对调整上海500kV规划网架及控制短路电流的思考

第３５卷第１期　姜氧鼋力　Ｖｏｌ＿３５　Ｎｏ．１　２００７年１月　Ｅａｓｔ　Ｃｈｉｎａ　Ｅｌｃｏｔ：ｒｉｏ　Ｐｏｗｅｒ　Ｊａｎ．　２Ｏｏ７　对调整上海５００　ｋＶ规划网架及　控制短路电流的思考　祝达康　（上海电力设计院有限公司，上海２０００２５）　摘要：从上海电网的角度出发，分析了上海现有和规划５００　ｋＶ电网在控制短路电流方面的不足之处及其原　因，并提出一种新的上海５００　ｋＶ电网的构建思路，在充分利用现有资源的情况下，在上海实现２个双环网的　结构，实现南北分网。认为该方案具有能有效控制上海电网的短路电流水平以及上海电网和华东电网之间的　短路电流的相互影响，对特高压电网建设的适应性比较好。运行灵活可靠。有利于潮流控制和充分发挥省际联　络线输送容量等优点。　关键词：电网结构；短路电流；５００　ｋＶ电网　作者简介：祝达康（１９７３．）。男，硕士，从事电力系统及其自动化工作。　中图分类号：ＴＭ７１５　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００１－９５２９（２００７）Ｏ１－００４１－０４　Ｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎｓ　ｏｎ　Ｓｈａｎｇｈａｉ　５００　ｋＶ　ｇｒｉｄ　ｐｌａｎ　ｍｏｄｉｉｆｃａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｓｈｏｒｔ－ｃｉｒｃｕｉｔ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ　ＺＨＵ　Ｄａ－ｋａｎｇ　（Ｓｈａｎｇｈａｉ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｐｏｗｅｒ　Ｄｅｓｉｇｎ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｓｈａｎｇｈａｉ　２０００２５，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｄｅｆｅｃｔｓ　ｏｆ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ａｎｄ　ｐｌａｎｎｅｄ　５００　ｋＶ　ｄｓ　ｏｆ　Ｓｈａｎｇｈａｉ　ｉｎ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ　ｔｈｅ　ｓｈｏｒｔ－ｃｉｒｃｕｉｔ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ａｓ　ｗｅｌｌ　ａｓ　ｔｈｅ　ｃａｕｓｅｓ　ａｒｅ　ａｎａｌｙｚｅｄ，ａｎｄ　ａ　ｎｅｗ　ｓｃｈｅｍｅ　ｏｎ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｓｈａｎｇｈａｉ　５００　ｋＶ　ｇｒｉｄｓ　ｉｓ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｔｈｅ　ｓｃｈｅｍｅ　ｓｕｇｇｅｓｔｓ　ｔｈａｔ　ｂｙ　ｍａｋｉｎｇ　ｆｕｌｌ　ｕｓｅ　ｏｆ　ｅｘｉｓｔｉｎｇ　ｒｅｓｏｕｒｃｅ，ｔｗｏ　ｄｏｕｂｌｅ　ｌｏｏｐ　ｎｅｔｗｏｒｋｓ　ｗｈｉｃｈ　ｌｉｅ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｎｏｒｔｈ　ａｎｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｓｏｕｔｈ　ｏｆ　Ｓｈａｎｇｈａｉ　ｓｅｐａｒａｔｅｌｙ　ｂｅ　ｃｏｎｓｔｕｒｃｔｅｄ．