劉 軍，馬 強(qiáng)，汪 湲

（1.山東電力調(diào)度控制中心，山東 濟(jì)南 250001；2.國(guó)網(wǎng)山東省電力公司，山東 濟(jì)南 250001）

0 引言

±660 kV銀東直流輸電工程，西起寧夏自治區(qū)銀川東換流站，東至山東省青島市膠東換流站，全長(zhǎng)1333 km。2011年2月完成系統(tǒng)雙極調(diào)試工作，正式投入運(yùn)行，額定輸送容量4 GW，額定直流電流3030 A，是國(guó)家“西電東送”重點(diǎn)工程之一。該工程將寧夏能源基地的優(yōu)質(zhì)電能直送山東沿海負(fù)荷中心，推動(dòng)西部資源優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，緩解了山東用電緊張狀況，有效促進(jìn)了全國(guó)范圍內(nèi)資源優(yōu)化配置，具有極大的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益［1］。

±660 kV銀東直流輸電工程投產(chǎn)后，山東電網(wǎng)成為交直流互聯(lián)的受端電網(wǎng)，結(jié)構(gòu)變化較大。當(dāng)銀東直流輸電系統(tǒng)在滿額功率向山東電網(wǎng)送電時(shí)發(fā)生單極或雙極閉鎖時(shí)，潮流的大范圍轉(zhuǎn)移容易引起華北—華中特高壓聯(lián)絡(luò)線的傳輸功率超出其穩(wěn)定極限，從而導(dǎo)致華北—華中電網(wǎng)失去同步，引起特高壓聯(lián)絡(luò)線解列。同時(shí)由于潮流轉(zhuǎn)移和功率缺額，會(huì)對(duì)山東電網(wǎng)產(chǎn)生較大的系統(tǒng)沖擊，影響電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。通過對(duì)2011年8月30日銀東直流極I閉鎖事故案例進(jìn)行分析，研究探討此次事故對(duì)山東電網(wǎng)的影響，總結(jié)交直流互聯(lián)電網(wǎng)的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)受端電網(wǎng)提出直流閉鎖事故處理的基本思路。

1 銀東直流閉鎖對(duì)山東電網(wǎng)的影響分析

1.1 直流閉鎖原因分析

造成直流閉鎖的主要原因有換流器故障、直流線路故障、直流輔助設(shè)備故障以及臨近交流系統(tǒng)故障等。多數(shù)直流故障發(fā)展到最后均會(huì)導(dǎo)致直流閉鎖，當(dāng)與換流站電氣距離較近的交流系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，也可能引起直流閉鎖。此外，與逆變側(cè)交流系統(tǒng)最后一個(gè)斷路器跳開時(shí)直流系統(tǒng)安穩(wěn)裝置也會(huì)向直流極控系統(tǒng)發(fā)出命令閉鎖直流［2，3，6］。

1.2 銀東直流閉鎖對(duì)山東電網(wǎng)動(dòng)態(tài)特性的影響

直流系統(tǒng)控制裝置的響應(yīng)速度遠(yuǎn)高于交流系統(tǒng)的常規(guī)控制器的響應(yīng)速度，當(dāng)閉鎖故障發(fā)生后，交流系統(tǒng)由于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子慣性力控制器特性決定了其不能很快地做出響應(yīng)，這將導(dǎo)致交流系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能惡化。

發(fā)電機(jī)端交流系統(tǒng)頻率f和機(jī)組轉(zhuǎn)速n的關(guān)系為f＝pn／60（p為極數(shù)）。銀東直流單極或雙極閉鎖故障發(fā)生后，直流系統(tǒng)將迅速使功率停送到山東電網(wǎng)交流系統(tǒng)，造成西北電網(wǎng)有功功率剩余2000 MW或4000 MW，考慮直流線路損耗，山東電網(wǎng)將出現(xiàn)1850 MW或3700 MW有功功率缺額。由于山東電網(wǎng)正常通過500 kV辛聊雙線、黃濱雙線與華北電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)，而華北電網(wǎng)通過1000 kV長(zhǎng)治—南陽(yáng)—荊門特高壓示范工程與華中電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)，直流閉鎖后華北—華中—山東電網(wǎng)機(jī)組需要承擔(dān)這部分功率缺額，從而造成發(fā)電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩升高，在調(diào)速器動(dòng)作前，原動(dòng)機(jī)的機(jī)械功率近似不變，電磁轉(zhuǎn)矩將大于機(jī)械轉(zhuǎn)矩，角速度下降，進(jìn)而引起系統(tǒng)頻率下降。

