楊寶起

（新疆天富熱電股份有限公司電力調(diào)度所，新疆 石河子 832000）

“電網(wǎng)薄弱、大機小網(wǎng)、電廠接入電網(wǎng)方案不盡合理、系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)備容少、電網(wǎng)、電廠自動控制裝置不完善設置不合理”是多數(shù)地區(qū)電網(wǎng)和用戶自備電網(wǎng)的現(xiàn)狀。只有增強系統(tǒng)資源整體配置，依靠安全穩(wěn)控控制裝置完善，提高系統(tǒng)抵御事故的能力，即使這樣也難以抵御系統(tǒng)在大的擾動下與主電網(wǎng)解網(wǎng)形成孤立電網(wǎng)后維持本電網(wǎng)頻率穩(wěn)定。局部片區(qū)線路故障、惡略極端天氣的 發(fā)生以及因操作人員誤操而引起的電網(wǎng)事故作均可能導致地區(qū)電網(wǎng)與主網(wǎng)解列。孤網(wǎng)運行的情況，系統(tǒng)頻率、電壓劇烈波動，如果控制措施不當，極可能出現(xiàn)大面積停電或“黑網(wǎng)”事故。因此，探討孤網(wǎng)運行及安全穩(wěn)定控制策略，具有顯著的現(xiàn)實意義，也是薄弱地區(qū)電網(wǎng)和用戶自備電網(wǎng)的迫切需要。本文從闡釋孤網(wǎng)的結(jié)構(gòu)與概念出發(fā)，結(jié)合孤網(wǎng)運行特性及安全穩(wěn)定控制現(xiàn)狀，并以本地區(qū)電網(wǎng)現(xiàn)狀及本地電網(wǎng)“7·26”電網(wǎng)事故保護和安穩(wěn)裝置動作情況，對孤網(wǎng)安全穩(wěn)定策略進行分析。

1 “7·26”電網(wǎng)事故處理經(jīng)過

1）事故發(fā)生前石河子電網(wǎng)運行方式

（1）南熱電2爐2機運行，天河電廠2爐2機運行。發(fā)電總出力：850MW。

（2） 110kV明珠變側(cè)110kV明東線開關熱備用。

說明：因110kV南東線過載，因此將110kV明珠變側(cè)開關熱備用。

（3）全網(wǎng)用電總負荷：885MW；110kV瑪東雙線負荷：下網(wǎng)30MW。

（4）事故發(fā)生時間：2012年07月26日14時天氣：晴。

（5）石河子電網(wǎng)一次主接線簡圖及故障跳閘示意圖。

圖1 石河子電網(wǎng)一次接線簡圖

2）事故經(jīng)過

13:54 城東變報告110kV東泉線高頻零序、距離Ⅰ段保護動作開關跳閘，測距6.4km；故障相別：A相。

13:54 泉水地變報告110kV泉東線零序Ⅰ段保護動作開關跳閘，測距32km。

14:00 南熱電報告110kV南西線光纖差動保護動作，開關跳閘，C相接地。

14:02 城西變報告110kV西南線光纖差動保護動作，開關跳閘。C相故障，無測距。

14:04 三級電站報告110kV三東線零序Ⅰ段保護動作開關跳閘。

14:04 城東變報告110kV三東線零序Ⅰ段保護動作開關跳閘。

同時報告瑪東Ⅰ、Ⅱ線潮流顯示為 0，判斷為解網(wǎng)。

14:04 南熱電報告區(qū)域穩(wěn)控動作，2#機出口開關跳閘。14:27并網(wǎng)正常。

14:12 調(diào)度令城東變 110kV東泉線試送電，14:13報告“手合出口保護動作”開關跳閘。

14:31 城北變報告110kV北明線相間距離Ⅰ段保護動作開關跳閘。

14:34 調(diào)度令明珠變110kV明東線送電，14:35送電正常。

14:30 調(diào)度申請中調(diào)110kV瑪東線并網(wǎng)。15:03 110kV瑪東線并網(wǎng)成功。

14:50 令四級35kV母聯(lián)并網(wǎng)，14:55并網(wǎng)正常。15:27令35kV母聯(lián)停電轉(zhuǎn)熱備用。15:30操作完畢。

