浅析河北南部电网存在的主要问题及对策

　　摘要：文章分析了影响河北南网安全稳定运行的主要问题，根据目前网架结构和供电设备存在的薄弱环节，提出了应对措施。
　　关键词：电网；电力系统稳定；供电可靠性；运行安全 ?
　　1、河北南网概况
　　截止到2002年底，河北南部电网直调发电装机容量为8769.9MW，直接接入220kV主网的发电容量为6170MW，占全网直调总容量的70.35%；接入500kV电网的发电容量为1260MW，占全网直调总容量的14.37%；接入110kV及以下的直调发电容量为1339.9MW，占全网直调总容量的15.28%。直调电厂19座（包括娘子关电厂），装机台数86台。从网外增购电力后，河北南网直调的发购容量为9279.9MW. 截止到2002年底，全网共运行500kV变电站4座，500kV降压变压器4台，容量3000MV.A，500kV输电线路6条，长度660.173km.220kV变电站58座（包括用户站3座），220kV降压变压器110台，容量14190MV.A.
　　河北南部电网以220kV与500kV构成主网架，通过220kV韩（韩村河）－涿（涿州）双回线及500kV房保线与京津唐电网相联。潮流分布为南电北送、西电东送的格局。全网最高发购电负荷达到8570MW，南网6个供电公司网供最大负荷依次为石家庄：2400MW，邯郸：1731MW，保定：1610MW，沧州：1234MW，邢台：1172MW，衡水：862MW.
　　2、主网存在问题及对策
　　随着全国联网的推进，2003年，河北南网将通过保北——霸州——吴庄500kV线路与天津联网，通过邯东——新乡500kV线路与华中电网联网，同时邯东——廉州、邯东——蔺河500kV线路也将投入运行，电网结构将发生较大变化。河北南网成为联结东北、华北和华中的大通道。大区联网初期，稳定问题突出，电网运行方式多处受限，短路容量剧增，开关遮断容量不足，部分刀闸、线路不能满足热稳定要求。
　　2.1、部分厂站开关遮断容量不足经2003年短路容量分析，兆通、来马、马头电厂、羊范220kV母线三相短路电流已达到开关遮断电流的90%以上。这些厂、站在系统中的位置较为重要，通过方式安排降低母线短路容量存在较大困难，因此，上述开关应及早进行更新改造。兆通站220 kV母线短路电流已达31.14kA，10台220kV开关额定遮断电流均为31.5kA，2003年应考虑全部更换。根据短路电流分支系数计算，主变211、212开关、兆钢一、二线261、262开关尽可能在石厂200MW机组并网前进行更换，其它6台开关应在年内更换完毕。同时，应对兆通站母线架构、刀闸等一次设备进行校核。来马站母线短路电流为28.99kA，有7台31.5kA的开关，分别为251、252、253、254、255、211、202达到开关遮断电流的92%.
　　考虑短路分支系数因素，2003年应优先安排更换主变211开关，其它6台开关应在2003年、2004年考虑安排更换。马头电厂母线短路电流为28.36kA，有5台31.5kA的开关，分别为215、216、272、276、240，达到开关额定遮断电流的91%.考虑短路分支系数因素，2003年应优先安排更换启备变240开关，其它4台开关应在2003年、2004年考虑安排更换。羊范站母线短路电流为25.05kA，有1台26.3kA的开关（主变211开关）还未改造，已达开关额定遮断电流的95%，应在2003年考虑更换。
　　2.2、邯邢断面220kV线路过负荷,根据2003电网分析计算，与华中联网后，在某些方式时邯邢断面220 kV线路存在过负荷问题。为适应电网结构的变化，原运行中的线路安全监控系统需进行相应改造以适应联网后的要求。
　　2.3、保定地区电网低电压 根据华北网调方式安排，2003年夏季房山500kV变电站将新增2台500kV主变，为控制房山站附近短路容量，韩涿220kV网间联络线将解环运行。当保定负荷较大时保北主变掉闸，保定地区220kV电压将严重下降，最低达到185kV以下。针对保北主变掉闸保定地区低电压问题，可在涿州、新建固店、易县站新增3套低压减载装置，使保定地区装设的低压减载装置的220kV站达到7座，控制负荷300MW.