Ｔｈｅ　ｓｃｈｅｍｅ　ｃａｎ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｔｈｅ　ｓｈｏｒｔ－ｃｉｒｃｕｉｔ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｌｅｖｅｌ　ｉｎ　Ｓｈａｎｇｈａｉ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｈｏｒｔ．ｃｉｒｃｕｉｔ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｂｅｔｗｅｅｎ　Ｓｈａｎｇｈａｉ　Ｐｏｗｅｒ　Ｇｒｉｄ　ａｎｄ　ｔｈｅ　Ｅａｓｔ　Ｃｈｉｎａ　Ｐｏｗｅｒ　Ｇｒｉｄ．Ｉｎ　ａｄｄｉｔｉｏｎ，　ｔｈｅ　ｓｃｈｅｍｅ　ｗｈｉｃｈ　ｉｓ　ａｄａｐｔｉｖｅ　ｔｏ　ｕｌｔｒａ　ｈｉｇｈ　ｖｏｌｔａｇｅ　ｇｒｉｄ　ｃｏｎｓｔｕｒｃｔｉｏｎ，ｉｓ　ｂｅｎｅｆｉｃｉｌａ　ｔｏ　ｐｏｗｅｒ　ｆｌｏｗ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ａｎｄ　ｃａｎ　ｆｕｌｌｙ　ｕｔｉｌｉｚｅ　ｔｈｅ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｃａｐａｃｉｔｙ　ｏｆ　ｉｎｔｅｒ－ｐｒｏｖｉｎｃｉａｌ　ｌｉｎｅｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｇｒｉｄ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ｓｈｏｒｔ－ｃｉｒｃｕｉｔ　ｃｕｒｒｅｎｔ；５００　ｋＶ　ｇｒｉｄ　上海和长三角地区电网不断发展，随着负荷　密度不断提高，电网逐渐紧密，电网发展面临的主　要矛盾已经从最初的电气距离长，暂态稳定水平　不高转化为电气结构过紧，短路电流水平难以控　制。本文通过在对华东和上海电网的网架结构以　及限制短路电流措施分析的基础上，提出了上海　乃至华东５００　ｋＶ电网调整规划网架，控制短路电　图１上海５００　ｋＶ电网结构示意图　流的若干构想。　１　电网现状　行、黄渡、南桥等站与华东乃至华中电网相连，吸　纳外来电力。受地理条件的限制和负荷中心的影　上海目前已经形成以５００　ｋＶ双环网为主干　响，上海双环网的周长只有约２００　ｋｍ，电气结构　网架的都市电网，见图１。　相当紧密，一般很难发生暂态稳定事故，但是相应　５００　ｋＶ双环网作为上海的主干网架，对内联　地带来了短路电流难以控制的难题。“十一五”　结各个２２０　ｋＶ分区，为其提供电源；对外通过徐　期间，为满足上海城区不断对外扩展的发展要求，　维普资讯 http://www.cqvip.com

４２（总４２）　姜杂电力　上海还将建设５００　ｋＶ南外半环，见图２。　８０　ｋＡ设备的先例。　由于华东和上海电网电气结构紧密，所以各　个５００　ｋＶ变电站之间的短路电流相差并不大，提　高断路器的遮断容量需要更换大量的断路器设　备，经济投资相当大，而且大批变电站需要停电更　换设备，对现有电网的运行有很大的冲击。因此，　在上海电网中，该方法只能有条件地应用在２２０　ｋＶ等低一级的放射形电网中。