1.3 銀東直流閉鎖對(duì)山東電網(wǎng)潮流分布的影響

銀東直流單極或雙極閉鎖后，主要影響到山東電網(wǎng)以下幾個(gè)斷面的潮流分布：一是由500 kV黃濱雙線、辛聊雙線組成的華北—山東聯(lián)絡(luò)線斷面。正常運(yùn)行方式時(shí)，華北通過黃濱雙線、辛聊雙線送山東有功負(fù)荷3500 MW，控制極限是3800 MW。事故后，華北—山東聯(lián)絡(luò)線斷面潮流將大幅度增加，超過3800 MW的穩(wěn)定極限。二是山東主網(wǎng)東送斷面，主要由500 kV鄒棗線、益川雙線、壽油雙線、魯密線、淄濰線組成。事故后，山東主網(wǎng)東送潮流大幅度增加，若東部地區(qū)停機(jī)較多或部分東送500 kV聯(lián)絡(luò)線停電檢修，可能造成東送潮流超過穩(wěn)定極限。三是青島電網(wǎng)北送斷面，主要由500 kV東瑯雙線和青島地區(qū)相關(guān)220 kV線路組成，直流閉鎖后，若500 kV東瑯雙線掉閘，會(huì)導(dǎo)致相關(guān)220 kV線路過載。

2 銀東直流山東側(cè)安控系統(tǒng)切負(fù)荷策略

為防止銀東直流閉鎖導(dǎo)致華北—華中特高壓聯(lián)絡(luò)線解列及保證山東電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，山東電網(wǎng)裝設(shè)了銀東直流山東側(cè)安全穩(wěn)定控制系統(tǒng) （圖1），包括膠東站銀東安控裝置、膠東站山東切負(fù)荷主站裝置、38個(gè)220 kV變電站的切負(fù)荷子站裝置（涉及青島、煙臺(tái)、濰坊、淄博、臨沂共5個(gè)地區(qū)），裝置采取雙重化配置。山東側(cè)安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)切負(fù)荷總量為1250 MW，考慮到設(shè)備檢修、負(fù)荷同時(shí)率等因素，編制的切負(fù)荷方案總量約為1750 MW［4］。

膠東站側(cè)主站根據(jù)采集的換流變500 kV側(cè)功率，計(jì)算雙極閉鎖后切負(fù)荷量X，X等于切負(fù)荷系數(shù)K乘以閉鎖前銀東直流輸電落地功率與直流切負(fù)荷門檻之差。切負(fù)荷門檻值為2600 MW，K為1。 當(dāng)直流控制保護(hù)系統(tǒng)5 s內(nèi)發(fā)來極I和極II的非正常停運(yùn)信號(hào)，直流主站將發(fā)切負(fù)荷量XMW。膠東切負(fù)荷主站根據(jù)采集的換流變功率判直流雙極運(yùn)行 （功率在1000 MW以上），拒絕動(dòng)作；如判雙極停運(yùn)，則選擇相應(yīng)變電站發(fā)出切負(fù)荷指令［5］。

圖1 銀東直流穩(wěn)控系統(tǒng)配置結(jié)構(gòu)圖

3 銀東直流單極閉鎖事故案例分析

3.1 事故前運(yùn)行方式

2011年8月30日，山東電網(wǎng)統(tǒng)調(diào)用電負(fù)荷45360 MW，計(jì)劃可用出力46857 MW，因當(dāng)日上午實(shí)際負(fù)荷比預(yù)計(jì)（44600 MW）高700 MW，風(fēng)電出力較計(jì)劃少200MW，各發(fā)電廠臨時(shí)降出力約1000MW，事故前山東電網(wǎng)旋轉(zhuǎn)備用約1435 MW，事故備用1000 MW，備用較緊張。

