黃幼茹

(全國電力安全專家委員會，北京 100031)

4 防止系統(tǒng)穩(wěn)定破壞事故編制說明

4.1 總體說明

本章針對當前電網(wǎng)的發(fā)展趨勢，以及電網(wǎng)運行中出現(xiàn)的新問題，從規(guī)劃設計、基建安裝和運行等各個環(huán)節(jié)提出防止系統(tǒng)穩(wěn)定破壞事故的措施。本次修編在原《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項重點要求》(2000年)和《國家電網(wǎng)公司十八項電網(wǎng)重大反事故措施》(修訂版)的基礎上，參考并引用了近幾年新頒布的國家、行業(yè)和企業(yè)標準的內(nèi)容。對原條文中已不適應當前電網(wǎng)實際情況的條款進行調(diào)整和補充。修改后的“防止系統(tǒng)穩(wěn)定破壞事故”分為電源、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定分析及管理、二次設備和無功電壓等五大部分。

本章是依據(jù)國家、行業(yè)相關技術標準及各電力企業(yè)歷年來關于系統(tǒng)穩(wěn)定的有關規(guī)定而編制的。編制中參考了各單位防止系統(tǒng)穩(wěn)定破壞的行之有效的各種措施，汲取了各地區(qū)的先進經(jīng)驗。本反事故措施按照“安全第一，預防為主，綜合治理”的方針，以“保人身、保電網(wǎng)、保設備”為原則，結(jié)合當前已出現(xiàn)的事故特點，明確了當前防止電網(wǎng)穩(wěn)定破壞發(fā)生的重點技術措施。

4.2 條文重點說明

4.2.1 關于電源部分

在原條文的基礎上，重點強調(diào)了以下內(nèi)容。

(1)突出了“電網(wǎng)中電源的布局、裝機容量應滿足分層、分區(qū)建設的原則，并注意加強受端電網(wǎng)的電壓支撐”的原則，并要求電源布點時應綜合考慮地區(qū)受電需求、動態(tài)無功支撐需求、相關政策等的影響。

(2)將原《二十五項反措》中關于受電通道的論述歸入4.1.1條款，結(jié)合特高壓電網(wǎng)建設和各電網(wǎng)規(guī)模不斷擴大的情況，重點考慮以下因素：一是特高壓輸電通道建成后，該通道輸送容量將超過原規(guī)定值；二是按原規(guī)定要求，嚴重缺乏支撐電源的受端系統(tǒng)將需要6～7個受電通道，電網(wǎng)利用率可能過低；三是即使電網(wǎng)物理上能滿足原規(guī)定要求，但很多運行方式也無法滿足，對電網(wǎng)運行限制太大。因此修編后將條文修改為“合理規(guī)劃電源接入點。受端系統(tǒng)應具有多個方向的多條受電通道，電源點應合理分散接入，每個獨立輸電通道的輸送電力不宜超過受端系統(tǒng)最大負荷的10 %～15 %，并保證失去任一通道時不影響電網(wǎng)安全運行和受端系統(tǒng)可靠供電?！睂σ?guī)模較小、與主網(wǎng)聯(lián)系比較弱的電網(wǎng)，執(zhí)行10 %～15 %的要求；對聯(lián)系緊密、裝機容量較大的電網(wǎng)，執(zhí)行失去任一通道時不影響電網(wǎng)安全運行和受端系統(tǒng)可靠供電的要求。

(3)針對點對網(wǎng)等特殊接線下對機組的特殊要求，提出了“對于點對網(wǎng)、大電源遠距離外送等有特殊穩(wěn)定要求的情況，應開展勵磁系統(tǒng)對電網(wǎng)影響等專題研究，研究結(jié)果用于指導勵磁系統(tǒng)的選型”的規(guī)定。

(4)針對當前風電等可再生能源蓬勃發(fā)展的現(xiàn)實，增加了對風電和分布式電源的要求。

4.2.2 關于電網(wǎng)結(jié)構(gòu)部分

(1)考慮到當前電網(wǎng)遇到短路電流超標等問題，突出了“電網(wǎng)規(guī)劃設計應統(tǒng)籌考慮、合理布局，按照‘分層協(xié)調(diào)發(fā)展’、‘分區(qū)供電’與‘加強受端電網(wǎng)建設’等規(guī)劃思路，控制電網(wǎng)短路電流在合理范圍”的要求。

(2)針對特高壓輸電線路的建設，提出了“加強電網(wǎng)規(guī)劃設計工作，制定完備的電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃和實施計劃，盡快強化電網(wǎng)薄弱環(huán)節(jié)，重點加強特高壓電網(wǎng)建設和配電網(wǎng)完善工作，確保電網(wǎng)結(jié)構(gòu)合理、運行靈活、堅強可靠和協(xié)調(diào)發(fā)展”的要求。