通过提高放射形　电网中间结点的短路电流水平可以大大提高该结　图２“十一五”上海５００　ｋＶ电网结构不意图　点即整个供电分区的电力吞吐能力，同时又可以　南外半环投运后，可以剪开内环，扩大了双环　通过放射形电网控制其他结点的短路电流水平，　网的周长，但北部半环已经接近上海边界，没有向　不至于大面积更换断路器设备。　外扩展的余地。随着华东电网短路电流水平的提高　（３）采用高阻抗设备　和上海电网内部装机容量的提高，短路电流问题并　在暂态稳定已经不是主要矛盾的上海电网，　没有得到根本解决，为控制５００　ｋＶ短路电流水平，　提高设备的阻抗值控制短路电流是必然的措施，　“十一五”期间，上海将不得不将双环网解开运行。　需要从发、输、变等各环节同时采取措施才可以有　华东各省电网基本自成系统，通过省际联络　较好的效果。　线进行互联和电力的交换。由于江苏、浙江的负　发电设备是短路电流产生的源头，通过采用　荷密集区域也集中在上海周围的苏南、浙北区域，　高阻抗发电机、升压变以及采用单元制接线接人　这些地区的电网也同上海一样面临着短路电流压　电网，可以有效控制地区的短路电流。但同时也　力大的问题。　不利于电厂调压和保证送电可靠性。电厂无功是　２短路电流的控制措施　系统中重要的动态无功电源，在电压稳定事故中　可以起电压支撑的重要作用。提高电厂接人系统　短路电流过大是电力系统发展到一定阶段必　的阻抗值，将削弱这一功能。　然遇到的课题。其解决方法主要有：　采用大容量输电线路，提高单回线路的送电　（１）合理控制电网结构　能力，可以有效地提高线路的输电阻抗控制短路　合理控制电网结构，是控制短路电流的根本　电流，但回路数的减少有时候也带来安全性的下　措施。电网不断发展的历史从某方面说其实就是　降。采用高阻抗变压器是有效控制下一级电网短　不断通过升高电压等级，进行合理分网，控制短路　路电流的有效措施，但受变压器制造工艺的限制，　电流的历史。“十一五”期间，国家电网将建设　阻抗值的调整比较有限，一般只能上下浮动１到　１　０００　ｋＶ沪西特高压变电站，今后还将陆续建设　２个百分点。特制的高阻抗变压器通过改变变压　ｌ　０００　ｋＶ电网，整合全国电网的电力资源。特高　器内部结构可以获得更高阻抗，但一般价钱是普　压电网形成坚强网架后，可以为５００　ｋＶ电网分网　通变压器的１３０％左右。　运行提供条件，是华东地区控制短路电流的根本措　（４）专门控制短路电流的其他设备　施。华东和上海地区在特高压电网形成前，必须依　国际电网中还有串联电抗器、短路电流限制器　靠５００　ｋＶ电网自身结构调整来控制短路电流。　（ＦＣＬ）、背靠背、固态断路器等装置来控制短路电流。　大电网结构中环状电网缩短了电气距离，所　串联电抗器在低压电网中有一定应用，但在　以在提高可靠性的同时也提高了短路电流。　高压电网，尤其是５００　ｋＶ电网中的应用还鲜有所　（２）采用大遮断容量的断路器　闻，实际应用中其耐压性能以及其对继电保护的　将现有断路器及配套的电气设备更换为遮断　影响还有待于进一步研究和实践检验。　容量更大的设备是控制短路电流比较直接的方　目前，华东电网正在积极研制５００　ｋＶ的高压　法。上海地区的５００　ｋＶ设备的短路电流水平一　串联电抗器，并规划在“十一五”期间应用在华东　般是５０　ｋＡ或６３　ｋＡ，而日本和欧洲都已经有应用　电网中以控制短路电流。串联电抗器应用在环网　维普资讯 http://www.cqvip.com