　　2.4、500kV主变过负荷
　　河北南网仅有4台500kV降压变压器，经计算分析，当从外网受电较多时，1台变压器掉闸可能引起其它变压器过负荷，最大可能超过主变容量的40%.根据变压器运行规程，变压器应有短时过负荷能力，0.5h短期急救负载系数为1.50.针对主变过负荷问题制定事故处理预案，采用事故后运行调整的方法解决。
　　3、输配网存在的问题及对策?
　　3.1、重要供电小区运行安全问题 随着电厂小机组的退役和小区负荷的不断增长，小区供电可靠性问题日益突出。特别是石厂、邯厂小区，在某些故障时功率缺额很大，很可能造成小区全停事故。应提高现有低频低压解列装置的定值，研究改造现有解列装置，使装置可靠动作，尽可能避免发生小区全停事故。对特别重要用户应考虑从不同电源点引入电源，可大大提高供电可靠性，降低对用户全停电的几率。针对机组退役后电厂供电区功率缺额较大问题，应考虑直供负荷切改措施，缓解小区供电压力。
　　3.2、部分220kV变电站主变过负荷
　　截止到2002年底，河北南网已投入运行的220kV变电站共58座（包括3座用户站），最大负荷率超过80%的变电站有26座（不包括单台主变的变电站），特别是其中12座站的最大负荷率已超过90%，主变基本已满负荷甚至过负荷。由于主变过负荷，造成用电高峰季节严重限电，限制了电力市场发展。在12座满负荷变电站中，高碑店、定州、王段、铜冶、东寺、南郊等6座变电站已制定解决措施并正在建设中，许营、常山、魏县、安平、章西、容城等6座已制定解决措施但尚未开工。对于负荷率偏高的变电站应适时采取措施减轻负荷。?
　　3.3、局部地区缺少220kV变电站布点，110kV线路供电距离较远，河北南网京广铁路西侧的太行山区及东侧广大农业地区，过去经济比较落后，用电负荷较小，主要靠110kV线路供电，供电距离较远，例如保定地区上陈驿——浮图峪——涞源线路长达90km，串带3座110kV站。近年来，随着地方经济发展，用电负荷迅速增长，末端电压最低达96kV，无法满足用户供电要求，限制了电力市场发展。保定、邢台东部地区也存在110kV供电距离较远的问题。
　　3.4、110kV电网存在的问题
　　虽然近年来进行了大规模农、城网改造，110kV电网得到很大改善，但是由于投入到110kV电网的资金有限，电网原有的问题并未彻底解决。另外，随着负荷增长，也出现了如下一些新的问题。
　　a.单电源情况较多，不满足供电可靠性要求。网络基础比较薄弱，单线单变情况较多，特别是涞源、涞水、阜平、灵寿、新河、孟村、盐山、海兴、枣强、武强等县全县只有1路110kV电源，当线路停运时造成大面积甚至全县停电，不但损失大量负荷，还会造成不良的社会影响。
　　b.缺乏统一规划，网络结构即复杂又薄弱。由于过去110kV电网由地方集资建设，缺乏统一规划，各地为节省投资，不注意加强主网架建设，新建变电站往往只是就近破口或T接，1条线路串接或T接多个变电站的情况非常普遍，110kV网络即薄弱又复杂，不但供电可靠性差、网损高，而且也难以满足日益增长的负荷需求。
　　3.5、主要对策 针对目前供电配网存在的主变容量不足、供电能力和可靠性不满足要求、网络结构不合理等问题，应采取以下措施。
　　a.旧站增容改造。河北南网现已投入运行的50余座220kV变电站大多数规划容量为2×120MV.A，而出现过负荷的12座220kV变电站的主变容量大部分为2×120MV.A，因此2×120MV.A的规模已不能满足系统目前的负荷水平，更无法适应电网进一步发展。这些变电站大多数运行10～20a，设施状况比较好，且多数位于负荷中心，通过改造增容提高其供电能力，解决过负荷问题，一般要比建设新站投资少、工期短，在经过技术经济论证可行的前提下，应优先考虑。
　　b.建设新站。在负荷增长较快、潜力较大的区域，或电网结构比较薄弱的区域，要适时地建设新站。但新建变电站布点必须考虑与其它站之间的关系，应有合理的供电范围，做到旧站增容改造与建设新站统筹规划，优化变电站布局。
　　c.加强110kV电网建设。110kV电网存在的问题，往往直接影响到用户供电，应适当增加投入，改善加强110kV电网结构，增加供电能力，提高供电可靠性与供电质量，满足用户需求。
　　d.适当加强220kV变电站之间的110kV联络，不仅可以提高110kV系统的供电能力和供电可靠性，还可以增加220 kV变电站之间转供电能力，提高主变负荷率，缓解过负荷问题。?