14:57 令三級110kV三東線送電，15:01送電正常。

15:02 令城東變110kV三東線送電，15:03操作完畢。

15:03 令城西變110kV西南線試送電，15:04送電正常。

15:10 令南熱電110kV南西線送電，15:19送電正常。

15:24 城北變110kV北明線送電。

16:00 線路工區(qū)巡線人員報告 110kV三東線54#塔有絕緣子老化擊穿，申請停電報搶修單處理。21:34 110kV三東線缺陷處理完畢。

17:10 線路工區(qū)巡線人員報告 110kV東泉線25#塔處有翻斗車碰到線路，車主已被扣留。18:02 110kV東泉線兩側(cè)恢復送電。

17:25 電網(wǎng)負荷恢復至事故發(fā)生前負荷。

此次事故造成市區(qū)及團場變電站甩負荷達210MW，110kV瑪東線瑪電側(cè)負荷上網(wǎng)超過150MW。石河子電網(wǎng)和新疆電網(wǎng)解網(wǎng)運行約60min。

2 事故分析

按照電力規(guī)程有關規(guī)定，電網(wǎng)中單機容量應小于電網(wǎng)總?cè)萘康?%，以保證當該機發(fā)生甩負荷時，不影響電網(wǎng)的正常運行。最大單機容量大于電網(wǎng)總?cè)萘康?%電網(wǎng)，即為小網(wǎng)。孤立運行的小網(wǎng)，即為孤網(wǎng)。簡單來講，孤網(wǎng)是指脫離大電網(wǎng)運行的小容量電網(wǎng)，孤網(wǎng)可分為以下幾種情況[1]：①網(wǎng)中有數(shù)臺機組并列運行，單機與電網(wǎng)容量比超過8%；②網(wǎng)中僅有一臺機組供電，稱為單機帶負荷；③甩負荷帶廠用電，稱為小島運行工況，是單機帶負荷的一種特例。孤網(wǎng)發(fā)生瞬間，孤網(wǎng)內(nèi)所有發(fā)電機組所發(fā)的功率和孤網(wǎng)地區(qū)內(nèi)所有負荷所消耗的受電功率之間存在功率差額，這個功率差額就是孤網(wǎng)不平衡功率ΔP。根據(jù)孤網(wǎng)瞬間運行狀態(tài)判斷包括兩種情況：一種是孤網(wǎng)不平衡功率等于文獻[2]零既發(fā)電與供電平衡或者發(fā)電與供電相差數(shù)值很小，孤網(wǎng)內(nèi)機組通過自身調(diào)整可正常運行；另外一種孤網(wǎng)既發(fā)電與供電不平衡功率較大，表現(xiàn)在以下兩個方面：①上網(wǎng)功率比例過大（ΔP＞0）引起孤網(wǎng)頻率升高；②地區(qū)電網(wǎng)受電功率過大（ΔP＜0）引起孤網(wǎng)頻率、電壓降低。

根據(jù)以上分析分析結(jié)合“7·26”事故經(jīng)過可得出結(jié)論：①石河子電網(wǎng)最大裝機容量330MW而電網(wǎng)負荷卻只有 885MW 屬于大機小網(wǎng)電網(wǎng)；②330MW機組和 220kV線路組成的小電網(wǎng)與石河子地區(qū)110kV主電網(wǎng)通過兩條110kV線路與新疆主電網(wǎng)連接，明顯屬于電網(wǎng)弱連接；③通過“7·26”事故現(xiàn)象分析石河子110kV主電網(wǎng)在大負荷情況下當系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生N-2事故情況下，電網(wǎng)無法滿足運行條件，電力線路因無法承受事故潮流轉(zhuǎn)移過負荷跳閘引起連鎖跳閘事故導致電網(wǎng)事故；④由于負荷波動引起與新疆電網(wǎng)聯(lián)絡線穿越功率越線安全穩(wěn)定控制裝置動作解聯(lián)絡線，孤網(wǎng)內(nèi)不同片區(qū)負荷不平衡造成同一孤網(wǎng)內(nèi)再次分成若干孤網(wǎng)；⑤不同小孤網(wǎng)又因發(fā)電與供電負荷不平衡出現(xiàn)或高頻，或低頻的現(xiàn)象如果孤網(wǎng)內(nèi)安全穩(wěn)定控制自動裝置又因無法識別電網(wǎng)故障性質(zhì)，策略無法正確執(zhí)行直接導致電網(wǎng)“全黑”故障。