祝达康　对调整上海５００　ｋＶ规划网架及控｛｝ｉ　短路电流的思考４３（总４３）　结构中效果比较明显，在另外２种电网结构巾作　用比较有限。即便在环网中也是对限制电抗器两　侧的短路龟流比较有效，对距离稍远的结点作用　也比较有限，要通过串联电抗器降低整个华东电网　的短路电流水平，串联电抗器势必在整个电网中　“全面开花”。因此，串联电抗器只适宜在电网的　局部或过渡期间应用，根本解决短路电流问题还是　应该依靠其他手段，尤其是通过电网结构的调整。　短路电流限制器（ＦＣＬ）其实也是通过串联电　抗器控制电网的短路电流，只不过正常运行时通　过与电抗器串联电容降低设备整体的阻抗值，并　在故障发生的初期电力电子设备快速动作，短接　电容，从而限制系统的短路电流。蛰　国外的ＦｅＬ装置一般应用在１１０　ｋＶ或更低　的电压等级中。　背靠背装置通过交直流变换可完全隔断装置　两侧的短路电流的相互影响，一般应用在不同频　率的电网互联中，还没有单独用于控制短路电流　的先例。我国在陕西灵宝也投运了１座背靠背装　置。按照灵宝的投资，背靠背设备成本以１　５００　ｋＷ计算，在２回输送容量５　０００　ＭＷ的５００　ｋＶ线路上安装背靠背设备需要投资约１５０亿元，　投资相当昂贵。　固态短路器是通过电力电子设备对电流实现　关断。由于关断时设备可以检测断路器两端的同　期状况，所以理论上可以实现很大的遮断容量。　实际应用中受电力电子设备制造水平及造价的影　响，目前还仅仅在配电网中有少量应用。　３　对上海和华东电网网架结构调整的构想　上海电网为控制５００　ｋＶ短路电流已经采取　了相当多的措施。今后新建的电厂一般都将采用　高阻抗设备，或采取单元制接人系统；电网中也大　量采用大容量线路设备；新建５００　ｋＶ变压器也一　般采用阻抗较高的选值以控制２２０　ｋＶ短路电流　对５００　ｋＶ的影响；“十一五”期间还将投运串联　电抗器。即便如此，“十一五”期间，乃至远景特　高压形成坚强电网前，上海电网的５００　ｋＶ短路电　流仍有可能超标，将面临被迫解网运行的局面。　就此，笔者认为应该适当调整电网结构，以彻底解　决特高压投运前上海电网乃至华东电网的短路电　流问题。　上海５００　ｋＶ南部外半环建成后基本已经接　近海边，而现有的北部环网已经接近上海边界，没　有继续向外延伸的可能性。但是从南桥站到杨行　站段的双环网线路，由于建设较早，基本全部是单　回塔线路，只有极少数的几个塔是双回路塔，完全　有条件改造成２个双回路５００　ｋＶ走廊。基于此，　笔者提出远景将上海电网彻底分成南北２个双环　网的方案，见图３。　图３上海５００　ｋＶ电ｌｊ５９构想　通过在南桥到杨行沿线建设２条同杆双回路　走廊，上海电网可以形成南北２个双环网，两个环　网之间通过外高桥二期和闵行燃机分母运行形成　联络。　该方案具有以下一些优点：　（１）上海电网在大方式下彻底分成２个电网　运行，有效地控制了短路电流，同时在上海侧隔断　了苏南电网和浙北电网之间的联系，对华东电网　控制短路电流也有很大的贡献；　（２）与远景特高压规划结合较好，远景特高　压还将在沪北建设１座特高压站，介时上海南北　２个电网各自依附于特高压站分片运行，彻底解　决短路电流问题；　（３）该方案南北２个电网均各自形成环网，小　方式下仍然可以合网运行，运行可靠，方式灵活；　（４）南北分网点选在大电厂的母线分段上，　不但可以通过电厂的出力调节２个分区的电力平　衡，而且最大程度地减少了５００　ｋＶ分区运行或分　母运行对下一级电网产生的影响；　（５）该方案更有利于华东电网和上海电网的　潮流控制，分网后上海２个电网分别依附于江苏　电网和浙江电网，形成末端，送人的电力流完全取　决于上海分网的电力平衡，跟整个华东环网的阻　抗分布基本没有关系，潮流可控性强，线路的送电　容量可以充分利用。　上海电网一旦实现南北分网，将大大降低苏南　和浙北的短路电流，华东电网的主要结构见图４。　维普资讯 http://www.cqvip.com