　　4、电网设备抵御自然灾害能力不足及对策
　　自然灾害是威胁电网安全运行的主要因素之一。目前，电网抵御恶劣天气和自然灾害的能力不足，特别是城乡电压等级较低的配网杆塔、线路等设备抗侵袭能力不高。2002年8月，河北南网经受了历史上罕见的大风雷雨天气的袭击，部分区域最大风力超过12级，风速达34m/s，超过了电网输电线路最高设计风速标准。在恶劣的气象条件下，城乡35kV及以下配网线路设计水平较低，防大风和雷雨的能力不足，加之线路走廊距离树木较近，受树线矛盾、树木倒覆、倒杆和雷击影响，造成大范围的故障掉闸。据统计，2002年8月3日～8月5日期间，河北南网10kV及以上线路共故障掉闸1124路次（其中瞬时故障597路次），损失负荷1340MW.在掉闸路次中，城乡10kV线路掉闸达1066路次，对电网的安全运行和可靠供电产生了一定的影响。
　　4.1原因分析?
　　4.1.1线路故障掉闸的原因
　　一般线路故障掉闸，主要是因为风力较大引起的风偏放电和遭到雷击造成线路掉闸。主网架线路直线塔上的导线对杆塔放电，主要原因是在个别地区架空线路的最大设计风速低于实际“按当地气象台、站采用离地面15m高、15a一遇、10min时距平均的年最大风速作样本”的风速。倒塔的主要原因是线路设施被偷，或线路的实际风速远大于最大设计风速。?
　　4.1.2城市配网10kV线路故障原因
　　a.树线矛盾。虽然城网改造后绝缘线增多，树枝触碰导线引起的接地问题有所缓解，但河北省原来问题较多，配电线路绝缘化率仍然不高。因而，大风雷雨天气时由于树线矛盾引起的接地故障仍时有发生。另外，即使采用了绝缘导线，仍然无法避免大风倒树砸断导线的情况。
　　b.雷害。雷击引起大量的线路故障掉闸的主要原因是：有些线路漏装避雷器，特别是有些线路的电缆和架空线连接处、电缆两端未装避雷器，造成雷击故障；在运避雷器和接地装置缺乏有效监督，试验不及时，不能保证其处于良好的状态，在近郊空旷、建筑物较少的区域这种情况造成的后果更为严重。
　　c.线路分段开关偏少。虽然城网改造工程中增加了相当数量的柱上开关，但还有个别线路未装分段开关，一旦发生故障即造成全线停电，扩大停电范围。
　　d.用户设备故障。用户设备故障引起线路停电的情况为数不少，这些设备产权属于用户，缺乏有效的监督，不能保证设备处于良好状态，其事故容易引起配网主网故障。?
　　4.2、防范措施
　　分析近几年河北南网的实际运行情况，认为应从电网的合理规划建设、设备选择、运行维护等方面入手统筹考虑，这样才能有效地抵御自然灾害的侵袭，确保电网安全、稳定、经济运行。?
　　4.2.1进一步规划和建设电网 目前河北电网的网架结构仍较薄弱，且大部分市区外围没有形成强有力的高压环网。当恶劣的气象条件造成重要变电站全停时，可能会造成市区大面积停电，因此应进一步做好河北南网的规划和建设。1995年以来，河北省电力公司通过实施城网建设与改造工程，解决了电网中许多十分迫切的问题，城网抵御自然灾害和各种故障的能力明显增强。从2000年开始，城市10kV配网线路故障次数和故障率大幅度下降，大风雷雨天气故障掉闸率由1997年的27.19 次/（百km.a）下降到2002年的12.09次/（百km.a），用户供电可靠性由1998年的99.904%，提高到2002年的99.968%.
　　4.2.2设备选择及运行维护?