3.2 事故發(fā)生及發(fā)展過程

14:45，±660 kV銀東直流極I閉鎖，山東電網(wǎng)減少2000 MW有功功率（未達(dá)到銀東直流安控裝置切負(fù)荷門檻值2600 MW）。事故造成系統(tǒng)頻率由50.01 Hz降至49.94 Hz（圖2），華北—山東聯(lián)絡(luò)線受電功率由3507 MW增加至5137 MW，超過控制極限1337 MW，圖3所示。

3.3 事故處理與恢復(fù)過程

事故發(fā)生后，山東省調(diào)當(dāng)值調(diào)度員立即下令開啟泰山抽水蓄能電站4臺(tái)機(jī)組發(fā)電（4×250 MW），令山東電網(wǎng)所有發(fā)電廠退出AGC功能手動(dòng)增加發(fā)電機(jī)組出力，調(diào)出全部旋轉(zhuǎn)備用容量。由于采取措施得力，泰山抽水蓄能電站機(jī)組迅速并網(wǎng)發(fā)電，各火力發(fā)電機(jī)組一次調(diào)頻動(dòng)作自動(dòng)增加部分發(fā)電出力，而后各發(fā)電廠值班員手動(dòng)調(diào)整增加發(fā)電出力，使得華北—山東聯(lián)絡(luò)線受電功率在較短的時(shí)間內(nèi)降至控制極限3800 MW以內(nèi)，總計(jì)越限12 min。同時(shí)，由于山東電網(wǎng)已沒有旋轉(zhuǎn)備用和事故備用容量，為防止銀東直流極II在事故處理期間發(fā)生閉鎖，山東省調(diào)通知全省各地調(diào)做好事故拉路準(zhǔn)備。

圖2 事故時(shí)系統(tǒng)頻率變化

圖3 事故時(shí)華北聯(lián)絡(luò)線功率變化

15:12，銀川東站（主控站）匯報(bào)，銀東直流極I閉鎖原因是膠東站3臺(tái)噴淋泵跳閘，備用泵連鎖啟動(dòng)失敗，極I超溫閉鎖。17:07，膠東站噴淋泵消缺結(jié)束；19:03，銀東直流極 I解鎖，開始恢復(fù)正常運(yùn)行方式。

3.4 事故原因及影響

銀東直流極I閉鎖原因是膠東站3臺(tái)噴淋泵跳閘，備用泵連鎖啟動(dòng)失敗，造成銀東直流極I超溫閉鎖。事故造成山東電網(wǎng)減少2000 MW有功電源，且當(dāng)日各發(fā)電廠降出力較多，華北—山東聯(lián)絡(luò)線送山東有功功率最高達(dá)5137 MW，超過控制極限12 min。山東電網(wǎng)旋轉(zhuǎn)備用和事故備用容量嚴(yán)重不足，且泰山抽水蓄能電站滿出力發(fā)電（1000 MW）僅能維持3～4 h，若銀東直流極I不能盡快恢復(fù)送電，全省各地區(qū)將被迫采取限電措施。

