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摘要：本文指出了电力系统电磁环网运行存在的弊端，根据宁夏750kV网架建成初期的运行情况，对宁夏750kV/330kV/220kV电网运行中电磁环网存在的问题进行了分析，提出了相应的稳定控制策略和解决问题的根本方法。
关键词：电磁环网 宁夏电网 联变过载 稳定控制系统
0 引言
电力系统的电磁环网是指不同电压等级的输电线路通过变压器磁或电磁耦合构成的环形电网。然而，在高一电压等级的线路投入运行初期，由于其电压网络尚未形成或网络尚不坚强，为保重要负荷或需要保证电网整体输电能力，而又不得不电磁环网运行。宁夏电网750kV主网架形成初期网架薄弱且存在电磁环网，750kV线路故障跳闸等因素将造成较大的潮流转移使薄弱环节的线路过载导致宁夏电网频率下降，而影响到宁夏电网的安全稳定运行。本文结合宁夏现有的电网结构特点和稳定控制装置的应用，对存在的运行控制问题进行了分析，并提出了解决问题的根本措施。
1 电磁环网对电力系统安全稳定运行的影响
电磁环网虽有利于输送电力负荷，但安全稳定运行风险大，容易因一条超高压线路跳闸致使高压线路过载相继跳闸引发恶性电网事故，近年国内外都有过类似事故教训。电磁环网的存在成为影响电网安全稳定运行的重大隐患，主要存在以下弊端。
1.1 易造成系统热稳定破坏
如果在主要的受端负荷中心，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送出，容易出现超过导线热稳定电流的问题。
1.2 易造成系统动稳定破坏
正常情况下，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地增大（突变为两端变压器阻抗与低压线路阻抗之和，而线路阻抗的标么值又与运行电压的平方成正比），因而极易超过该联络线的暂态稳定极限，可能发生系统振荡。
1.3 继电保护和安全自动装置配置比较复杂
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。保护和安全自动装置的复杂化和不配合，一般是事故直接或扩大的原因。
1.4 潮流控制很不方便
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。合环运行时，潮流在环网内自然分布，环网元件（变压器）的通过功率往往发生满载甚至过载，潮流控制很不方便。
1.5 不利于经济运行
750kV与330kV、220kV线路的自然功率值相差极大，同时750kV线路的电阻值（多为6*400平方毫米导线）也远小于220kV线路（多为2*240或1*400平方毫米导线）的电阻值。在750/330kV、750/220kV环网运行情况下，系统潮流分配难于实现最经济方式运行。
1.6 需要装设高压线路因故障停运后联锁切机、切负荷等安全自动装置
实践说明，若安全自动装置本身拒动、误动将影响电网的安全运行。
2 宁夏电网结构的现状分析
2.1 宁夏电网网架结构特点
在全国电网中，宁夏电网属于比较复杂的电网结构。几年的快速发展，宁夏电网750kV网架已初步形成不完善的“Y”字形结构，即以黄河750kV变电站为中心，向西单回线至贺兰山750kV变电站、
向东双回线至银川东换流站，向南双回线至甘肃电网。在贺兰山750kV变电站，750kV电网通过2号主变（1*150万千瓦）与宁夏北部结构比较成熟的220kV电网相连接。在黄河750kV变电站，750kV电网通过2号主变（1*210万千瓦）与宁夏南部结构比较成熟的330kV电网相连接。南部330kV电网与北部220kV电网通过大坝电厂7号、8号变压器（2*33万千瓦）和月牙湖变电站1号、4号变压器（2*50万千瓦）联络，形成了750kV/220kV、750kV/330～220kV、750kV/330kV电磁环网，如图1所示。