(3)強調(diào)了基建階段應避免非正常方式影響電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的要求和加強設計、設備定貨、監(jiān)造、出廠驗收、施工、調(diào)試和投運全過程的質(zhì)量管理的要求。

(4)針對受端電網(wǎng)負荷密度高、負荷性質(zhì)等因素，考慮萬一發(fā)生事故影響可靠供電的情況，提出了“受端電網(wǎng)330 kV及以上變電站設計時應考慮1臺變壓器停運后對地區(qū)供電的影響，必要時一次投產(chǎn)2臺或更多臺變壓器”的要求。需要說明的是，當受端電網(wǎng)以220 kV為主要網(wǎng)架時，亦可參照本條執(zhí)行。

(5)考慮到電網(wǎng)規(guī)劃的重要性，提出了“電網(wǎng)發(fā)展速度應適當超前電源建設，規(guī)劃電網(wǎng)應考慮留有一定的裕度，為電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行和電力市場的發(fā)展等提供物質(zhì)基礎，以提供更大范圍的資源優(yōu)化配置的能力，滿足經(jīng)濟發(fā)展的需求”和“在系統(tǒng)可研設計階段，應考慮所設計的電網(wǎng)和電源送出線路的輸送能力在滿足生產(chǎn)需求的基礎上留有一定的裕度”的要求。

(6)提出了根據(jù)電網(wǎng)發(fā)展情況適時編制或調(diào)整“黑啟動”方案及調(diào)度實施方案，并落實到電網(wǎng)、電廠各單位的要求。

4.2.3 關于穩(wěn)定分析及管理部分

(1)條文編寫強調(diào)了數(shù)學模型的重要性。要求嚴格按照相關企業(yè)標準和技術規(guī)定的要求，加強有關計算模型、參數(shù)的研究和實測工作，并據(jù)此建立系統(tǒng)計算的各種元件、控制裝置以及負荷的模型和參數(shù)。

(2)強調(diào)了在規(guī)劃設計階段，應加大規(guī)劃階段系統(tǒng)分析深度，在系統(tǒng)規(guī)劃設計有關穩(wěn)定計算中，發(fā)電機組均應采用詳細模型，以正確反映系統(tǒng)動態(tài)特性。

(3)修編中強調(diào)了加強電網(wǎng)在線安全穩(wěn)定分析與預警系統(tǒng)建設，通過科技手段提高電網(wǎng)運行決策的時效性和預警預控能力。

4.2.4 關于二次設備部分

(1)強調(diào)了二次系統(tǒng)規(guī)劃的重要性，通過二次規(guī)劃，提高二次系統(tǒng)的可靠性。

(2)按照繼電保護部分的修編成果，對原文中涉及繼電保護的描述進行了調(diào)整。特別是對繼電保護雙重化的范圍進行了明確定義。

(3)對失步解列、低頻、低壓解列等安全穩(wěn)定控制裝置提出了具體要求。

(4)強調(diào)了安全自動裝置的驗收環(huán)節(jié)，防止因局部軟件或控制邏輯問題導致安全自動裝置不正確動作。

4.2.5 關于無功電壓部分

(1)按照相關行業(yè)標準和部分企業(yè)技術標準的提法，對原文進行了調(diào)整。

(2)強調(diào)了提高無功電壓自動控制水平的必要性，條文中突出了推廣應用AVC無功電壓控制系統(tǒng)的作用。

(3)按照無功“分層分區(qū)、就地平衡”的原則，對發(fā)電機進相運行能力和用戶的功率因數(shù)控制提出了要求。

4.3 征求意見及采納情況

征求意見稿“防止系統(tǒng)穩(wěn)定破壞事故”部分收到反饋意見和建議9條，采納和部分采納4條，未采納5條。未采納的原因主要有3點：

(1)提出的意見或建議過于局限于某一局部問題，且內(nèi)容過于詳細，不便于寫入反措；

(2)所提出的意見或建議已在修編的二十五項反措其他章節(jié)中有具體表述；

(3)提出的意見屬于局部地區(qū)的應用特例，不宜在全國范圍內(nèi)采用或推廣。

5 防止機網(wǎng)協(xié)調(diào)及風電大面積脫網(wǎng)事故編制說明

5.1 總體說明

“防止機網(wǎng)協(xié)調(diào)及風電大面積脫網(wǎng)事故” 部分為本次修訂增加的內(nèi)容，本章針對電力系統(tǒng)發(fā)展趨勢以及電網(wǎng)運行中出現(xiàn)的新問題，參考并引用了《國家電網(wǎng)公司十八項電網(wǎng)重大反事故措施》、新頒布的國家、行業(yè)和公司企業(yè)標準的內(nèi)容，從規(guī)劃設計、基建安裝和運行等各個環(huán)節(jié)，提出防止機網(wǎng)協(xié)調(diào)及風電大面積脫網(wǎng)事故的措施。