3.5 事故處理主要環(huán)節(jié)分析

事故發(fā)生前，由于當(dāng)日各發(fā)電廠降出力較多，山東省調(diào)在上午11：00時(shí)向華北網(wǎng)調(diào)申請(qǐng)臨時(shí)電力支援600 MW，緩解了山東電網(wǎng)備用緊張情況，對(duì)于下午銀東直流極I閉鎖的處理起到了很大作用，若無這600 MW臨時(shí)支援電力，此次事故將造成山東省調(diào)被迫在全省限電拉路，這也證明了大區(qū)互聯(lián)電網(wǎng)之間相互備用調(diào)劑和事故支援的巨大作用。事故發(fā)生后，省調(diào)當(dāng)值調(diào)度員反映迅速，判斷準(zhǔn)確，立即采取各種有效措施調(diào)整聯(lián)絡(luò)線ACE，短時(shí)間內(nèi)將華北—山東聯(lián)絡(luò)線受電功率調(diào)整至控制極限內(nèi)，消除了電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)，避免了山東電網(wǎng)大面積停電事故的發(fā)生。另外，泰山抽水蓄能電站及各發(fā)電廠嚴(yán)格迅速執(zhí)行調(diào)度指令，快速增加發(fā)電出力，對(duì)事故的妥善處理起到了關(guān)鍵作用。

3.6 事故暴露的問題及改進(jìn)措施

通過此次事故發(fā)現(xiàn)，山東電網(wǎng)部分發(fā)電廠對(duì)發(fā)電設(shè)備及電煤質(zhì)量管理存在問題，臨時(shí)降出力較多，造成電網(wǎng)實(shí)際備用容量比計(jì)劃備用容量減少較大，增加了電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，由于風(fēng)電未納入調(diào)度計(jì)劃，其出力變化較大，對(duì)電網(wǎng)調(diào)整和備用容量管理也造成不利影響。

為防止銀東直流閉鎖等大電源事故發(fā)生時(shí)山東電網(wǎng)備用容量不足面臨限電風(fēng)險(xiǎn)，電網(wǎng)調(diào)度部門應(yīng)加強(qiáng)對(duì)發(fā)電廠發(fā)電出力管理，督促電廠采取措施，如架設(shè)干煤棚以防止連續(xù)陰雨天造成電煤濕度大機(jī)組降出力等，保證機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行及發(fā)電出力可靠調(diào)用。同時(shí)，調(diào)度部門的新能源技術(shù)支持系統(tǒng)應(yīng)盡快投入運(yùn)行，將風(fēng)電納入日電力平衡，減少風(fēng)電出力變化對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行的影響。

4 結(jié)語(yǔ)

±660 kV銀東直流雙極投運(yùn)給山東送來了清潔電力，在山東電網(wǎng)東部提供了一個(gè)強(qiáng)有力的電源支撐點(diǎn)，對(duì)保證山東電力可靠供應(yīng)作用巨大。但由于山東電網(wǎng)是受端電網(wǎng)，銀東直流單極或雙極閉鎖會(huì)造成山東電網(wǎng)瞬間失去一個(gè)大電源，對(duì)山東電網(wǎng)乃至華北電網(wǎng)產(chǎn)生較大影響，是電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行工作面臨的新的挑戰(zhàn)。為保證山東電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，建議采取如下措施。

1）調(diào)度計(jì)劃部門做好全省用電負(fù)荷預(yù)測(cè)工作，合理安排發(fā)電機(jī)組開停計(jì)劃，保證電網(wǎng)有充足的旋轉(zhuǎn)備用和事故備用容量。

2）調(diào)度人員應(yīng)密切關(guān)注電網(wǎng)實(shí)時(shí)備用情況，做好事故預(yù)想。若備用不足應(yīng)及時(shí)采取措施，如申請(qǐng)華北電網(wǎng)電力支援或開啟備用發(fā)電機(jī)組。

3）加強(qiáng)安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)的運(yùn)行管理，確保事故情況下可靠動(dòng)作。

4）調(diào)度人員應(yīng)加強(qiáng)對(duì)銀東直流單極或雙極閉鎖的分析，制定詳細(xì)事故處理預(yù)案，并加強(qiáng)演練。

5）加強(qiáng)發(fā)電側(cè)管理，特別是發(fā)電機(jī)組臨時(shí)降出力和風(fēng)電發(fā)電計(jì)劃的管理。

6）事故發(fā)生時(shí)調(diào)度人員要迅速果斷采取有力措施，及時(shí)消除電網(wǎng)斷面過載或超穩(wěn)定極限的情況，確保電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

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