天广直流输电系统对广东电网的影响
林俊昌，莫文雄
（广东省广电集团有限公司广州供电分公司变电分部，广东广州510240）
摘 要：国家实施西电东送规划中，建设了天广直流输电系统工程，与广东电网联网运行，形成了中国第一个交直流并联的联网运行系统，大大加强了电网结构。这样，在提高西电送广东电网的输送能力的同时，对广东电网有所影响，尤其对广东北部电网影响较大，为此，应用实例，具体分析各种影响及其产生的原因、存在的问题及其对策，以期在实际的运行中，引起必要的重视，进一步确保电网的安全稳定运行。
关键词：西电东送；直流输电；联网；负荷变化；影响
天广直流双极系统正式投入运行，使西电送广东电网能力从1．2 GW增加到3 GW，形成了我国第一个交直流并联运行系统，加强了电网结构，使电网安全运行可靠性提高。但因直流输电系统自身的特点，它和广东电网联网运行后，对设备和系统的稳定运行产生了一些影响。为了阐述直流输电对北郊变电站及广东北片电网的影响，文章从运行的角度，对直流系统联网后产生的种种影响进行分析和探讨。
1 天广直流输电系统与广东电网的联接方式
西南电网输送的功率，经天生桥换流站，由天广±500 kV直流输电线路输送到广州换流站，然后逆变换流为220 kV的交流电源，由广北甲、乙线接入500 kV北郊变电站的220 k V母线上，由此向广东电网的220 k V和500 kV线路输送功率。
直流输电最大功率为1 800 MVA，分别由广北甲、乙线采用双开关方式接入北郊站的母线上。为防止其中一条线开关跳闸造成另一线路过载，设置了广北甲线或广北乙线开关跳闸减功率回路；为防止广北甲乙线路跳闸，造成直流功率输送不出产生过电压而损坏直流设备，还设置了广北甲线、乙线开关跳闸关闭直流晶闸管直流系统紧急停运（e－mergency switch off，ESOF）功能。
2 天广直流输电系统联网后对潮流的影响
2．1 天广直流输电系统网架结构的形成及存在
问题MVA，当时北郊变电站的220 kV网架建设滞后，输电线路共有7条：一回到郭塘站；两回到田心站；两回到嘉禾站；一回到黄埔电厂；一回到茶山变电站。这种网架结构存在两个问题：第一，由于嘉禾变电站是终端站，田心变电站、茶山变电站接有韶关发电厂、长湖水电厂过来的电源，但这几个变电站都不是高负荷枢纽站，因此吸收的负荷极其有限；第二，这7条线路大部分是老线路，负载能力较差。按当时网架结构及负荷计算，北郊变电站220 k V线路最大吸收容量共为600 MVA，剩下的1 200 MVA直流输送功率将通过北郊变电站的两台容量为750 MVA的主变压器升压反送500 k V线路，每台主变压器将承受600 MVA的负荷，负荷率达到80％。如果220 kV系统线路或相关变电站发生故障，吸收功率下降，将可导致北郊变电站的主变压器负荷再升高，甚至过负荷。另外，如果两台主变压器其中的一台跳闸，也将导致另一台严重过负荷，负荷率将达到160％，主变压器已不能满足“N－1”的要求，而北郊变电站主变压器过负荷能力为1．1倍（按厂家资料），严重的过负荷将导致主变压器损坏。
2．2 针对出现的问题，采取的相应措施
为防止上述情况发生，经研究，采取了特别措施。将500 k V北增甲线和罗北甲线分别降压为220 k V线路，接入北郊变电站220 k V母线运行，接收容量按每回800 MVA设计。最重要的是500kV增城变电站和500 k V罗洞变电站都是高负荷枢纽变电站，能够吸收大量的负荷。这一措施的实施，解决了直流输电负荷吸收的最大问题。通过220 k V北增甲线送至增城变电站的负荷达650MVA；通过220 k V罗北甲线送至罗洞变电站的负荷达450 MVA，有效地解决了北郊变电站220 k V网吸收容量不足及主变压器负载“N－1”的问题，缓解了大电源并网产生的冲击。
3 直流输电系统单极－大地运行方式对中性点接地运行变压器的影响
3．1 中性点接地运行的变压器产生较大的噪音
2001年6月份，天广直流单极－大地运行方式调试期间，北郊变电站6台主变压器励磁的噪音明显增大，但响声均匀。在与北郊变电站有220kV输电线路相连的220 k V嘉禾变电站、郭塘变电站、茶山变电站的主变压器中，中性点接地运行的变压器励磁噪声同样增大。在以后的运行中，只要天广直流单极－大地运行方式运行，变压器就会出现与调试期间相同的情况，产生较大的噪音。
3．2 变压器产生较大噪音的原因分析
天广直流输电西电东送工程采用±500 k V直流线路输电。单极－大地运行方式是直流输电的运行方式之一，在这种运行方式下，直流接地极作为直流工作电流的返回通道，是直流输电系统的重要组成部分。在天广直流输电工程中直流接地极的设计额定电流为1 800 A，如此大的电流将会影响接地极周围变电站接地网地电位的变化。当直流接地极电流引起变电站接地网地电位升高时，若两个变电站接地网之间存在电位差，直流接地极电流将有一部分流经变压器中性点、变压器绕组及输电线路。
