備的正確動作率。從全國情況看，10kV及35kV配電系統因雷擊而跳閘的概率明顯高于110kV及以上系統，但只要保護和開關設備正常動作，故障就能夠順利切除，重合成功，對正常供電基本無影響。在2002年8月3日～8月5日的雷雨天氣中有45%以上的故障都重合成功了，這表明系統的防災能力基本滿足電網的運行要求。

5、總結

河北南網近年來發展迅速，網架結構日趨合理，主網結構得到加強，穩定水平提高。但必須結合全國聯網、電力負荷快速增長的實際，重視和解決電網穩定、供電可靠性、供電能力和電網抵御自然災害能力的問題，不斷提高電網安全穩定運行水平，為社會經濟發展和人民生活水平提供服務。