沈明祥，王 浩，武彦诚，陈红洋，杨 柳
［盛虹炼化（连云港）有限公司，江苏 连云港222042］
［摘 要］某大型化工园区内现有500 kV变电站1座、220 kV变电站8座，整体上按A类供电区域进行规划，负荷密度超过50 MW/km2，大多数用户为一级负荷，部分重要用户采用环网建设、馈供运行的方式接入电网，且园区内电力用户用电规模大、负荷增长较快，供电可靠性要求较高；园区内存在多个220 kV电磁环网，220 kV母线三相短路电流达49.102 kA，已经临近开关设备开断能力（50 kA）。分析与探讨电网分区的优点及类型，结合园区电网架构的特点，进行电网分区规划优化，以有效降低短路电流，简化电力系统结构，增加内部联络，提高电网供电的可靠性与灵活性，降低远端故障“晃电”的影响。
［关键词］大型化工园区；电力系统；电网分层分区；电网构架；短路电流；电网分区规划
［中图分类号］TM727.3 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2025）03-0077-04
0 引 言
某大型化工园区内现有500 kV变电站1座（3×1 000 MVA）、220 kV变电站8座（含2座升压站），园区整体按A类供电区域进行规划，负荷密度超过50 MW/km2；近年来，园区负荷保持较快速度增长，2023年园区最大用电负荷达到1 670 MW，预计2025年、2030年园区最大用电负荷将分别达到2 160 MW、2 640 MW。
由于园区内电力用户主要为石油化工、煤炭加工、高性能新材料等企业，生产过程中存在高温高压、易燃易爆介质带来的风险，大多数用户为一级负荷，对供电可靠性和稳定性要求极高。部分重要用户采用2点接入方式，通过3～4回220 kV线路接入公用电网，正常情况下220 kV变电站母联开关或母线分段开关打开，即采用环网建设、馈供运行的方式接入电网。电力用户内部电力系统检修时，往往采取逐级合环方式实现不停电倒闸操作，以减少用户停电、避免造成潮流穿越。目前，园区内存在多个220 kV电磁环网，园区内输电通道相重叠且与周围电网联系紧密，220 kV母线短路电流较高。当电力用户220 kV母线合环时，经计算，220 kV母线三相短路电流达49.102 kA，已临近开关设备开断能力（50 kA）。总之，随着电网负荷与用电规模的扩大，该大型化工园区500 kV变电站220 kV母线短路电流问题日益明显，严重影响园区内重要用户生产装置的稳定运行。因此，合理调整电网构架，形成分层分区供电，可有效控制短路电流，对园区供电的稳定性与可靠性具有重要意义。以下就有关情况进行分析与探讨。
1 电网分层分区原则
电网应按照电压等级分成若干结构层次，按供电能力划分若干包含不同结构层次的供电区域，在各区域内据电力负荷特点安排相应的电力供应，大致形成区域内的电力供需平衡。电网分区原则具体如下。
1）供电独立原则。分区应注意电源与电力用户的统筹协调，尽量保持区内负荷与装机基本平衡，即有功功率和无功功率的基本平衡；同时，各区域内应具备一定支撑电源[1]，确保分区供电的安全性，具备“孤岛”运行的能力。
2）适度联络原则。各分区之间应保持适度联络，在负荷高峰时可以合理调配，提高线路利用率[2]；当发生重大灾害或特大事故时，可作为应急供电通道。
3）区内环网原则。各分区应在不超过短路电流的情况下尽量形成区内环网运行，降低内部网损，加强网内构架支援能力。
4）简单实用原则。电网分区应尽可能简化，以有效限制短路电流、简化继电保护配置。
5）安全稳定原则。在任何运行方式下，电网分区设置应满足N-1的要求[3]，即任一线路或系统设备故障断开，均能保持电力系统的安全稳定运行。
6）其他方面。有关标准[4]要求：随着高一级电压电网的建设，下级电压电网应逐步实现分区运行，相邻分区之间保持互为备用，应避免或消除严重影响电网安全稳定的不同电压等级的电磁环网。
2 电网分区的优点
合理的电网分区运行，可有效限制短路电流，简化电力系统结构，提高电网供电的可靠性与灵活性[5]；同时，可有效降低系统阻抗，降低电网远端故障电压传变影响。电网分区的优点具体如下。
1）改善电网潮流分布。电网分区运行可减少电磁环网现象，避免由于潮流分布不均导致的线路过载。
2）有效控制故障范围。在环网运行方式下，各变电站、发电厂往往通过多回线路联络，当系统发生故障时，可能会引起局部功率转移，导致故障扩大化，而电网分区运行可有效避免这一问题。
3）限制短路电流，降低影响范围。当系统存在电网联系紧密、环网密集时，各变电站之间系统阻抗较小，“电气距离”较近。当出现较远线路、变电站短路故障时，据正序电压和故障分量电压分布原则，距离故障点越近，正序电压越低，而故障分量电压则相反（受电源点影响）。该大型化工园区电力用户存在大量电压敏感设备[6]，远距离电网故障导致的电压传变会频繁造成电力用户发生“晃电”——据统计，仅2021年6月—2024年3月，园区电力用户监测到的“晃电”就达78次，严重影响供电质量。
4）简化继电保护配置，提高保护定值限额条件。当电网环网运行时，各级继电保护定值将受到限制，层与层、网与网之间存在级差配合困难。而供电公司下发保护定值限额时，往往设置多个制约条件。
5）提高500 kV电网输电能力，降低系统网损。220 kV电网合理分区运行，可减少220 kV电网之间的联络，提高500 kV电网的输电能力，有效降低输电损耗，具有良好的经济性。
3 220 kV电网分区类型
据该园区内500 kV变电站数量和运行方式的不同，220 kV电网可分为独立分区和互联分区两种模式。
3.1 独立分区
以1座500 kV变电站和若干220 kV电厂作为电源点，运行时只有1座500 kV变电站作为与大电网的联络点，电网构架呈现围绕500 kV变电站形成放射网或自环网的结构，一般推荐采用自环网和网络结构，独立分区内采用环网运行，环网系统在变电站之间有2条通路，网状系统在变电站之间设有多条通路。各220 kV变电站均有四回以上线路供电，如图1、图2所示（图中的箭头线表示潮流及其方向）。
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