黃森炯,勵文偉,周 盛
(國網(wǎng)浙江省電力公司寧波供電公司,浙江 寧波 315010)
2008年冰災(zāi)后各地加強(qiáng)了對鐵塔承載力、融冰技術(shù)等方面的研究[1-3],但在冰災(zāi)期間面對線路不斷跳閘,采取何種策略保護(hù)主網(wǎng)安全,防止發(fā)生大面積停電事件的分析甚少[4]。2013年1月上旬,寧波電網(wǎng)遭遇了連續(xù)的雨雪冰凍天氣,220kV及以上電力線路跳閘頻繁,電網(wǎng)安全面臨嚴(yán)峻考驗。自然災(zāi)害無法避免,本文著重研究如何在面對冰災(zāi)時將電網(wǎng)損失降到最低限度,應(yīng)用正確的策略保證大電網(wǎng)安全[5-6],具有現(xiàn)實意義。
寧波電網(wǎng)冰災(zāi)成因主要有:
(1)寧波地區(qū)處于沿海丘陵地帶,高壓線路“翻山越嶺”現(xiàn)象普遍,環(huán)境相對惡劣,冰雪天氣下高聳的樹木也對電力線路構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。海拔越高,風(fēng)速越大,單位時間內(nèi)向?qū)Ь€輸送的水滴越多,覆冰也越嚴(yán)重[1]。
(2)北方冬天氣溫始終在0℃以下,冰雪難以融化,所以一般不會釀成較大的災(zāi)害;而南方空氣中水分含量多,雪以濕雪為主,易凝結(jié)成冰,且冬天氣溫徘徊在0℃左右,往往線路上的雪還沒完全化開,天氣又降到0℃以下,如此循環(huán)往復(fù)使線路上的冰越來越厚。
(3)隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大,電網(wǎng)負(fù)荷的增加是必然趨勢。
(4)除冰手段缺乏,新技術(shù)進(jìn)展緩慢,應(yīng)用范圍不廣。例如融冰技術(shù)只是試驗性開展,還不具備廣泛應(yīng)用的條件。
電網(wǎng)的各類冰災(zāi)中,電力線路具有點多、面廣、線長、暴露在野外的特點,在冰雪災(zāi)害侵襲下較變電站內(nèi)的設(shè)備更易受到損壞。線路故障的主要原因統(tǒng)計如表1所示。
電力部門需要根據(jù)天氣預(yù)報做好負(fù)荷及主要影響范圍預(yù)測。天氣方面重點關(guān)注氣溫情況,是否有雨雪等天氣要素,將天氣預(yù)報與電力部門應(yīng)急措施結(jié)合,增進(jìn)部門之間的資料共享[2]。根據(jù)主網(wǎng)線路地理走向和海拔高度分布,做好主要受災(zāi)地區(qū)判斷。
表1 線路故障原因統(tǒng)計
利用線路在線監(jiān)測裝置做好預(yù)警工作,各部門分別做好針對性預(yù)案,例如:調(diào)度部門主要考慮斷面負(fù)荷控制并做好設(shè)備“N-1”預(yù)案;營銷部門做好與大用戶溝通工作,及時提醒電網(wǎng)可能存在的威脅,指導(dǎo)用戶提前做好應(yīng)對措施及錯/避峰方案;線路隊成立線路巡查小組,加強(qiáng)對輸電“大動脈”巡視工作;送變電成立應(yīng)急搶修小組,隨時準(zhǔn)備出車搶修突發(fā)故障。
除了設(shè)備復(fù)役等倒閘操作外,暫停執(zhí)行其他未開始的計劃內(nèi)工作,推遲檢修計劃,取消高風(fēng)險計劃操作。電網(wǎng)在發(fā)生故障跳閘、系統(tǒng)薄弱情況下,禁止人為停役正常供電線路。
正在進(jìn)行的計劃工作,如果能提前復(fù)役且設(shè)備具備復(fù)役條件,則考慮提前復(fù)役,甚至可取消部分未完成的工作計劃。
推遲機(jī)組檢修計劃,保證足夠的事故備用容量。同時,加強(qiáng)對電網(wǎng)受災(zāi)區(qū)域內(nèi)的計劃檢修管理,目的在于提高供電可靠性。
重點樞紐變電站、重要負(fù)荷變電站、存在重要缺陷隱患的變電站應(yīng)恢復(fù)有人值班。因為具體的保護(hù)信息,如故障測距、相別、一次設(shè)備情況等重要信息仍需在現(xiàn)場查看,恢復(fù)有人值班可以迅速掌握現(xiàn)場設(shè)備情況,提高事故處理效率。
對區(qū)域電網(wǎng)內(nèi)的重要用戶名單,區(qū)域電網(wǎng)接線圖、地理接線圖,事故拉電序位表,超電網(wǎng)供電能力限電序位表,設(shè)備輸送限額等技術(shù)資料進(jìn)行更新,確??捎?。
根據(jù)歷年抗冰災(zāi)經(jīng)驗,針對可以預(yù)見的線路故障類型,如鐵塔變形、導(dǎo)線/光纜斷落、防震錘損壞等,提前落實搶修物質(zhì),縮短線路搶修時間。