3 結(jié)合電網(wǎng)事故孤網(wǎng)運行安穩(wěn)控制策略研究

頻率穩(wěn)定是決定電力系統(tǒng)能否安全穩(wěn)定運行的重要因素，它反映了電力系統(tǒng)中發(fā)電功率與負荷功率供需平衡的基本狀態(tài)。孤網(wǎng)運行就是如何解決在較大不平衡功率變化時保證孤網(wǎng)頻率穩(wěn)定的問題。對應于孤網(wǎng)運行情況孤網(wǎng)頻率控制目標包括兩種情況：當孤網(wǎng)不平衡功率很小時，網(wǎng)內(nèi)機組一次調(diào)頻必須滿足孤網(wǎng)中外界負荷的變化要求；當孤網(wǎng)不平衡功率較大時，需要更加快速及穩(wěn)定的頻率控制即通過高頻切機或低頻切負荷來加以控制。

3.1 孤網(wǎng)運行的一次調(diào)頻控制

孤網(wǎng)運行的特殊性，要求此時機組的一次調(diào)頻具有更小的遲緩率、更大的調(diào)節(jié)幅度、更高的靈敏度和更快的動態(tài)響應[3-5]。

當“7·26”事故發(fā)生石河子地區(qū)電網(wǎng)對小機組一次調(diào)頻投入未作要求，作為發(fā)電廠更不愿意將一次調(diào)頻裝置投入不愿承擔電網(wǎng)調(diào)頻責任所以當事故發(fā)生后分片小孤網(wǎng)重新并網(wǎng)時由于調(diào)頻原因用時很長。事故后電網(wǎng)對全網(wǎng)內(nèi)所有發(fā)電機組按《新疆電網(wǎng)一次調(diào)頻運行管定》的要求將一次調(diào)頻投入。

也有研究表明，當孤網(wǎng)運行時火電機組如果取消一次調(diào)頻死區(qū)設置、放開一次的調(diào)頻下限，可以提高一次調(diào)頻動作靈敏度，有利于孤網(wǎng)穩(wěn)定運行。文獻[6]通過對一次調(diào)頻下限從放大到完全放開的各種場景進行仿真計算，證明了該措施對孤網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的作用。

3.2 孤網(wǎng)運行下OPC定值設置

機組 DEH系統(tǒng)中的超速保護功能 OPC（Overspeed Protection Controller），是指當汽輪發(fā)電機組轉(zhuǎn)速升到103%額定轉(zhuǎn)速時，通過快速關閉調(diào)節(jié)氣閥，使機組維持在額定轉(zhuǎn)速運行，避免轉(zhuǎn)速升高過快而遮斷停機[7]。OPC是防止汽輪機超速的第一道防線，是保證機組安全運行的重要保護措施。

石河子電網(wǎng)內(nèi)機組OPC（超速保護控制）動作關調(diào)門定值采用不同機組差別化設定整定，避免了因達到動作定值后所有機組同時反復動作，直至電網(wǎng)崩潰。石河子電網(wǎng)機組OPC定值見表1。