图1 宁夏电网电磁环网示意图（220kV受电方式下）
2.2 宁夏现存电磁环网及运行控制问题
750kV线路和330/220kV线路的输送容量相去甚远，在解环之前，一旦750kV系统跳闸，其负荷会瞬间转移至330/220kV电网，330/220kV电网将面临“难以承受之重”，大停电就可能发生。
2.2.1 750kV/220kV电磁环网及运行控制问题。贺兰山750kV变电站2号主变（750/220kV）及配套工程的投运，形成了750kV/220kV电磁环网。目前，贺兰山750kV变电站共投运6回220kV出线，至青铜峡变两回，至西夏变两回，至平吉堡变一回，至大坝三期一回（供厂用电），其中青铜峡变与大坝电厂通过两回线相连。在220kV电网及大坝电厂三期大开机方式下，由于电源点单一，750kV黄贺Ⅰ线故障断开后，大坝电厂三期及220kV电网富裕电力将通过月牙湖站和大坝电厂联变向330kV电网送出，易造成大坝电厂220/330kV联变过载，以及贺青甲、乙双回线过载。
2.2.2 750kV/330～220kV电磁环网及运行控制问题。220kV电网受电方式下，若贺兰山变750kV联变故障断开，220kV受电电力将转移至大坝电厂7号、8号联变和月牙湖变1号、4号联变。此时若220kV负荷较大，220kV电网受电较多时，将导致大坝电厂330/220kV联变过载，需切除北部电网一定负荷消除联变过载现象。
2.2.3 750kV/330kV电磁环网及运行控制问题。银川东变是西北水火电打捆外送的窗口，直流Ⅰ、Ⅱ极投运成功后，川黄Ⅰ、Ⅱ线和川灵Ⅰ、Ⅱ线等4回750线路都几乎满负荷运行，银川东直流外送额定负荷达到400万千瓦而宁夏本地平均负荷为500-650万千瓦，一部分经银川东变输入330kV电网，另一部分经银川东直流外送，假如银川东直流突然出现故障甩负荷，将使侯水双回、蒋州双回及月徐双回潮流加重许多，倘若这些线路此时发生故障，则将造成部分330kV线路过载。 3 电磁环网运行控制问题的应对措施
实行双环网或打开电磁环网是保证系统安全运行的重要手段。但目前超高压750kV电网在建设初期网架结构还比较薄弱，为了充分利用资源、提高输电可靠性和降低输电损失，在采取安全控制措施到位的情况下，电磁环网运行会比开环运行更为有利。装设过载联锁切机、切负荷等安全自动装置是现阶段普遍采用的解决办法。
3.1 实施大坝三期-贺兰山变安全稳定控制系统
黄贺Ⅰ线检修时，考虑贺兰山～青铜峡一回线故障，则另一回线超过热稳极限70%。考虑黄贺Ⅰ线故障停运，则大坝三期发电出力全部经贺兰山750/220kV主变送往220kV电网，可能造成贺兰山～青铜峡双回线超过热稳。因此在现电网运行方式下，在贺兰山750kV变电站和大坝三期双重化配置具有切机功能的安全稳定控制装置。
贺兰山750kV变电站内稳控装置检测该站出线、主变的运行工况，并把设备状态送往大坝电厂站。当系统故障时，能判断出本站出线、主变的故障类型，根据判断出的故障类型、事故前电网的运行方式及主要送电断面的潮流，把控制命令、控制量等直接发送到大坝电厂执行，经当地判别确认后执行远方控制命令。
3.1.1 当750kV黄贺Ⅰ线跳闸后，检测220kV贺青双回线的潮流，当任何一回线路过载时，根据过载严重程度执行压机组出力或切除机组策略（至少保留一台运行机组）。
3.1.2 检测贺兰山站2号主变的运行情况，当2号主变过载时，根据过载严重程度执行压机组出力或切除机组策略（至少保留一台运行机组）。
