由于历史原因，我国电网建设过程基本为从电压等级低的主干网架逐步过渡到电压等级高的网架，导致局部地区的500 kV/220 kV电网存在电磁环网运行情况。电磁环网的产生和消亡具有一定的规律，在电磁环网形成初期，弱电磁环网运行会产生N-1事故发生后电流越限及电压不稳定问题。目前，内蒙古西部电网500 kV电网主干网架正处于逐步完善阶段，本文对巴彦淖尔地区某500 kV/220 kV电磁环网运行时发生N-1事故后的危险点及运行措施进行分析。

电磁环网运行是指不同电压等级的输电设备通过变压器电磁回路联系形成的电网合环运行，其在电网的逐步完善过程中产生，在一定的技术经济条件下不可避免。电磁环的产生与消失过程大致可分为4个阶段，如图 1所示。

图 1(Figure 1)

图 1 电磁环网存在过程

电磁环网对电网运行安全的影响需要根据具体情况进行分析。在电网发展的不同阶段，电磁环网对电网的稳定性和经济性影响也不尽相同。第一阶段（电磁环出现阶段），电磁环有利于电网的稳定，巴彦淖尔地区电网500 kV/220 kV电磁环网即处于第一阶段，正处在500 kV坚强骨干网架的形成时期^[1-2]，应该对电磁环合环运行的网损、功率流动及保护配置进行细致分析。

在未形成高等级电网骨干网架或骨干网架相对薄弱期间，为了增加输电能力、保证经济性，往往存在电磁环网运行方式。电磁环网是1个复杂的非线性系统，若发生N-1故障，电网输电能力不足时往往会造成更大范围的停电和设备损坏事故，严重情况下甚至可能造成地区电网崩溃，导致地区电网失电。目前内蒙古西部电网正在完善500 kV骨干网架，220 kV电网正逐步解环，过渡时期存在500 kV/220 kV电磁环网运行风险^[3-5]。

以巴彦淖尔地区为例，东部电网的德岭山500kV变电站与西部河套500 kV变电站单回运行构成500 kV骨干网架，2个500 kV变电站间经220 kV天前线、220 kV天隆线形成220 kV断面，存在500 kV/220 kV电磁环网，如图 2所示。

图 2(Figure 2)

图 2 巴彦淖尔地区500 kV/220 kV电磁环网结构示意图

从图 2可以看出，在500 kV德河Ⅰ线检修或事故下功率将转移至220 kV电网，因天前、天隆断面的输电能力有限，降低了地区电网的可靠性，存在安全风险，需要解环运行。但在德河Ⅱ线500 kV通道未形成之前不具备解环条件，电磁环网运行是正常运行方式。该运行方式存在功率环流、检修或N-1事故风险，本文就上述问题进行理论研究和案例分析。

电网实际运行中，如果主变压器、线路等设备参数匹配不合理，会在电磁环网中产生功率环流，造成线损增大。我国电磁环网的功率环流以无功环流最为普遍，这种功率环流会使电网的有功损耗明显增加，影响电网的经济运行。下面对典型电磁环网（示意图见图 3）中变压器的变比参数匹配问题进行分析。

图 3(Figure 3)

图 3 典型电磁环网示意图

图 3中1号主变压器的变比为K₁，2号主变压器的变比为K₂，从节点4流出电磁环外的负荷为S₄，为了研究方便，将图 3中主变压器及线路参数进行等值归算到高压侧，如图 4所示。

图 4(Figure 4)

图 4 等值电路图

假设该电磁环网在QF₂点合环，节点4的负荷为S₄，节点2的电压为U₂，在QF₂右侧电压为U₂₄，Z₁₃、Z₁₂、Z₂₄、Z₃₄为阻抗，令ΔU=U₂-U₂₄，流经阻抗Z₂₄的电流为I₂，负荷注入电流为I₄，额定电压为U_N，则回路方程为:

(1)

(2)

以上两式联立得:

(3)

公式（3）中，S^*为S的共轭。

从公式（3）中解得S₁、S₂ :

(4)

(5)

其中，。

分析公式（4）、（5），当合环点电压差ΔU=0时，流过合环点的是正常的输送功率。当合环点ΔU≠0时，各个支路中流过的功率可以看作是正常功率和2个功率的叠加，可以令，称为电磁环网循环功率。

