电力系统的电磁环网

1、 电力系统的电磁环网 第五章电力系统的电磁环网 电磁环网 不同电压等级组成的网络 通过两端变压器磁回路的联接而形成的环网 对于同一电压等级的网络 由于没有磁的联系 因此不叫电磁环网 而叫电力环网 造成电磁环网运行的原因各不相同 有的源于规划 有的是由于管理体制 有的只是在高一级电压等级出现后未形成坚强网架时出现 而有的则是习惯而已 第五章电力系统的电磁环网 典型电磁环网示意图 第五章电力系统的电磁环网 电磁环网形成的客观原因 首先是由于电力系统发展和传输负荷增大 在同一地区出现了新的高一级电压的输电线路 一般地说 在国际上 新的一级电压大都为原有最高级电压的约一倍或以上 如220 400 220 500等 在我国为 220 500 220 330 110 220等 第五章电力系统的电磁环网 当电力系统一个新的更高的电压等级问世的早期 网络在结构上不可能做到非常坚强 而是一步步完善 加强并日趋合理的 在这个完善 强化的过程中 为了获取大的网络传输功率 以合理利用廉价资源 满足用户对最大用电的要求等 电力系统大多出现一个或多个电磁环网运行 第五章电力系统的电磁环网 事例 1984年 华北电

2、网各联络线为220KV电网 第五章电力系统的电磁环网 1985年华北电网500KV大房 线和500KV神大线投入 形成了220 500KV神大 神万线电磁环网 220 500KV大房 大房 电磁环网和电磁大环网 如图 第五章电力系统的电磁环网 在我国电力系统中 电磁环网的运行对电力系统的安全运行带来了安全隐患 早在1981年7月的全国电网稳定会议上 在水利电力部生产司 1970 1981年全国稳定破坏事故 报告中 统计了11年间由于220 110KV高低压电磁环网造成的电力系统事故占到了26 因此会议大声疾呼 应打开高低压电磁环网运行 之后各地区陆续开断了这些电压等级的电磁环网 1981年我国制定了 电力系统安全稳定导则 第五章电力系统的电磁环网 但随着500KV的线路在几个大区电网中的建设 由于各种因素 新的500 220KV电磁环网在近一些年来又不断形成 虽然大家一致认为500 220KV电磁环网最终必须打开 但究竟应当具备什么条件才需打开 还没有见到有明确的说法 因而影响了这个问题地及时解决 迄今似已取得共识 但也有一个过程 第五章电力系统的电磁环网 一 电磁环网的发展过程实际上

3、 电磁环网是电网发展过程中的产物 当电网规模只有110KV运行时 为了提高输送功率 建设220KV线路 在220KV还没形成坚强网络之前 与110KV网络形成电磁环网 随着传输功率的增加 电磁环网对系统运行的弊病逐渐显露出来 在一定的条件下开断电磁环网 第五章电力系统的电磁环网 电网结构发展及其运行方式变化 第五章电力系统的电磁环网 随着电网的发展 省网间开始联网 500KV网络逐步建设起来 在这个时期中 500KV输电线成了省网之间的重要联络线 加强了网间联系 担负起了大量的输电任务 但是 在500KV网络未形成系统的主网架之前 不能完全替代220KV网络来联系整个系统 第五章电力系统的电磁环网 然而 仍起着主网架作用的220KV网络 却越来越不能满足电力工业的要求 如果没有500KV网络 就会出现电源侧大量窝电 负荷侧大量限电的严重局面 因此 在这个阶段500KV与220KV网络是相互依存的 缺了哪个也不行 在这种情况下 500KV与220KV组成的电磁环网就产生了 第五章电力系统的电磁环网 由于500KV线路没有形成坚强的网络 必须组成220 500KV电磁环网运行 第五章电力系