大坝三期-贺兰山变安全稳定控制系统根据贺青双回线过载和2号主变过载情况，大坝三期执行过载告警、过载压出力、过载切机措施，从而解决750/220kV电磁环网运行控制难题。
3.2 实施贺兰山变-大坝电厂区域安全稳定控制系统
根据稳定计算分析，按照分层分区的配置原则和通信通道的条件建立一套完善的安全稳定控制系统，在贺兰山750kV变电站双重化配置安全稳定控制装置，作为稳控系统主站。在大坝电厂双重化配置安全稳定控制装置，装置将7号、8号联变的跳闸及过载信息（过载量）上送贺兰山750kV变电站主站。在月牙湖变电站双重化配置安全稳定控制装置，装置将1号、4号联变的跳闸及过载信息上送主站。在切负荷执行站配置单套安全稳定控制装置。装置将本站的可切负荷信息上送至主站，主站实时监测相关厂站联变与线路的运行状态，相关元件一旦跳闸并导致大坝电厂或月牙湖变电站联变过载，装置根据实时统计的切负荷执行站可切负荷量信息，采取切负荷措施，保障各厂站联变的安全稳定运行。安全稳控系统的总体配置方案见图2。
图2 贺兰山变——大坝电厂区域稳控系统总体方案示意图
稳定控制系统根据判断出的故障类型、事故前电网的运行方式及主要送电断面的潮流，查找存放在装置内的控制策略表，确定应采取的控制措施及控制量。
3.2.1 正常方式下的控制策略：贺兰山750kV变电站2号主变跳闸，如大坝电厂两台联变发生过载（潮流330kV→220kV方向），月牙湖变电站两台联变发生过载（潮流330kV→220kV方向），根据过载量的大小，向需要切负荷的变电站发送切负荷命令。
3.2.2 贺兰山750kV变电站2号主变检修控制策略：如大坝电厂在两台联变运行时，一台联变故障跳闸，另一台联变发生过载（潮流330kV→220kV方向）；月牙湖变电站两台联变运行时，一台联变故障跳闸，另一台联变发生过载（潮流330kV→220kV方向）。根据过载量的大小，向切负荷站发送切负荷命令。
3.2.3 大坝电厂一台联变检修控制策略：如贺兰山750kV变电站2号主变故障跳闸，大坝电厂运行主变过载（潮流330kV→220kV方向），根据过载量的大小，向切负荷站发送切负荷命令。
3.2.4 月牙湖一台联变检修控制策略：如贺兰山变电站主变故障跳闸，月牙湖运行主变过载（潮流330kV→220kV方向），根据过载量的大小，向切负荷站发送切负荷命令。
在220kV电网受入方式下，贺兰山750kV变电站2号主变压器故障跳闸后，根据大坝电厂7、8号联变过载情况，通过相关厂站的切除宁夏北部电网相应负荷，消除联变过载现象，从而解决宁夏750kV/330～220kV电磁环网及运行控制问题。
3.3 建设双回联络线消弱750kV/330kV电磁环网
加快电网建设步伐，逐步完善和巩固电网结构是解决电磁环网问题的另一个行之有效的措施。现在黄河750kV变电站至银川东换流站的第二回线，即黄川Ⅱ线已经投入运行，这大大减轻了黄河变电站电磁环网带来的威胁。
4 结束语
根据我国《电力系统安全稳定导则》规定：随着高一级电压电网的建设，下级电压应逐步实现分区运行，相邻分区之间保持互为备用。应避免和消除严重影响电网安全稳定的不同电压等级的电磁环网。文章根据宁夏750kV网架建成初期的运行情况，对宁夏750kV/330kV/220kV电网运行中电磁环网存在的问题进行了分析，提出了相应的稳定控制策略。然而，只有加快建设贺兰山750kV变电站至黄河750kV变电站的第二回线（750kV黄贺Ⅱ线）和位于宁夏北部的沙湖750kV变电站（750kV/220kV），真正实现750kV电网与低一级电网分层分区运行，才能从根本上消除电磁环网带来的威胁。
参考文献：
[1]王梅义，吴竟昌，蒙定中.大电网系统技术.中国电力出版社，2000.
[2]DL755-2001.电力系统安全稳定导则[S].