5.2 條文重點說明

(1)根據(jù)DL/T 279—2012《發(fā)電機勵磁系統(tǒng)調(diào)度管理規(guī)程》，在5.1.2條款要求“發(fā)電機勵磁調(diào)節(jié)器包括電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(PSS)裝置須經(jīng)認證的檢測中心的入網(wǎng)檢測合格，掛網(wǎng)試運行半年以上，形成入網(wǎng)勵磁調(diào)節(jié)器軟件版本，才能進入電網(wǎng)運行。”

(2)根據(jù)Q/GDW 684—2011《電力系統(tǒng)穩(wěn)定裝置(PSS)運行管理規(guī)定》，在5.1.3條款要求“根據(jù)電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的需要，200 MW及以上容量的火力發(fā)電機組和50 MW及以上容量的水輪發(fā)電機組，或接入220 kV電壓等級及以上的同步發(fā)電機組應配置 PSS?！?/p>

(3)根據(jù)DL/T 1040-2007《電網(wǎng)運行準則》，在5.1.4條款要求“發(fā)電機應具備進相運行能力。100 MW及以上火電機組在額定出力時，功率因數(shù)應能達到-0.97～-0.95。”

(4)在電力系統(tǒng)運行過程中，發(fā)電機組應具備一定的抵御故障沖擊的能力，所以發(fā)電機組失步運行屬于應避免而又不可能完全排除的非正常運行狀態(tài)，要求發(fā)電機組應具有一定的的耐受帶勵磁失步振蕩的能力和頻率異常運行的能力。在5.1.5條款要求“新投產(chǎn)的大型汽輪發(fā)電機應具有一定的耐受帶勵磁失步振蕩的能力”；“為防止頻率異常時發(fā)生電網(wǎng)崩潰事故，發(fā)電機組應具有必要的頻率異常運行能力。”在5.1.18條款要求“發(fā)電廠應制訂完備的發(fā)電機帶勵磁失步振蕩故障的應急措施，并按有關規(guī)定做好保護定值整定?！?/p>

(5)根據(jù)GB/T 7409.3-2008《同步電機勵磁系統(tǒng)大、中型同步發(fā)電機勵磁系統(tǒng)技術條件》，在5.1.7條款要求“發(fā)電機勵磁系統(tǒng)應具備一定的過負荷能力”。

(6)500 kV串聯(lián)電容補償技術的成熟應用，一方面，提高了電網(wǎng)輸送能力；另一方面，對直接連接的大容量汽輪發(fā)電機存在次同步諧振(SSR)的問題，特別是當送端無連接有非串聯(lián)電容補償?shù)木€路送電或不帶有地區(qū)負荷時，情況尤為嚴重。在5.1.8條款要求“發(fā)電廠應準確掌握有串聯(lián)補償電容器送出線路以及送出線路與直流換流站相連的汽輪發(fā)電機組軸系扭轉(zhuǎn)振動頻率，并做好抑制和預防機組次同步諧振和振蕩措施，同時應裝設機組軸系扭振保護裝置，協(xié)助電網(wǎng)管理部門共同防止次同步諧振?！?/p>

(7)根據(jù)DL/T 279—2012《發(fā)電機勵磁系統(tǒng)調(diào)度管理規(guī)程》等標準，在5.1.10條款要求“發(fā)電廠應根據(jù)有關調(diào)度部門的電網(wǎng)穩(wěn)定計算分析要求，開展勵磁系統(tǒng)(包括PSS)、調(diào)速系統(tǒng)、原動機的建模及參數(shù)實測工作，實測建模報告需通過有資質(zhì)試驗單位的審核，并將試驗報告報有關調(diào)度部門。”

(8)根據(jù)國標GB/T 7409.3細化對PSS整定參數(shù)的特性要求，在5.1.12條款要求“發(fā)電機勵磁系統(tǒng)正常應投入發(fā)電機自動電壓調(diào)節(jié)器(機端電壓恒定的控制方式)運行，PSS裝置正常必須置入投運狀態(tài)，勵磁系統(tǒng)(包括PSS)的整定參數(shù)應適應跨區(qū)交流互聯(lián)電網(wǎng)不同聯(lián)網(wǎng)方式運行要求，對 0.1～2.0 Hz系統(tǒng)振蕩頻率范圍的低頻振蕩模式應能提供正阻尼。”