4、统的电磁环网 广义的讲 凡是不同电压等级的网络相连 都可能出现电磁环网 根据电力系统110KV 220KV 330KV 500KV网络出现和不断完善的历史情况来分析 出现电磁环网的条件可以归纳为 1 相连的区域之间出现了高一级电压的网间联络线 大房 2 区域网内部出现了高一级电压的网络 神大 第五章电力系统的电磁环网 电磁环网在电网中是普遍存在的 大多数电力系统在自身的发展过程中都出现过电磁环网 所以 电磁环网是电力系统发展过程中出现 消亡 再出现 再消亡不断循环的一种现象 第五章电力系统的电磁环网 二 开合高低压电磁环网分析高低压电磁环网极易发生稳定破坏事故 据不完全统计 1970 1980年的11年中发生了与此有关的稳定破环事故40次 1981 1987年仍发生了13次 1988 1990年发生了2次 电磁环网虽是电网结构问题 但往往也是运行管理问题 第五章电力系统的电磁环网 当系统开始出现高一级电压电网时 往往可能与原有的低一级电压电网短时间地构成高低压电磁环网 在这种情况下 低压电网应尽快解列分片运行 在高低压电磁环网解列运行之前 必须采取一定的自动措施 防止因高低压线路故障后

5、系统失去稳定造成系统瓦解的恶果 第五章电力系统的电磁环网 1 高低压电磁环网对系统造成的不利影响为了充分说明打开电磁环网运行更为有利的论点 首先需要对线路的传输能力作全面地分析 影响线路传输能力的因素有二 即通过线路导线的热稳定电流和线路可能传输的有功功率 第五章电力系统的电磁环网 1 导线的热稳定电流这是线路传输容量的一个绝对限制条件 通过导线的最大电流必须低于其热稳定的最大值 这是不言而喻的 在实际运行中 为了充分利用导线的热稳定传输能力 特别对于供电电压高一级的线路 往往按外界温度 较为精确的规定允许的最大电流传输能力 在负荷高峰期传送较大的电力 这是一些电网常见的做法 第五章电力系统的电磁环网 如果采用高低压电磁环网方式运行 就必须保证在任何事故后情况下 通过低一级导线的电流低于其热稳定电流 如果高低压环网联接的是两侧系统 负荷和电源分布在两侧系统之内 则当高压线路断开后 随之发生振荡 以系统解列和甩掉大量负荷而告终 不形成低一级电压线路长期带事故后过负荷的局面 这样反而保护了低一级电压线路 第五章电力系统的电磁环网 事例 电气距离较长 第五章电力系统的电磁环网 但如果在主要的

6、受端负荷中心 用高低压电磁环网供电而又带重负荷时 当高一级电压线路断开后 所有原来带的全部负荷将通过低一级电压线路 虽然可能不止一回 平稳的长期送出 不发生振荡 就难免出现超过导线热稳定电流的问题 第五章电力系统的电磁环网 第五章电力系统的电磁环网 2 线路的稳定传输功率系统间的输电线路所传输的有功功率不得超过电力系统稳定所允许的极值 这又是一条限制 第五章电力系统的电磁环网 在一般的电网条件下 作为限制条件的是静态稳定和暂态稳定极限传输功率 为具体确定某一条线路的稳定传输功率 需要作相应的计算分析 一般 为了满足静态稳定要求 线路正常运行时传输的有功功率不宜大于0 8 0 85Pmax 静稳极限 而为了满足暂态稳定要求 也许不能大于0 7 0 75Pmax 第五章电力系统的电磁环网 如果是简单的高低压电磁环网 即环网中没有较大的向系统供电的电源 正常两侧系统间的联络阻抗将略小于高压线路的阻抗 而一旦高压线路因故障断开 系统间的联络阻抗将突然显著的增大 突变为两端变压器阻抗与低压线路阻抗之和 因而极易超过该联络线的暂态稳定极限 引起两侧系统间的振荡 造成事故扩大 第五章电力系统的电磁环

7、网 第五章电力系统的电磁环网 依照上述两方面的线路传输特性 不难对高低压电磁环网运行做出如下的明确结论 1 从系统安全着眼 不宜采用高低压环网运行方式 而开环运行的可取之处有 第五章电力系统的电磁环网 a 稳定易于控制 在开环网络中发生干扰 往往切除故障元件 再辅以有效的事故处理手段 即可平息事态发展 在环网中如果发生故障 不少情况下切除故障元件后 将引起功率转移 使非故障元件功率越限而导致稳定破坏 第五章电力系统的电磁环网 b 潮流控制方便 开环运行时 调整送端电源的有功 或功角 和无功 或电压 即能达到调整潮流的目的 合环时 潮流在环网内自然分布 控制困难 往往发生环网中的元件通过功率有的满载甚至过载 有的闲置 第五章电力系统的电磁环网 c 限制短路容量 电磁环网开环运行 是限制短路容量的重要手段 合环运行 因综合阻抗往往较小 短路容量比较大 短路容量大的母线 是那些出线较多 并且电源出线集中的母线 这些母线发生故障 往往是触发电力系统大事故的元凶 第五章电力系统的电磁环网 d 简化继电保护和安全自动装置 环网的继电保护和稳定措施配置比非环网要复杂得多 配合的难度较大 保护和安全自