[3]宁夏电力公司.电磁环网对宁夏电网安全稳定的影响研究.中国电力科学研究院，2008.
[4]宁夏电力公司.2012年度宁夏电网运行方式，2012.
关键词：电磁环网 宁夏电网 联变过载 稳定控制系统
0 引言
电力系统的电磁环网是指不同电压等级的输电线路通过变压器磁或电磁耦合构成的环形电网。然而，在高一电压等级的线路投入运行初期，由于其电压网络尚未形成或网络尚不坚强，为保重要负荷或需要保证电网整体输电能力，而又不得不电磁环网运行。宁夏电网750kV主网架形成初期网架薄弱且存在电磁环网，750kV线路故障跳闸等因素将造成较大的潮流转移使薄弱环节的线路过载导致宁夏电网频率下降，而影响到宁夏电网的安全稳定运行。本文结合宁夏现有的电网结构特点和稳定控制装置的应用，对存在的运行控制问题进行了分析，并提出了解决问题的根本措施。
1 电磁环网对电力系统安全稳定运行的影响
电磁环网虽有利于输送电力负荷，但安全稳定运行风险大，容易因一条超高压线路跳闸致使高压线路过载相继跳闸引发恶性电网事故，近年国内外都有过类似事故教训。电磁环网的存在成为影响电网安全稳定运行的重大隐患，主要存在以下弊端。
1.1 易造成系统热稳定破坏
如果在主要的受端负荷中心，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送出，容易出现超过导线热稳定电流的问题。
1.2 易造成系统动稳定破坏
正常情况下，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地增大（突变为两端变压器阻抗与低压线路阻抗之和，而线路阻抗的标么值又与运行电压的平方成正比），因而极易超过该联络线的暂态稳定极限，可能发生系统振荡。
1.3 继电保护和安全自动装置配置比较复杂
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。保护和安全自动装置的复杂化和不配合，一般是事故直接或扩大的原因。
1.4 潮流控制很不方便
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。合环运行时，潮流在环网内自然分布，环网元件（变压器）的通过功率往往发生满载甚至过载，潮流控制很不方便。
1.5 不利于经济运行
750kV与330kV、220kV线路的自然功率值相差极大，同时750kV线路的电阻值（多为6*400平方毫米导线）也远小于220kV线路（多为2*240或1*400平方毫米导线）的电阻值。在750/330kV、750/220kV环网运行情况下，系统潮流分配难于实现最经济方式运行。
1.6 需要装设高压线路因故障停运后联锁切机、切负荷等安全自动装置
实践说明，若安全自动装置本身拒动、误动将影响电网的安全运行。
2 宁夏电网结构的现状分析
2.1 宁夏电网网架结构特点
在全国电网中，宁夏电网属于比较复杂的电网结构。几年的快速发展，宁夏电网750kV网架已初步形成不完善的“Y”字形结构，即以黄河750kV变电站为中心，向西单回线至贺兰山750kV变电站、
向东双回线至银川东换流站，向南双回线至甘肃电网。在贺兰山750kV变电站，750kV电网通过2号主变（1*150万千瓦）与宁夏北部结构比较成熟的220kV电网相连接。在黄河750kV变电站，750kV电网通过2号主变（1*210万千瓦）与宁夏南部结构比较成熟的330kV电网相连接。南部330kV电网与北部220kV电网通过大坝电厂7号、8号变压器（2*33万千瓦）和月牙湖变电站1号、4号变压器（2*50万千瓦）联络，形成了750kV/220kV、750kV/330～220kV、750kV/330kV电磁环网，如图1所示。