　　4.2.2.1变电设备
　　对站内各种软连接导线和跨线长度认真进行校核，对弧垂过大的连线要采用截短、加重锤等措施，防止风偏过大引起放电故障；雨季前对防雷设施要进行全面的检查和试验，确保其有效性；应慎重延长防雷设施预试周期，有可靠的替代措施，并保证备品充足；由于室内配电装置外绝缘等级较低，雨季前要对各变电站配电室认真进行检查，防止恶劣天气由于配电室进水而导致室内设备发生故障；采取必要措施，提高主变低压侧设备运行的可靠性，避免开关柜火烧连营等恶性事故发生，尤其要防止事故扩大，造成主变跳闸或损坏；确保二次保护设备的可靠性，事故情况下保证可靠动作，防止由于保护、自动装置误动和拒动，造成事故扩大、影响电网安全运行、损坏一次设备等情况出现。
　　4.2.2.2输电设备
　　a.准确选择线路的设计参数。适当提高线路最大设计风速的标准，可提高线路的可靠性。但是随着设计风速的提高，塔头尺寸、杆塔及基础等都要加强和加大，势必增加线路的本体投资。据测算，单回220kV线路，若将最大设计风速由25m/s提高为28m/s，线路的本体投资约增加10%.要正确选择架空线路的最大设计风速，一般应依据气象站资料、大风调查和已建线路运行情况等因素综合分析确定。为避免投资增加过多，对较长的架空线路，可有针对性地适当提高空旷、河套及历史上经常出现大风的部分地段的设计风速标准。
　　b.做好输电线路防风偏放电措施。对在运的线路耐张杆塔（干字型）中相引流线进行认真的检查，对引流线长度超标的应进行处理，长度控制在以悬垂绝缘子串稍有偏斜为宜。对在运的直线杆塔，若由于调爬增加了悬垂串的长度，要对串长进行认真核算，校验其风偏角度。对摇摆角度超标的，应及时进行处理，一般情况下可采取加装绝缘子串配重的措施。位于微地型、微气象条件的在运线路杆塔如河道、山口、风带区等，应重点治理，措施同上。
　　c.防导地线舞动措施。舞动故障大多在导线长度超标并伴有恶劣气侯和地形时发生。对导线弛度超标并位于恶劣地形的线段可采用加装“防舞器”、“失谐摆”、“阻尼线”等措施。
　　d.防大风倒杆塔措施。为避免大风雷雨中的倒杆事故，应进一步做好巡线工作，及时补加丢失的防风拉线及塔材，以保证杆塔本体完好。
　　e.合成绝缘子的防雷措施。近几年发生了几起合成绝缘子雷闪事故。目前110kV及以上电压等级的线路大多采用合成绝缘子，选用合成绝缘子时要同时考虑爬距和干闪距离，应在校核风偏角后尽量选用干闪距离长的绝缘子。?
　　4.2.3城市配网设备
　　a.加大使用绝缘导线的力度和范围。绝缘导线能够有效地防止林木和异物被大风吹到导线上所造成的单相接地和相间短路。目前河北省城网已开始大量采用绝缘导线，但是绝缘化率还很低，有的城市在城网改造完成后也只能达到30%左右，城市近郊仍然以裸线为主。从2002年8月3日～8月5日间2次雷雨时的情况看，10kV城区部分的跳闸大大少于城乡结合部和农网的跳闸，充分说明绝缘导线起到减少事故的作用。
　　b.完善防雷设施。目前城网的线路和配电变压器大都安装了金属氧化物避雷器，但是仍然有一些老旧线路和一些与架空线路相连的电缆没有按要求安装避雷器。按照规程要求，这类电缆长度小于50m的可在一端安装避雷器，长度大于50m的要在两端安装避雷器。
　　c.努力解决树线矛盾问题。进一步争取市政部门的支持，并加强与园林管理部门的协调，对影响安全供电的树木进行适当的修剪，对城市树木生长茂盛的街道，可将10kV线路电杆高度提高到18m，使导线高度超过树冠。
　　 d.进一步提高二次保护设备的正确动作率。从全国情况看，10kV及35kV配电系统因雷击而跳闸的概率明显高于110kV及以上系统，但只要保护和开关设备正常动作，故障就能够顺利切除，重合成功，对正常供电基本无影响。在2002年8月3日～8月5日的雷雨天气中有45%以上的故障都重合成功了，这表明系统的防灾能力基本满足电网的运行要求。
　　5、总结
　　河北南网近年来发展迅速，网架结构日趋合理，主网结构得到加强，稳定水平提高。但必须结合全国联网、电力负荷快速增长的实际，重视和解决电网稳定、供电可靠性、供电能力和电网抵御自然灾害能力的问题，不断提高电网安全稳定运行水平，为社会经济发展和人民生活水平提供服务。