陈雪

(国网福建省电力有限公司经济技术研究院,福建福州 350013)

国外输电网结构综述

陈雪

(国网福建省电力有限公司经济技术研究院,福建福州 350013)

研究了国外主要发达国家电网结构,分析了电网结构对供电可靠性、电能质量等方面的影响,提出了电网结构对建设坚强电网,减少电网停电事故等方面具有重要意义。

电网结构 综述 停电事故 供电可靠性

1 概述

电网结构是电网安全稳定运行的基础,2003年8月14日发生的美加大停电事故,其很重要的一条原因就是没有形成合理的网架结构。北美电网由多个电网逐步互联形成,由于没有实行统一规划,造成了电网电压等级多且重叠交错,网络结构复杂,电磁环网交错,高峰负荷时极易发生线路过载,事故时很难实施有效的控制和解列措施。发展电网是世界各国电力工业的共同趋势。现在我国的电网已经进入高电压、大电网、大机组的新阶段。大电网比小电网具有很多明显的优越性,但是大电网对可靠性要求更高,若发生恶性连锁反应,可能造成严重的社会影响和经济损失。在规划电网的目标网架时,应把建立合理的电网结构作为重中之重来研究。要保证大电网的安全稳定运行,首先要有一个合理的电网结构,否则,当系统内某一主要元件发生故障,尤其是发生多重故障时,有可能发展为破坏稳定的事故或因恶性连锁反应而扩大事故。在建设电网结构时必须遵循两条基本原则,即分层的原则和分散外接电源的原则。

2 国外电网结构综述

国外的电网结构有如下几种典型方式:

2.1 电源送电线路集中并联的远距离输电方式

比较典型的是瑞典400kV电网与加拿大魁北克735kV电网,其特点就是水电资源比较集中,且电容量占全国负荷的极大比重,又远离负荷中心,势必通过多回超高压线路接入系统。实践证明,这种结构在出现单一故障时不会有问题,但如出现多重性故障,就有发生全网性大停电事故的可能。无论魁北克系统也好,瑞典系统也好,对于单一线路故障,即按照可靠性准则的设计要求考核系统暂态稳定性的规定故障形态,都要求很大的安全性裕度。对于瑞典系统,在事故发生的过程中,即使同时切除了北部来的主要电源线路6回中的2回和到负荷中心的2回主要供电线,系统仍然可以维持,可见电网结构是相当强的,但却未尽合理。

由于接入同一输电多回路上的主要供电电源容量过于集中,当因线路故障失去了较大的传输能力时,势必引起并列的仍然保留在运行中的其他主要输电线路严重过负荷,引起这些线路继电保护的误动作,以致整个地断开这个主要电源。也是由于这个电源的容量占全系统负荷的比重过大,它的断开势必连锁地引起其他地电源线路严重地过电流和受端系统枢纽变电所母线的严重低电压。

从上述事故说明,这种结构方式对承受多重性故障的能力很差,比较难以防止全网性大停电事故。

2.2 外轮形结构方式

这种结构中比较典型的是日本东京电力系统和关西电力系统。日本电力工业规模位于美国、中国之后,居世界第三位。日本电网结构以500千伏为主网架,以大用户负荷为中心,设置输配电线路,采用地下电缆化、架空绝缘导线、免维护设备,并实行双回路供电。绝大部分变电站无人值守,设备监控100%,自动切换100%,高质量的设备,高自动化的电网技术支撑,加上广泛采用带电作业技术,使得日本的供电可靠性位居世界首位。

60年代日本电力工业总结出:电气事故是不可避免的,发生事故后切除附近的负荷,不影响其他地区,这是可以做到的。东京电力系统的外轮型结构给了我们启示。东京电力系统早在1955年最高电压还是154kV,系统容量达到20GW规模时,在东京外围建了一个154kV外轮线(都是双回线),远方的距离大约200km的7个主力电厂几乎都是分散地接入,受端的外轮线有若干火电厂作为电压支持。到1975年,在275kV外轮线外又建了500kV外轮线,是一个开口的双回路环网;到1985年,当系统发展到35GW时,在原500kV的外轮线外又建了一个500kV外轮双回路。这样的结构大大简化了电网接线,从结构上防止了在发生事故后潮流乱窜。

关西电力系统于1985年在负荷中心建成双回的500kV环网,远方电厂一般都是通过双回路分散地直接接入受端环网。他们认为有的远方电厂即使相互距离很近,为了便于运行,也不应该在送电端相联。这种结构方式有利于电网的安全稳定运行,避免了电源集中的长距离输电方式的结构弱点。为了保证系统的同步运行稳定性和防止因失去稳定而导致严重的系统事故,这两个日本系统在安全稳定控制的自动化方面,还都采用了许多现代化的措施。

2.3 普遍密集型结构方式

比较典型的是英格兰、法国、德国、瑞士、奥地利等国家的电网。这些国家在过去都是首先围绕大城市各自形成系统。随着电力工业的发展,这些受端系统逐步扩大,而且通过联络线与邻近国家相联,形成西欧联合电网。所以他们的400kV电网普遍密集,都有较大的传输能力。这种密集型的电网结构,天然具有很高的安全稳定基础。一般故障情况下,很少可能出现全网性的大事故。保护快速而可靠地切除短路故障,对保证这种电网地安全稳定运行,具有极为重要的意义。这种电网结构形式是历史发展的产物。对于这种电网结构的一个重要安全问题,是要求注意防止电压崩溃和因而引起的严重事故。分析国外的许多系统事故,它们的发生和扩大,往往和电网结构未尽合理有关。不在统一的规划下有目的地建设电网,是很难使电网结构合理的。

3 结语

我国电网经过建国后几十年的发展已经形成了一定的规模,在结构上具有一定的合理性和先进性。可是也应该看到,电网事故仍然时有发生,电网结构需要加强和改进的地方仍然很多,随着全国大联网的逐步实现,我国正在形成一个大电网。大电网可靠性的最重要目标就是防止系统瓦解造成大范围停电事故。因此,考虑大电网可能出现的最坏情况,采取应对措施,对任何大电网都是一项长期方针。

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