４４（总４４）　妻氧电力　问站、线路或电厂母线形成联络，整个网络形成一　个中间空心的“ｃ”字形环网，大大增加了华东主　环网的电气距离，可以有效地控制短路电流。　４小结　华东电网和上海电网发展迅速，但是受地理　图４上褥分网后的华东电网结构　条件的限制，目前短路电流超标问题突出，影响了　由于长三角地区经济发展快，负荷增长迅猛，　电网的发展和安全稳定的运行。控制短路电流有　有可能在特高压电网成网前，即便上海分网，江苏　多种措施，合理调整电网结构，适当分片运行是控　浙江等各别地区的短路电流仍然难以控制，届时　制短路电流的根本措施。　华东电网可以考虑按照图５构建５００　ｋＶ网架，江　特高压形成坚强电网后，华东地区的５００　ｋＶ　苏、浙江电网均分成２片运行，中间可以通过中　电网可以依附于特高压分片运行彻底解决短路电　流问题，但是在特高压电网形成坚强网架前，必须　依靠合理调整５００　ｋＶ网架控制短路电流。本文　提出在上海建设南北２个双环网，分网运行的　５００　ｋＶ网架方案设想。该方案具有控制短路电　流彻底，规划远近结合，运行灵活可靠，有利于潮　流控制和充分发挥省际联络线输送容量的优点。　同时，针对华东电网的远景结构提出一定设想。　收稿日期：２００６．１１－０１　图５华东电网远景设想　本文编辑：杨林青　年上海电力科技工作成果　２００６年，上海市电力公司在保证该公司在技术创新中的自身主体地位的基础上，进一步整合相关领域的科技与产　业优势，通过学科综合和国际合作，推动各项高新技术的应用，取得了可喜的成效，为完成上海“十一五”规划目标和相　关节能指标提供了可靠的技术支撑。２００６年投入３亿多元用于科技攻关项目，收获了一大批科技成果，取得了工程类、　管理创新类、软课题等３Ｏ个科技进步奖。　国网公司三大科技示范工程之一“上海电网黄渡分区西郊±５０　Ｍｖａｒ　ＳＴＡＴＣＯＭ示范工程”顺利完成并网试验，为　ＳＴＡＴＣＯＭ装置的实用化、产业化奠定坚实的基础，在上海乃至全国电网起到了示范和推动作用。该装置的投运，使黄渡　分区线路在发生故障时可减少甩负荷１２０　ＭＷ，该区线损率至少可降低５％左右，每月平均节损１２０万ｋＷ・ｈ左右。　城网电池储能系统关键技术研究入围上海市科委２００６年度“登山行动计划一清洁能源领域”项目。电力储能技术　为城市电网的可持续发展提供了一揽子解决方案，上海电力业也由此跻身储能电池高端技术的研发运用行列。　上海电网黑启动系列实战演习夯实了上海电网的抗灾体系。上海市电力公司也因此成为全国首家用柴油发电机直　接启动大中型火电机组的企业。　上海电力抢修移动指挥中心正式启用，标志着上海市电力公司在应对和处置电网灾害危机等突发性事件处理方面　进入了一个崭新的阶段。　上海南汇、崇明以及奉贤海湾旅游区建成投产的ｌ８台共计２４．４　ＭＷ风力发电机组，总发电量达到５　３６８万ｋＷ・ｈ，　２００６年开始的崇明二期扩建工程，计划安装１Ｏ台１．５　ＭＷ风力发电机组；奉贤海湾风电场扩建工程先期安装４台２　ＭＷ　发电机组。　上海电力设计院设计规划的崇明前卫村兆瓦级太阳能光伏发电示范工程已经开工建设，建成后将是国内最大的进　入商业运行的并网太阳能工程。　’　电能型动力车辆应用示范系统研究正式成为国家电网公司重要科技攻关项目之一。　在电网运行方面，积极着手节能环保型变电站的研究，开发和使用节能环保型变电器和太阳能路灯等环保型电力设　备，如世博５００　ｋＶ变电站等一批绿色变电站项目等。　（林森供稿）