表1 石河子電網(wǎng)機組OPC定值

差別化設置發(fā)電機組OPC定值，有效地減少了因孤網(wǎng)后造成頻率過高，發(fā)電機同時動作，造成電網(wǎng)低頻后相應低頻減載裝置動作切負荷后頻率正常，各發(fā)電機OPC恢復正常，再次導致電網(wǎng)高頻重復動作，頻率反復拉鋸直到電網(wǎng)瓦解?！?·26”事故發(fā)生時石河子電網(wǎng)與新疆主電網(wǎng)解網(wǎng)后石河子孤網(wǎng)后內(nèi)部有形成兩個小孤網(wǎng)即石河子電網(wǎng)一次主接線簡圖及故障跳閘示意圖所表示#1部分和電網(wǎng)其余部分，其中#1部分為電網(wǎng)主力發(fā)電廠和大用戶集中部分，發(fā)電負荷在650MW而用電負荷在550MW左右當電網(wǎng)發(fā)生故障時#1部分孤網(wǎng)高頻導致南熱電廠14:03 #2機穩(wěn)控裝置動作，#2機負荷從96MW降至到零，主蒸汽流量到零。#2機 DEH顯示調(diào)速汽門關小，中、低壓旋轉(zhuǎn)隔板關閉。機各段抽汽電動門、逆止門關閉。高加汽側(cè)解列語音報警出現(xiàn)。#2機轉(zhuǎn)速瞬間上升后下降。14:05 #1機ETS畫面，汽機“超速報警”出現(xiàn)，負荷由98MW降至5.9MW，#1機OPC動作，DEH調(diào)速汽門關閉，OPC動作燈亮，各段抽汽逆止門電動門關閉，DCS上高加解列語音報警出現(xiàn)。14:06和 14:07 OPC動作三次，分別轉(zhuǎn)速3045r/min 3088r/min 3080r/min，轉(zhuǎn)速最低到2915r/min。南熱電機組OPC動作后配合低頻減載動作直至#1孤網(wǎng)片區(qū)穩(wěn)定運行。需要注意的是，這種方法也有一些缺點。因機組OPC定值設置較低的可能率先動作，因調(diào)門關閉的時間較長，引起主汽壓力升高，嚴重時可能觸發(fā)鍋爐的相關保護動作，導致發(fā)電機跳閘文獻[8]。

3.3 孤網(wǎng)運行時的高頻切機與低頻、低壓減載

以火力發(fā)電機組為主的多機孤立運行電網(wǎng)中，當過剩的負荷功率大于機組額定發(fā)電輸出功率時，電網(wǎng)的頻率穩(wěn)定問題就不在是快速調(diào)節(jié)機組出力的問題，而是還要考慮機組高頻切機問題[9]。石河子電網(wǎng)用電負荷的特殊性既不可能長時間停電，高頻切機保護的投入應與發(fā)電機OPC協(xié)調(diào)配置，過早的切機造成孤網(wǎng)片區(qū)所失用電負荷不能在短時間內(nèi)恢復對用戶造成的損失太大，由于有發(fā)電機OPC保護配合、穩(wěn)控裝置高頻切機切負荷配合，在目前情況下高頻切機未投入。

當然當系統(tǒng)內(nèi)發(fā)電負荷旋轉(zhuǎn)備用足夠多，發(fā)電機一次調(diào)頻足夠滿足電網(wǎng)安全運行時，作為發(fā)電機保護高頻切機還是應該投入的。對于電網(wǎng)低頻問題，低頻減載是根本性解決措施。作為防止系統(tǒng)出現(xiàn)頻率崩潰的最后一道防線，它通過預先定值設定逐級跳所帶負荷，以恢復頻率至正常值。石河子電網(wǎng)低頻減載裝置的配置如下。

根據(jù)電力部《電力系統(tǒng)自動低頻減負荷技術規(guī)定》，按照自治區(qū)電力調(diào)度中心2012年低頻低壓減載總體方案的要求，結(jié)合石河子電網(wǎng)實際情況，制定2012年度石網(wǎng)低頻減載配置方案：石網(wǎng)低頻減載裝置共設置六個基本輪，頻率級差為 0.3Hz，動作時間為 0.3s，（49Hz/0.3s，48.7Hz/0.3s，48.4Hz/0.3s，48.1Hz/0.3s，47.8Hz/0.3s，47.5Hz/0.3s）和三個特殊輪（49Hz/15s，48.7Hz/15s，48.4Hz/15s）。

