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弱电磁环网的安全风险分析 0 基本研究进展 磁环网络是指由不同电压级的导线形成的环形电网。在高电压等级网架建设过程中会形成若干电磁环网,考虑到供电可靠性、输电能力等方面因素,有些电磁环网不具备解环条件,从而给系统安全稳定运行带来一定风险［１－３］。随着高电压等级网架的不断完善,电磁环网将逐步实现解环运行［４－７］。目前国内电网220kV/110kV已经基本实现解环,500kV/220kV,750kV/330kV(220kV), 1 000kV/500kV还存在电磁环网。 针对电网建设发展过程中出现的电磁环网问题,学者们在解环条件和运行控制等方面进行了研究。文献针对含500kV/220kV电磁环网的大型复杂输电网络提出了一种改进的可靠性评估模型。文献提出了一种基于效益风险函数的电磁环网风险评估与控制方法。文献[10-11]指出在对电磁环网中高一级电压等级线路故障分析时,不应忽视该线路无故障跳线校核。文献[12-13]对环网潮流控制进行了研究。文献对比了电磁环网和分层分区2种运行方式,并介绍了进行方式决策的方法。文献建立了模糊综合评价模型,从静态安全性、暂态安全性和运行经济性等方面对电磁环网开环方案进行定量综合评价。文献总结了电磁环网实施开环研究的一般步骤。文献[17-19]对西北电网750kV/330kV电磁环网进行了研究,指出在750kV骨干网架形成初期,330kV网架结构较坚强而750 kV网架结构相对薄弱的情况下, 750kV/330kV电磁环网合环运行更为有利。特高压扩建工程投运后,中国形成第1个1 000kV/ 500kV电磁环网,文献对鄂豫断面特高压电磁环网进行分析,并提出了改善运行特性的措施。文献[21-22]对规划网架中1 000kV/500kV/220kV三级电磁环网进行了研究,并总结了解环原则。 当电磁环网中高电压等级线路网架薄弱、低电压等级线路电气距离较大时,容易形成弱电磁环网。 弱电磁环网运行方式下,高电压等级线路故障会给系统带来大的冲击,系统运行将面临较大的安全风险。本文对弱电磁环网运行控制面临的问题和对策进行了研究。 1 弱电磁环网运行控制 图1所示为电磁环网示意图。图中,线路AB为高电压等级线路,线路CDE为低电压等级线路, 母线A与C、母线B与E均存在电气联系。 一般来讲,电磁环网本身属于弱电网结构,高电压等级通道断开容易给系统带来一系列安全稳定问题。当电磁环网中低电压等级通道联系薄弱时,系统运行面临的安全稳定问题更加突出,本文主要关注这类电磁环网(即弱电磁环网)的运行控制问题。 需要说明的是,弱电磁环网运行控制面临的一些问题和对策同样适用于一般电磁环网。 弱电磁环网具有如下特征。 1)电磁环网中高电压等级线路网架薄弱。高电压等级线路通常为单回线或同杆并架双回线,如果发生N-1或N-2故障,容易导致高电压等级输电通道失去,故障后两端系统仅通过低电压等级线路相连。 2)电磁环网中低电压等级线路电气距离大。高电压等级输电通道失去后,两端系统之间的电气距离大幅增加,系统联系大幅削弱。 3)电磁环网中高电压等级线路充电功率大,且边界母线处系统短路容量小。在边界母线处进行空充线路、解合环等操作时,容易引起近区母线电压大幅变化。 如果一个电磁环网满足特征1,并且至少满足特征2和3中的一个,则该电磁环网属于弱电磁环网。 2 解环难点分析 弱电磁环网运行方式下,高电压等级线路故障可能给系统带来很大冲击,系统运行面临的安全风险大,电网运行控制要求高。实际中往往将具备条件的弱电磁环网解环运行,以降低系统安全风险。 电磁环网解环是一项系统工程,需要考虑潮流分析、稳定分析、短路电流、供电可靠性、电力电量平衡等多方面因素,综合评价各方面利弊后,才能确定解环的可行性和具体方案。当电网中形成弱电磁环网时,受送电需求、供电可靠性等因素制约,往往不具备解环条件,只能合环运行。 电磁环网运行带来的主要问题有:高电压等级线路故障后潮流转移带来的稳定性破坏问题、短路电流超标问题、继电保护和安全自动装置整定复杂、 潮流控制困难等［５，８，１４］。与普通电磁环网相比,弱电磁环网运行方式下短路电流问题并不突出,但高电压等级线路故障后潮流转移带来的稳定性破坏问题更加严重,而且可能导致过电压/低电压问题,空充线路、解合环等操作也存在一定困难。弱电磁环网运行方式下,系统主要面临以下4类问题,下文以图1所示的电磁环网为例进行说明。 2.1 故障后的稳定性 弱电磁环网运行方式下,高电压等级线路故障后,大量潮流转移至低电压等级线路,两端系统电气联系大大削弱,系统稳定水平大幅下降,容易导致稳定破坏事故。故障后潮流转移导致的稳定问题包括暂态稳定、动态稳定、热稳定、电压稳定等问题。 如图1所示的电磁环网,线路AB电气距离较小,线路CDE电气距离较大,故障前潮