图1 宁夏电网电磁环网示意图（220kV受电方式下）
2.2 宁夏现存电磁环网及运行控制问题
750kV线路和330/220kV线路的输送容量相去甚远，在解环之前，一旦750kV系统跳闸，其负荷会瞬间转移至330/220kV电网，330/220kV电网将面临“难以承受之重”，大停电就可能发生。
2.2.1 750kV/220kV电磁环网及运行控制问题。贺兰山750kV变电站2号主变（750/220kV）及配套工程的投运，形成了750kV/220kV电磁环网。目前，贺兰山750kV变电站共投运6回220kV出线，至青铜峡变两回，至西夏变两回，至平吉堡变一回，至大坝三期一回（供厂用电），其中青铜峡变与大坝电厂通过两回线相连。在220kV电网及大坝电厂三期大开机方式下，由于电源点单一，750kV黄贺Ⅰ线故障断开后，大坝电厂三期及220kV电网富裕电力将通过月牙湖站和大坝电厂联变向330kV电网送出，易造成大坝电厂220/330kV联变过载，以及贺青甲、乙双回线过载。
2.2.2 750kV/330～220kV电磁环网及运行控制问题。220kV电网受电方式下，若贺兰山变750kV联变故障断开，220kV受电电力将转移至大坝电厂7号、8号联变和月牙湖变1号、4号联变。此时若220kV负荷较大，220kV电网受电较多时，将导致大坝电厂330/220kV联变过载，需切除北部电网一定负荷消除联变过载现象。
2.2.3 750kV/330kV电磁环网及运行控制问题。银川东变是西北水火电打捆外送的窗口，直流Ⅰ、Ⅱ极投运成功后，川黄Ⅰ、Ⅱ线和川灵Ⅰ、Ⅱ线等4回750线路都几乎满负荷运行，银川东直流外送额定负荷达到400万千瓦而宁夏本地平均负荷为500-650万千瓦，一部分经银川东变输入330kV电网，另一部分经银川东直流外送，假如银川东直流突然出现故障甩负荷，将使侯水双回、蒋州双回及月徐双回潮流加重许多，倘若这些线路此时发生故障，则将造成部分330kV线路过载。 3 电磁环网运行控制问题的应对措施
实行双环网或打开电磁环网是保证系统安全运行的重要手段。但目前超高压750kV电网在建设初期网架结构还比较薄弱，为了充分利用资源、提高输电可靠性和降低输电损失，在采取安全控制措施到位的情况下，电磁环网运行会比开环运行更为有利。装设过载联锁切机、切负荷等安全自动装置是现阶段普遍采用的解决办法。
3.1 实施大坝三期-贺兰山变安全稳定控制系统
黄贺Ⅰ线检修时，考虑贺兰山～青铜峡一回线故障，则另一回线超过热稳极限70%。考虑黄贺Ⅰ线故障停运，则大坝三期发电出力全部经贺兰山750/220kV主变送往220kV电网，可能造成贺兰山～青铜峡双回线超过热稳。因此在现电网运行方式下，在贺兰山750kV变电站和大坝三期双重化配置具有切机功能的安全稳定控制装置。
贺兰山750kV变电站内稳控装置检测该站出线、主变的运行工况，并把设备状态送往大坝电厂站。当系统故障时，能判断出本站出线、主变的故障类型，根据判断出的故障类型、事故前电网的运行方式及主要送电断面的潮流，把控制命令、控制量等直接发送到大坝电厂执行，经当地判别确认后执行远方控制命令。
3.1.1 当750kV黄贺Ⅰ线跳闸后，检测220kV贺青双回线的潮流，当任何一回线路过载时，根据过载严重程度执行压机组出力或切除机组策略（至少保留一台运行机组）。
3.1.2 检测贺兰山站2号主变的运行情况，当2号主变过载时，根据过载严重程度执行压机组出力或切除机组策略（至少保留一台运行机组）。
大坝三期-贺兰山变安全稳定控制系统根据贺青双回线过载和2号主变过载情况，大坝三期执行过载告警、过载压出力、过载切机措施，从而解决750/220kV电磁环网运行控制难题。
3.2 实施贺兰山变-大坝电厂区域安全稳定控制系统
