湖南省500kv主干网络及与华中电网联络线研..

　　 湖南省500kV主干网络及与华中电网联络线研究苏志扬（湖南省电力勘测设计院，湖南省 长沙市 410007） 摘 要：第十一个五年计划期间湖南电网500kV主干网络发展迅速，在受端系统形成500kV环网基础上，将通过构筑横贯三湘的三条“西电东送”通道及纵联长江南北的三条“北电南送”通道将外部电源分散接入受端系统以保证电网的安全经济运行。研究表明，为配合三峡送电湖南，湘鄂之间的第三回500kV联络线采用湖北潜江变至湖南岳阳变方案比荆州变至益阳变方案更有利。还提出了湖南电网远景目标网络的初步设想。
关键词：湖南电网；500kV主干网络；联络线
1 前言
第十一个五年计划期间（2006–2010年）是湖南电网主干网络发展的重要时期。为保证三峡安全稳定送电湖南，2010年前湖南与华中电网之间将新建二回500kV联络线，加上原有葛洲坝水电站—岗市变500kV线路，三回联络线最大送电容量将达2500MW，从而构成湖南省“北电南送”的格局。随着“十五”末期岳阳500kV变电所的建设，有必要对原湘鄂之间新建荆州变—益阳变双回500kV联络线方案进行仔细研究。三板溪水电站、金竹山电厂扩建等工程的建设也对湖南电网500kV主干网络如何保证安全经济运行提出了更高的要求。

2 湖南省电网基本情况
2002年底湖南省装机容量为11110.86MW，其中水电装机6135MW。统调用电最高负荷6483MW。湖南电网已建成五强溪水电站—岗市变（常德）—复兴变（益阳）—沙坪变（长沙）—云田变（株洲）—民丰变（娄底）—五强溪水电站的500kV环网，目前通过葛洲坝—岗市的500kV线路和蒲圻变—峡山变的220kV线路与华中电网联络，220kV联络线为开断运行。全省共有500kV变电所5座，变电容量4250MVA，500kV线路8条894.3km。
湖南省电源多分布于西部地区，而负荷却集中在东部长、株、潭地区，形成长距离、大容量的“西电东送”格局。省内的500kV/220kV电磁环网由于500kV网架不强，目前难以解环运行，在一定程度上限制了500kV 线路的输送能力[1]。特别是受端系统的长株潭地区由于电源装机容量不足，受电比例较大，系统故障时缺乏电源支撑，容易引起系统电压崩溃。
3 湖南电网2010年500kV主干网络方案
3.1 湖南电网与华中电网500kV联络线方案
2003年底湖北荆州变—湖南益阳变的第一回500kV线路将建成投产（已开工建设）。“十一五”期间将建设第二回荆州变—益阳变500kV线路（262km，方案一）。根据湖南省电源、负荷分布及湘鄂二省的地理特点并综合考虑湖南与华中电网的网络规划，为达到节省投资、提高系统稳定水平的目的，湘鄂之间第三回联络线拟采用湖北潜江变—湖南岳阳变方案（140km，方案二）参与比较。两方案见图1。 3.2 湖南电网500kV主干网络方案
湖南电网500kV主干网络方案应适应我省国民经济和社会发展持续增长的用电需求，并适应电力市场商业化运营要求，合理配置资源，满足厂网分开、竞价上网及电网经济调度的要求。
为贯彻电力系统“分层分区”的设计原则，保证电网正常运行方式下的经济性，避免低一级网络过载，充分发挥各级电压网络传输效益，降低低一级电压网络的短路电流，提高系统暂态稳定性和电网抗干扰能力，缩小事故影响范围，有必要从电网结构上将湖南电力系统划分为几个区域。每个区域电力网络的较为合理的运行结构一般应该只在最高一级电压（500kV）网络实现互联（除了并行着有可比拟的传输能力相当的220kV多回线路，确实可以降低网损或提高电压水平）。
2010年湖南电网从结构上可以划分为受端系统（包括湘东北的长沙、株洲、湘潭、岳阳市和湘东南的衡阳、郴州、永州市，即湖南省沿京广铁路沿线重点发展的“一点一线”地区）和送端系统（包括湘西北的常德、益阳、张家界市和湘西南的娄底、邵阳、怀化、湘西自治州）。受端系统负荷中心为长、株、潭三市，负荷约占全省负荷的40%左右。
湖南电网送、受端系统（长、益和娄、潭）之间均通过500kV和220kV线路相联，同时送端的湘西北与湘西南电网通过五强溪水电站（500kV）和凤滩水电站的黄秧坪开关站（220kV）直接相联。目前均保持500/220kV电磁环网运行。在220kV层面送、受端系统及送端系统之间为较弱的联系（均为二回220kV线路）。2010年为了使电磁环网解环运行，这些较弱的220kV区间联系均应打开。
为保证三峡、三板溪、金竹山扩建等西部电源电能的输送，2010年湖南电网将构筑横贯三湘的东西向三条500kV“西电东送”通道：一是以三峡、葛洲坝、湘西北电源送出为主的岗市—复兴—长沙西（和沙坪）的北部通道，二是以金竹山、五强溪、湘中电源送出为主的金竹山—民丰—湘潭的中部通道，三是以三板溪、湘西电源送出为主的怀化—邵阳—衡阳—云田的南部通道。在湖南电网受端系统负荷中心形成环绕长、株、潭三市的500kV不完全双环网的基础上，将各外部电源分散接入该受端环网，为大量接受外区电力打下基础。