石網(wǎng)低頻減載切負荷的原則是：先切農(nóng)電，后切工業(yè)，最后切照明。石網(wǎng)主電網(wǎng)因季節(jié)變化要求，全網(wǎng)低頻減載裝置的配置分為冬、夏兩方案，夏季第一輪切荷量為最高負荷 9.29%，第二輪切荷量為最高負荷6.83%，第三輪切荷量為最高負荷8.7%，第四輪切荷量為最高負荷7.2%，第五輪切荷量為最高負荷5.17%，第六輪切荷量為最高負荷3.1%，六輪總切荷量為電網(wǎng)最高負荷的40.23%，三個特殊輪切荷量為最高負荷 4.17%，石河子電網(wǎng)夏季總切荷量為電網(wǎng)最高負荷的 44.4%。冬季第一輪切荷量為電網(wǎng)最高負荷的 3.5%，第二輪切荷量為最高負荷3.87%，第三輪切荷量為最高負荷5.06%，第四輪切荷量為最高負荷 4.02%，第五輪切荷量為最高負荷4.77%，第六輪切荷量為最高負荷 3.1%，六輪總切荷量為電網(wǎng)最高負荷的24.02%，三個特殊輪切荷量為最高負荷 3.85%，石河子電網(wǎng)冬季總切荷量為電網(wǎng)最高負荷的 27.9%。結(jié)合低頻減載設置還設置了低壓減載設置作為低頻減載的補充具體設置如下：石河子電網(wǎng)2012年低壓減負荷方案，設置了一個輪次，80%Ue，動作時間為5s。只投入110kV沙門子變、小拐變、炮臺變、西古城變、新安變五個變電站低壓減負荷裝置。夏季切荷量為總負荷的20.9%，冬季切荷量為總負荷的10.77%。結(jié)合“7.26”事故現(xiàn)象分析如石河子電網(wǎng)一次主接線簡圖及故障跳閘示意圖所示#1部分以外電網(wǎng)其余部分由于電廠出力原小于供電負荷，孤網(wǎng)后電網(wǎng)頻率下降導致第二輪低頻動作，切農(nóng)場變電所負荷 200MW 后達到發(fā)供平衡后電網(wǎng)基本平衡。而#1片區(qū)在南熱電 OPC動作后低頻動作切負荷60MW后孤網(wǎng)片區(qū)平衡。雖然電網(wǎng)配置低頻底裝置后可以有效減少頻率過低的問題，但也應當在設置低頻減載變電所處設置切負荷后切除電容器裝置以減少切負荷后電壓過高燒設備現(xiàn)象發(fā)生。

3.4 電力系統(tǒng)穩(wěn)控裝置設置

雖然電網(wǎng)可以通過保護裝置進行切機切負荷保證電網(wǎng)安全，但是現(xiàn)在電網(wǎng)穩(wěn)定控制裝置的大量投入使用，也大大提高了電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。從石河子電網(wǎng)安全穩(wěn)定裝置現(xiàn)狀分析，將各變電所低頻裝置量接入溫控裝置進行計算可大大提高切負荷量的精細度，更合理安排電網(wǎng)切負荷量。但穩(wěn)控裝置在方式策略安排上如果沒有完全考慮所有事故將造成切錯機或切錯負荷造成事故擴大。當然在穩(wěn)控策略安排上有兩種分歧一是“簡單粗暴”針對現(xiàn)象進行簡單的切機切負荷。二是復雜多樣既根據(jù)電網(wǎng)穩(wěn)定情況將電網(wǎng)穩(wěn)定計算、保護動作、暫態(tài)分析都和穩(wěn)控裝置結(jié)合達到精細化但缺點就是考慮的太多往往顧此失彼未能達到預期效果。筆者認為：穩(wěn)定控制裝置只有在電網(wǎng)發(fā)展初期各項技術還不全面的情況下使用，當電網(wǎng)發(fā)展到一定程度就將其退出?！胺€(wěn)控裝置”就好比“吃藥”，電網(wǎng)身體不好的時候吃藥是為了健康，但電網(wǎng)身體健康了還“吃藥”就是在毒害身體。

4 結(jié)論

本文結(jié)合本地“7·26”事故，結(jié)合本地電網(wǎng)孤網(wǎng)運行情況對孤網(wǎng)運行穩(wěn)定策略進行分析。將OPC差別化設置與低頻減載聯(lián)合設置結(jié)合應用避免了本地電網(wǎng)在孤網(wǎng)后分成兩個孤網(wǎng)仍然達到穩(wěn)定運行。希望能為小電網(wǎng)和自備電網(wǎng)提供另一條孤網(wǎng)穩(wěn)定策略思路。

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