(9)在保障電源安全的基礎上，在電源能力的范圍內(nèi)，充分發(fā)揮電源對電網(wǎng)安全的支撐能力,提升“網(wǎng)源協(xié)調(diào)”水平。在5.1.14條款要求“發(fā)電機組低頻保護定值可按汽輪機和發(fā)電機制造廠有關規(guī)定進行整定，低頻保護定值應低于系統(tǒng)低頻減載的最低一級定值，機組低電壓保護定值應低于系統(tǒng)(或所在地區(qū))低壓減載的最低一級定值?！痹?.1.20條款要求“電網(wǎng)發(fā)生事故引起發(fā)電廠高壓母線電壓、頻率等異常時，電廠重要輔機保護不應先于主機保護動作，以免切除輔機造成發(fā)電機組停運。”

(10)根據(jù)Q/GDW 669-2011《火力發(fā)電機組一次調(diào)頻試驗導則》，在5.1.15.2條款要求“新投產(chǎn)機組和在役機組大修、通流改造、DEH或DCS 控制系統(tǒng)改造及運行方式改變后，發(fā)電廠應向相應調(diào)度部門交付由技術監(jiān)督部門或有資質(zhì)的試驗單位完成的一次調(diào)頻性能試驗報告，以確保機組一次調(diào)頻功能長期安全、穩(wěn)定運行?！?/p>

(11)根據(jù)近年來電網(wǎng)中發(fā)生的幾起振蕩事故的部分原因是，火力發(fā)電機組調(diào)速系統(tǒng)中的調(diào)門特性參數(shù)與一次調(diào)頻功能和AGC調(diào)度方式不匹配，在5.1.15.3條款要求“發(fā)電機組調(diào)速系統(tǒng)中的汽輪機調(diào)門特性參數(shù)應與一次調(diào)頻功能和AGC調(diào)度方式相匹配。在閥門大修后或發(fā)現(xiàn)兩者不匹配時，應進行汽輪機調(diào)門特性參數(shù)測試及優(yōu)化整定，確保機組參與電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻的安全性?！?/p>

(12)總結(jié)近年來電網(wǎng)發(fā)生的多次低勵限制動作后機組異常振蕩以及勵磁調(diào)節(jié)器AVR入網(wǎng)檢測發(fā)現(xiàn)的問題，在5.1.16.2條款要求“并網(wǎng)發(fā)電機組的低勵限制輔助環(huán)節(jié)功能參數(shù)應按照電網(wǎng)運行的要求進行整定和試驗，與電壓控制主環(huán)合理配合，確保在低勵限制動作后發(fā)電機組穩(wěn)定運行。”

(13)發(fā)電機組失磁異步運行屬于應避免而又不可能完全排除的非正常運行狀態(tài)，其能力及限值與電網(wǎng)容量、機組容量等因素有關，在5.1.19條款提出相關要求。

(14)根據(jù)國標GB/T 1996-2011《風電場接入電力系統(tǒng)技術規(guī)定》，在5.2.1，5.2.2，5.2.4，5.2.5，5.2.6條款中對風電場風機性能提出相關要求。

(15)根據(jù)國家電網(wǎng)調(diào)[2011]974號《風電并網(wǎng)運行反事故措施要點》，在5.2.3條款要求“風電場應配置足夠的動態(tài)無功補償容量，應在各種運行工況下都能按照分層分區(qū)、基本平衡的原則在線動態(tài)調(diào)整，且動態(tài)調(diào)節(jié)的響應時間不大于30 ms。”

(16)為快速切除風電場匯集系統(tǒng)故障，在5.2.11條款要求“風電場匯集線系統(tǒng)單相故障應快速切除。匯集線系統(tǒng)應采用經(jīng)電阻或消弧線圈接地的方式，不應采用不接地或經(jīng)消弧柜接地的方式?！?/p>

(17)為提升風電場 “網(wǎng)源協(xié)調(diào)”，在5.2.12條款要求“風電機組主控系統(tǒng)參數(shù)和變流器參數(shù)設置應與電壓、頻率等保護協(xié)調(diào)一致”和5.2.13條款“風電場內(nèi)涉網(wǎng)保護定值應與電網(wǎng)保護定值相配合， 并報電網(wǎng)調(diào)度部門備案”。

(18)由于風電具有間歇性、波動性等特點，風電匯集地區(qū)潮流及電壓控制難度大，尤其在事故后過渡過程中，若處理不當，可能導致事故擴大或延長恢復時間。在5.2.14條款要求“風電機組故障脫網(wǎng)后不得自動并網(wǎng)，故障脫網(wǎng)的風電機組須經(jīng)電網(wǎng)調(diào)度部門許可后并網(wǎng)”。

5.3 征求意見處理情況

“防止機網(wǎng)協(xié)調(diào)及風電大面積脫網(wǎng)事故”部分征求意見收到18條意見和建議，采納和部分采納5條，未采納13條。