湖南省500kv主干网络及与华中电网联络线研究 : 　
4 方案技术经济比较
4.1 系统潮流计算及分析
2010年潮流计算表明，方案二潮流分布较方案一合理。方案一中由于岳阳变需从沙坪变转供潮流，长距离输送造成系统网损加大，如丰大、枯大方式下，方案一比方案二系统网损分别大10.3MW和10.4MW，且益阳—长沙断面（含复兴—沙坪和复兴—长沙西）潮流最大达2440MW；而方案二中岳阳变直接从潜江变引接，顺乎系统潮流，益阳—长沙断面潮流最大仅1750MW，减少约700MW。不仅减轻了长、益断面的输送压力，同时拉近了湖南电网受端系统与华中主网的电气距离，为湖南受端系统稳定水平的提高创造了条件。方案二的电压水平也较方案一高2~3kV。
方案二中长沙西—沙坪500kV线路的拉通使长株潭500kV电网构成一个整体，长沙电网的河西与河东断面和长沙与岳阳断面的220kV线路潮流较方案一减轻约100MW，充分发挥了各级电压网络的传输效益，从而保证了电网正常运行方式下的经济性，避免低一级网络过载。使得困扰长沙220kV地区电网解环运行的一个“瓶颈”线路可以顺利解开，为降低湖南受端系统的短路容量打下基础。
4.2 静态安全分析
论文湖南省500kV主干网络及与华中电网联络线研究

“N-1”校核计算表明，方案二除了邵阳—衡阳和复兴—长沙西线路外，其余线路潮流均小于方案一线路潮流，这两条线路均是在同一断面上减少一回500kV线路，且未达到线路经济输送容量。而线路输送容量的降低对系统稳定水平的提高是相当有利的。
荆州变—潜江变断面潮流从方案一的最大潮流1850MW增加为方案二的最大潮流2300MW，断面潮流仅增加450MW，线路“N-1”静态安全校核最大潮流为1930MW，未超过LGJ-4×400导线热稳极限（2470 MW）。
4.3 系统稳定计算及分析
稳定计算表明，两个方案均满足新的电力系统安全稳定导则中的第一级安全稳定标准[2]。但在丰大和枯大方式下校核任意一组送电回路（双回）全部发生三相永久性故障时系统稳定水平，方案一丰大方式在荆州—复兴的复侧线路发生三永故障，系统功角失稳；丰大方式荆州—复兴的荆侧、复兴—沙坪的双侧、民丰—湘潭的双侧、湘潭—云田的双侧、枯大方式荆州—复兴的荆侧线路发生三永故障，系统电压失稳；而方案二仅丰大方式在
民丰—湘潭的民侧线路发生三永故障，系统电压失稳，其余送电回路发生三永故障系统仍能保持稳定，基本符合暂稳“N-2”原则，使困扰湖南电网的电压崩溃问题得到了较好解决。方案二中岳阳500kV变因为串接于500kV联络线上，使之稳定水平由方案一的单瞬稳定水平提高到三永稳定水平。
方案二与方案一相比虽然在某些送出回路上减少了线路回数，但通过加强受端系统500kV主干网络结构，系统稳定水平更高，取得了既节省网络投资、又提高系统稳定水平的双赢局面。
虽然枯大方式下外区送入湖南电力（2300MW）比丰大方式下（2000MW）要多，但由于湖南电网受端系统枯大方式开机容量比丰大方式要大，受端系统电压支撑能力更强，反而可以接收更多的外区电力送入。这从一个侧面也反映了加强受端系统电源建设对增加接收外部电能是十分有益的。
4.4 方案经济比较
方案二线路长度比方案一减少约218km。方案二综合造价（包括新建岳阳长江大跨越费用约4000万元）比方案一节省约27600万元。在年运行费用上，方案二比方案一每年节约1456万元。
4.5 方案综合比较
方案一中大量电源汇集于复兴变，其500kV进出线路数达到8回，承担着湖南省西电东送和北电南送的重任，成为湖南电网最重要的枢纽变电所，系统交换功率最高达到2440MW，占全省计算负荷的24%；复兴—沙坪双回500kV线路最大潮流为1660MW，占受端系统长株潭地区负荷的40%，二者比例均过大。湘潭500kV变亦如此；而方案二中由于将荆州—复兴的第二回线路改为潜江—岳阳，复兴变500kV进出线路数减少为6回，降低了复兴变在湖南电网中的重要程度，从而减轻了在该所发生严重故障时因系统失去电源过多而引起受端系统电压低落甚至崩溃的可能性，避免了湖南电网西电东送“瓶颈”问题的再次出现。其系统交换功率最大仅为1750MW，仅占全省计算负荷的17%，复兴—长沙西500kV线路最大潮流为1070MW，占受端系统负荷的26%，所占比例较方案一大为减小。
从网络结构上来看，方案一将复兴500kV变环入湖南电网受端系统，但由于其负荷较轻，且低一级的220kV网络与长株潭电网开环运行难以相互支援，造成受端系统网络结构过于松散和庞大，难以抵御系统故障的冲击；而方案二将复兴—沙坪的一回线路剖接进长沙西500kV变，并加强了长沙西—湘潭变断面，使湖南电网受端系统长株潭负荷中心构成完整的500kV环网，网络结构清晰，环网上潮流较轻，避免了某个回路故障引起的负荷大转移。这样既便于外部电源的引接和发散，也为沙坪、岳阳和云田500kV变引接了新的外部电源，从而使受端电网的稳定水平上了新的台阶。受端网络能够适应系统负荷发展和不同运行方式的变化，具备较大的灵活性。