由于直流电流流经变压器绕组，当变压器励磁电流中的直流部分使磁化强度达到磁化曲线拐点以上时，变压器铁心将处于饱和状态；同时由于直流偏磁的存在，励磁电流增大，波形发生严重畸变。励磁电流的增大将导致变压器的励磁噪声增大，磁通波形畸变将导致谐波分量增大。若绕组中直流电流超过允许值，漏磁通产生的涡流损耗将可能引起变压器铁心和连接件过热，严重时可引起变压器损坏。对于不影响变压器正常工作的直流电流控制指标，国家标准DL／T605—1996《高压直流接地极技术导则》中规定，通过变压器绕组中的直流电流应不大于额定电流的0．7％，北郊变电站主变额定电流为825 A，其额定电流的0．7％为5．7 A；嘉禾变电站主变压器额定电流为472 A，其额定电流的0．7％为3．3 A。
2001年9月，在单极－大地运行方式下，曾对北郊变电站、嘉禾变电站主变压器中性点流经的直流分量进行测量，北郊变电站为2．3 A，嘉禾变电站为2．0 A，根据以上判断条件可知：在单极－大地运行方式下，流经主变压器的直流分量对主变压器影响不太大，不必采取措施进行限制。
4 天广直流输电负荷变化对交流系统220kV电压的影响
4．1 北郊站220 kV母线电压普遍较高，波动范围较大
天广直流投产后，北郊站220 k V母线电压普遍较高、波动范围较大，这种影响主要表现在以下两方面：
a）通过220 kV线路，与北郊站直接相连的220 kV嘉禾变电站、郭塘变电站，在天广直流输电工程正式投产后的2001年7月开始，220 kV母线电压合格率普遍降低，按规定，220 k V电压合格偏差范围为220×（1±0．05）k V，即电压合格值的范围可在209～231 kV之间。220 kV嘉禾变电站220 k V母线电压合格率见表1。
b）北郊变电站4组容量为45 Mvar的35 k V并联电抗器每天24 h投入，尽管如此，北郊变电站220 k V母线电压仍然较高，波动范围较大。
4．2 负荷变化影响交流系统220 kV母线电压
天广直流输电系统每天按既定的负荷曲线进行功率传输，由于每天的负荷曲线基本相同，本文从北郊站监控系统选取了2001年10月17日的负荷、电压实测值作分析。负荷与电压实测值如表2所示（电压值是4组35 kV并联电抗器投运时的实测值）。
从表2可知：北郊变电站220 kV母线电压随直流输入负荷的变化而相应变化。当输入负荷较大时，母线电压较低；当输入负荷较低时，母线电压较高。在4组35 kV并联电抗器每天24 h投入运行的情况下，北郊站220 kV母线电压仍然在228～235 k V间波动，波动范围达7 kV，这不仅造成电压合格率普遍偏低，而且由于4组45 Mvar并联电抗器的长期投入运行，将造成系统无功的大量损失和电抗器设备本身的快速老化。
4．3 现条件下改善电压质量的对策
在实际运行过程中，每组35 k V电抗器投入或退出，将会对220 k V母线电压产生1．8 k V的影响，四组电抗器同时投退将产生7．2 kV的影响。因此，母线电压在228～235 k V变化的基础上，如果将电抗器全部退出运行，电压将上升7．2kV，即母线电压将在235．2～242．2 k V间变化。
北郊变电站主变压器调压抽头目前在11档的位置上（500 k V侧电压为525 k V；220 kV侧电压为235．9 k V），在这种情况下，220 kV母线的运行电压本身就比较高，如果将主变压器调压抽头调节在14档的位置上（500 k V侧电压为525 k V；220 k V侧电压为226．8 k V），则比11档低9 k V，按直流负荷对电压的影响7 k V计算，母线电压将在226．2～233．2 kV间变化，再考虑电抗器对电压的7．2 k V影响，母线电压将可控制在219～226kV间变化，符合220 kV母线电压合格率满足220×（1±0．05）k V的要求，并且还可以通过投退步同数量的电抗器进一步控制220 kV母线电压。
5 天广直流输电系统对电网稳定的影响
5．1 对电网稳定运行的影响
如果直流设备发生故障，导致逆变装置闭锁，其输出功率就会从1 800 MVA骤降为0。有关资料显示：2001年广东电网的最高负荷为28 500MW，总装机容量为33 410 MW，其中省电力中心调度所统调容量为18 420 MW；西电东送容量为2 800 MW，其中天广直流输电为1 800 MW，占统调容量的9．7％，因此，直流功率缺额时，如果不能及时调整其它电源的出力，系统的稳定运行将受到严峻的考验。为吸收直流输送的功率，将附近的220 kV田心变电站、郭塘变电站、茶山变电站、罗涌变电站、嘉禾变电站等接入北郊变电站，其中茶山变电站、嘉禾变电站为220 kV终端站。如果发生母线短路等严重故障时，直流功率将不能及时送出，造成被迫减功率，也会形成系统出力下降的局面，对系统的稳定运行造成较大影响。