根据稳定计算分析，按照分层分区的配置原则和通信通道的条件建立一套完善的安全稳定控制系统，在贺兰山750kV变电站双重化配置安全稳定控制装置，作为稳控系统主站。在大坝电厂双重化配置安全稳定控制装置，装置将7号、8号联变的跳闸及过载信息（过载量）上送贺兰山750kV变电站主站。在月牙湖变电站双重化配置安全稳定控制装置，装置将1号、4号联变的跳闸及过载信息上送主站。在切负荷执行站配置单套安全稳定控制装置。装置将本站的可切负荷信息上送至主站，主站实时监测相关厂站联变与线路的运行状态，相关元件一旦跳闸并导致大坝电厂或月牙湖变电站联变过载，装置根据实时统计的切负荷执行站可切负荷量信息，采取切负荷措施，保障各厂站联变的安全稳定运行。安全稳控系统的总体配置方案见图2。
图2 贺兰山变——大坝电厂区域稳控系统总体方案示意图
稳定控制系统根据判断出的故障类型、事故前电网的运行方式及主要送电断面的潮流，查找存放在装置内的控制策略表，确定应采取的控制措施及控制量。
3.2.1 正常方式下的控制策略：贺兰山750kV变电站2号主变跳闸，如大坝电厂两台联变发生过载（潮流330kV→220kV方向），月牙湖变电站两台联变发生过载（潮流330kV→220kV方向），根据过载量的大小，向需要切负荷的变电站发送切负荷命令。
3.2.2 贺兰山750kV变电站2号主变检修控制策略：如大坝电厂在两台联变运行时，一台联变故障跳闸，另一台联变发生过载（潮流330kV→220kV方向）；月牙湖变电站两台联变运行时，一台联变故障跳闸，另一台联变发生过载（潮流330kV→220kV方向）。根据过载量的大小，向切负荷站发送切负荷命令。
3.2.3 大坝电厂一台联变检修控制策略：如贺兰山750kV变电站2号主变故障跳闸，大坝电厂运行主变过载（潮流330kV→220kV方向），根据过载量的大小，向切负荷站发送切负荷命令。
3.2.4 月牙湖一台联变检修控制策略：如贺兰山变电站主变故障跳闸，月牙湖运行主变过载（潮流330kV→220kV方向），根据过载量的大小，向切负荷站发送切负荷命令。
在220kV电网受入方式下，贺兰山750kV变电站2号主变压器故障跳闸后，根据大坝电厂7、8号联变过载情况，通过相关厂站的切除宁夏北部电网相应负荷，消除联变过载现象，从而解决宁夏750kV/330～220kV电磁环网及运行控制问题。
3.3 建设双回联络线消弱750kV/330kV电磁环网
加快电网建设步伐，逐步完善和巩固电网结构是解决电磁环网问题的另一个行之有效的措施。现在黄河750kV变电站至银川东换流站的第二回线，即黄川Ⅱ线已经投入运行，这大大减轻了黄河变电站电磁环网带来的威胁。
4 结束语
根据我国《电力系统安全稳定导则》规定：随着高一级电压电网的建设，下级电压应逐步实现分区运行，相邻分区之间保持互为备用。应避免和消除严重影响电网安全稳定的不同电压等级的电磁环网。文章根据宁夏750kV网架建成初期的运行情况，对宁夏750kV/330kV/220kV电网运行中电磁环网存在的问题进行了分析，提出了相应的稳定控制策略。然而，只有加快建设贺兰山750kV变电站至黄河750kV变电站的第二回线（750kV黄贺Ⅱ线）和位于宁夏北部的沙湖750kV变电站（750kV/220kV），真正实现750kV电网与低一级电网分层分区运行，才能从根本上消除电磁环网带来的威胁。
参考文献：
[1]王梅义，吴竟昌，蒙定中.大电网系统技术.中国电力出版社，2000.
[2]DL755-2001.电力系统安全稳定导则[S].
[3]宁夏电力公司.电磁环网对宁夏电网安全稳定的影响研究.中国电力科学研究院，2008.
[4]宁夏电力公司.2012年度宁夏电网运行方式，2012.