湖南省500kv主干网络及与华中电网联络线研究 : 　
方案二中湖南电网通过三回不同路径的500kV线路与华中电网联络，并将衡阳—湘潭的线路改为衡阳—云田线路，对湖南电网受端系统来说是分散外接电源，即岗市—复兴—长沙西（包括沙坪）的500kV线路主要接收三峡和葛洲坝的电力，潜江—岳阳—沙坪的500kV线路主要接收水布垭水电站（装机容量1600MW，多年调节）的电力，金竹山（包括五强溪）—民丰—湘潭的500kV线路主要接收五强溪水电站和金竹山电厂扩建工程的电力，而怀化—邵阳—衡阳—云田的500kV线路主要接收三板溪水电站的电力。四组送电回路基本相互独立，避免了在发生多重性故障时，因功率大转移造成全网性事故的可能。对华中电网来说，湖北鄂东受端系统通过潜江500kV变与湖南长株潭受端系统建立了间接联系，避免了三峡电站投产送电后华中500kV主干网络“头重脚轻”局面的出现，通过加强华中电网受端系统联系从而增强了华中电网抵御系统故障的能力。同时通过减少荆州变的500kV 出线回路数，也降低了荆州变故障对华中电网尤其是湖南电网的冲击。而衡阳—云田线路的建设为将来金沙江梯级水电站送电湖南的直流换流站的接入创造了更为有利条件。
5 湖南电网远景规划设想
2015年湖南电网首先是加强受端系统的电源建设，即加快湘潭二期和长沙电厂的建设，结束长沙市作为全国省会城市唯一无大型电源的历史，并将金沙江的电力直接引入长株潭地区；二是加强受端系统网络建设，建成环绕长株潭三市的500kV双环网，为大量接收外区电力打下基础；三是为加强华中电网500kV网架结构和满足岳阳负荷增长需求，新建华能岳阳二期电厂，并建设岳阳变—湖北咸宁变的500kV线路，不仅解决湖北荆州、潜江、咸宁地区电源较少、系统电压水平较低的问题，并部分分担三峡水电站西电东送断面潜江—咸宁较重的潮流（2630MW），从而使湘鄂间联络线达到四回，加强了华中电网受端系统联系，成为沟通各大受端系统的电力交通要道，使三峡水电站能够得到更合理的开发和利用，可以交换由于各区域电网电力建设容量与规划的地区负荷增长之间在时间上的不完全对应，以此来提高湖南乃至华中电网的稳定水平。
2020年湖南电网首要任务仍然是加强受端系统的电源和网络建设，即加快长沙抽水蓄能电站建设并建成环绕长株潭三市的500kV “日”字形双环网；二是为满足全省用电需求，开工建设金竹山电厂扩建二期和石门电厂二期；三是建设湖南电网的500kV西部大环网和南部大环网。
6 结束语
（1）随着湖南省500kV主干网络的发展特别是“十五”末期岳阳500kV变的建设，研究表明，三峡送电湖南第三回500kV送电线路采用潜江—岳阳方案比荆州—益阳方案无论是在技术上还是经济上都具有较大的优势。
（2）“十一五”期间湖南电网在受端系统形成500kV不完全双环网基础上，通过构筑横贯三湘的北、中、南三条“西电东送”通道及纵联长江南北的东、中、西三条“北电南送”通道将外部电源分散接入受端系统是保证电网安全经济运行的关键。
（3）远景湖南电网将继续加强受端系统的建设，构筑环绕长株潭三市坚强的“日”字形500kV双环网。同时兴建岳阳—咸宁的500kV联络线加强与华中电网的联系，进一步提高湖南电网的安全稳定水平。
参考文献
[1] 苏志扬（Su Zhiyang）．湖南西部电网高低压电磁环网解环研究（Study on ring rejection of high/low voltage electromagnetic ring network in the western part of Hunan province）[J]．电力建设（Electric Power Construction），2002，23(7)：35-37．
[2] DL 755-2001，电力系统安全稳定导则[S]． 电网技术


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