继续对公式（5）进行分析，令，ΔU^*=ΔU+jU，得

(6)

从公式（5）中可以看出，循环功率为有功功率和无功功率的叠加。在高压电网中，电抗远远大于电阻，X_∑远大于R_∑，电阻可以忽略，故环流中主要为无功值。

由系统的线损公式可知，无功环流会在系统中产生一定的有功损耗，无功环流引起的功率损耗与无功值的平方成正比^[6]。可将电磁环中的有功功率损耗分为2部分，即正常输送功率产生的有功损耗及无功环流产生的损耗。

控制无功环流的根本办法是控制电磁环的循环功率，根本途径是消除同等级电网的电压差。目前电网调度对电磁环网内的主变压器运行档位一直没有具体要求，且变压器参数不一致程度越大，循环无功功率越大，可以通过调节变压器档位，对接入电磁环的变压器和线路进行合理性匹配等措施来解决。如不能采用上述方法，可以考虑采用目前比较先进的柔性电网控制技术，通过改变电网的潮流来消除环流。该方法在南方电网和国家电网公司都进行过尝试，运行情况良好^[6]。

电磁环网中高低压等级电网间联系薄弱，会形成弱电磁环网，给系统带来巨大风险。满足以下条件（1），且满足条件（2）或条件（3）时的电磁环网即被称为弱电磁环网。

（1）电磁环网中高电压等级线路网架薄弱。高电压等级线路通常为单回线，如果发生N-1故障，失去高等级电网输电通道，故障后两端系统仅通过低电压等级线路相连。

（2）电磁环网中低电压等级线路电气距离长。高电压等级输电通道失去后，两端系统之间的电气距离大幅增加，系统联系大幅削弱。

（3）电磁环网中高电压等级线路充电功率大，且边界母线处系统短路容量小。在边界母线处进行空充线路、解合环等操作时，容易引起近区母线电压大幅变化。

（1）弱电磁环网运行方式下，高电压等级线路故障后，大量潮流转移至低电压等级线路，两端系统电气联系大大削弱，系统稳定水平大幅下降，容易导致破坏性事故。故障后潮流转移导致的稳定问题包括暂态稳定、动态稳定、热稳定及电压稳定等问题。

（2）故障后无功功率分布不合理，导致过电压或低电压问题。弱电磁环网轻载运行方式下，高电压等级线路较长时，线路剩余容性无功功率较大，两侧系统需投入大量感性无功功率进行补偿。高电压等级线路或主变压器故障后，容易造成无功功率分布不合理，导致过电压或低电压问题，两侧系统短路容量较小时该问题更加突出。

以巴彦淖尔地区500 kV德河Ⅰ线为例，事故前系统接线方式如图 5所示。

图 5(Figure 5)

图 5 巴彦淖尔地区500 kV德河Ⅰ线接线方式

2017-02-07T06:40，巴彦淖尔地区500 kV德河Ⅰ线5011/5012断路器跳闸，故障原因为门形架构L3相绝缘子发生闪络。跳闸前负荷190.229 MW，电流214.96 A。由图 5可知，跳闸后负荷全部通过220kV通道下送至河套变地区，河套主变压器+天前+天隆220 kV断面稳控限值设为140 MW，越限风险极大。若德河Ⅰ线跳闸或检修，要求华润电厂送电通道磴河Ⅰ线陪停以保证系统稳定性。若此时临河热电厂2×300 MW机组停机、200 kV所带风电光伏电源点小发，会造成天前、天隆断面以西地区电压降低，为了稳定系统，被迫大面积停电限负荷。

（1）跳闸事故发生后，电网调度部门需特别注意监测220 kV断面的功率，防止发生越限情况。

（2）若已发生越限，地方调度应立即汇报中调，以便中调及时下达限制负荷措施。

（3）密切监测受电电压的变化，防止电压崩溃，避免由局部事故引发大面积连锁跳闸事故。

电磁环网运行方式具有一定的风险，通过制订合理的控制措施，减少环流，可以有效降低网损及电磁环网对系统安全稳定性造成的影响，本文研究的500 kV/220 kV电磁环网运行措施同样适用于1000 kV/500 kV及220 kV/110 kV等电压等级的电磁环网，经验可供研究电网完善阶段和特殊运行方式下的运行方式参考。