8、动装置的复杂化和不配合 一般是事故直接或扩大的原因 第五章电力系统的电磁环网 2 从经济运行上着眼 在许多情况下断开环网有可能获得明显的经济运行效益 在某些环网中 因为开环运行不存在环流问题 可能输电损失比合环运行时要小 合环有环流时 从而可提高输电效率 第五章电力系统的电磁环网 循环功率为 第五章电力系统的电磁环网 当变压器变比不匹配时 网络中将产生循环功率 可将近似表示为 第五章电力系统的电磁环网 可以看出 循环功率既有有功功率又有无功功率 电抗远大于电阻 循环功率中无功部分远大于有功部分 当循环功率的值较大 正常输送功率和循环功率两部分功率分量的叠加后 可能造成电磁环网中功率流动方向相同 顺时针或逆时针方向 则称电磁环网中出现功率环流现象 第五章电力系统的电磁环网 第五章电力系统的电磁环网 而在输电线路中 一般以输送有功功率为主 无功功率是分层分区进行平衡的 正常情况下输送的有功功率一般远大于循环功率的有功功率 因此出现有功环流现象较少 主要是无功环流 表象特征是电磁环网中出现无功功率沿同一方向 顺时针或逆时针方向 周而复始的环流 第五章电力系统的电磁环网 第五章电力系统的电磁环

9、网 有功功率损耗由两部分组成 其中一部分就是由无功功率的流动造成的 其产生的有功功率损耗与输送的无功功率的平方成正比 可见 无功环流同样会产生一定的有功功率损耗 为电网的经济运行带来不利的影响 第五章电力系统的电磁环网 刘家峡 炳灵电磁环网存在无功环流潮流图 第五章电力系统的电磁环网 调整炳灵变两台变压器分接头档位 刘家峡 炳灵电磁环网消除无功环流后潮流图 第五章电力系统的电磁环网 合环运行分析 在电力系统的实际运行中 并非一切电磁环网运行方式对系统稳定运行都是不利的 相反 在有些情况下 也许在一段时间内在充分利用资源 提高输电可靠性 降低输电损失等方面电磁环网运行比开环运行更利大于弊 因此 要结合实际情况具体分析 第五章电力系统的电磁环网 2 高低压电磁环网在一定阶段的有利之处如图 神大线与神万线组成的电磁环网这个电磁环网是合环好还是开环好 要从稳定性和安全性来分析 第五章电力系统的电磁环网 1 稳定性合环时 当潮流由神头送往大同电厂方向的情况下 神大与神万线的综合送电暂态极限为600MW 其中神大线的最大送电暂态稳定极限是500MW 若断开220KV神万线 使电磁环网开环运行 表面

10、上看500KV神大线是强联系 不应受神万线开断的影响 但是 计算结果表明 此时神大线的送电暂态稳定极限只有200MW 比合环时的送电极限小的多 第五章电力系统的电磁环网 为什么开环会比合环送电极限低 稳定性差呢 从系统结构来看 京津唐 山西 石邯联网后 构成一个电磁大环网 神大线与神万线组成的电磁环网串联在大电磁环网中 是大电磁环网的一个组成部分 正常情况下 神头电厂的电力经500KV大房双回线送到京津唐 第五章电力系统的电磁环网 如果采用断开神万线为正常方式 则当神大线故障跳开后 大环网被打开 神头电厂大量的的过剩功率经石邯电网送往京津唐 形成了潮流大转移 而且这一路的阻抗比较大 这就很容易使神头电厂发电厂转子加速失步 如果正常运行方式下神万线是合环的 则神大线跳开后大环网不解开 神头电厂稳定性高的多 第五章电力系统的电磁环网 2 安全性如果神大 神万线合环运行 神万和神大线任一回线故障跳开 大环网都保持着合环方式 再遇到其它元件故障 将大大减少系统解列的可能性 第五章电力系统的电磁环网 综上所述 神大与神万线合环时系统的安全稳定性较高 但是 合环也带来了一个事故后过负荷的问题 即当

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