由于冰災(zāi)來勢兇猛,影響范圍不斷擴(kuò)大,許多電力設(shè)施覆冰嚴(yán)重,會有多處線路發(fā)生斷線、跳閘甚至倒塔 (桿),使電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)受到嚴(yán)重破壞。此時調(diào)度部門的主要任務(wù)是確保主網(wǎng)安全穩(wěn)定運行,確保重點單位、高危企業(yè)以及人民群眾生活用電[8]。
采用滾動修訂事故預(yù)案的方法,根據(jù)電網(wǎng)運行方式的變化、搶修進(jìn)度的變化,及時對預(yù)案做相應(yīng)修改。內(nèi)容應(yīng)針對受災(zāi)電網(wǎng)薄弱點,一般制訂單一故障情況下的電網(wǎng)事故處理預(yù)案,不同電壓等級主供線路應(yīng)按電壓等級高的線路跳閘后引起其他線路超限做預(yù)案,同一電壓等級按線路輸送限額高的線路跳閘導(dǎo)致限額低的線路超限做預(yù)案,變電站內(nèi)按事故后造成后果最嚴(yán)重的設(shè)備跳閘做預(yù)案。需要做事故預(yù)案的故障類型見表2。
表2 “N-1”事故預(yù)想類型
例如:對500kV變電站220kV母線來說,主變壓器220kV開關(guān)與聯(lián)絡(luò)線均視作電源點。為防止電源集中在同一母線上,可采用倒排操作以確保電源點合理分布在不同的母線。
查明變電站內(nèi)無故障、一/二次設(shè)備完好后,可以立即對線路進(jìn)行一次強(qiáng)送,防范線路連鎖跳閘可能引發(fā)的大面積停電。如果線路已在巡線中,強(qiáng)送時要注意及時告知巡線人員,防止線路斷線落地情況下強(qiáng)送對附近人員造成危險。強(qiáng)送電源選擇遠(yuǎn)離電廠、遠(yuǎn)離故障點側(cè),減少線路再次故障跳閘對系統(tǒng)造成的影響。
線路的穩(wěn)定限額一般以線路額定限額的1.3倍考慮(可根據(jù)運行年限等情況適當(dāng)調(diào)整),必須在半小時以內(nèi)控制到額定限額以下。圖1中虛線部分代表受災(zāi)線路已跳閘,區(qū)域電網(wǎng)A與主網(wǎng)B之間僅剩1條500kV線路ab和1條220kV線路ce聯(lián)絡(luò),這時需要進(jìn)行ab線跳閘的事故預(yù)想,跳閘后ce線不得超額定限額的1.3倍。
圖1 區(qū)域電網(wǎng)示意
(1)受災(zāi)區(qū)域電網(wǎng)內(nèi)發(fā)電廠應(yīng)根據(jù)聯(lián)絡(luò)線路穩(wěn)定限額情況調(diào)節(jié)出力,超穩(wěn)定限額時加大出力,輸送負(fù)荷遠(yuǎn)低于穩(wěn)定限額時減小出力,甚至停機(jī),以節(jié)省燃料。合理安排發(fā)電廠機(jī)組檢修計劃,由受端電網(wǎng)區(qū)域的發(fā)電廠機(jī)組頂峰發(fā)電。
(2)由營銷部門安排大用戶進(jìn)行錯避峰,因為設(shè)備故障跳閘時對電網(wǎng)造成的沖擊容易引發(fā)對電能質(zhì)量敏感用戶的生產(chǎn)設(shè)備跳閘。有自備機(jī)組的用戶應(yīng)盡量使上網(wǎng)線路保持零功率交換。
(3)將事故區(qū)域內(nèi)的電網(wǎng)負(fù)荷轉(zhuǎn)移至安全區(qū)域。如圖1所示,考慮將受冰災(zāi)較嚴(yán)重的區(qū)域電網(wǎng)A的負(fù)荷轉(zhuǎn)移至主網(wǎng)B的區(qū)域內(nèi)。
(4)極端情況下區(qū)域電網(wǎng)與主網(wǎng)之間只剩1回通道時,應(yīng)控制聯(lián)絡(luò)通道潮流為零。圖1中ab線和ce線中任一線路跳閘后應(yīng)控制另一線路潮流為零,使A網(wǎng)內(nèi)發(fā)供電平衡,即使聯(lián)絡(luò)線跳閘,區(qū)域電網(wǎng)也能自動穩(wěn)定運行,不至發(fā)生頻率崩潰。同時確保區(qū)域內(nèi)低周、低壓減載裝置投入,并根據(jù)裝置容量和聯(lián)絡(luò)線負(fù)荷進(jìn)行核算,做好區(qū)域電網(wǎng)與主網(wǎng)解列預(yù)案。
可以考慮安排站用電倒送路徑及電源點,必要時配備發(fā)電車。采用220kV變電站之間110kV聯(lián)絡(luò)線作為倒送電源(見圖2),可以轉(zhuǎn)供部分負(fù)荷減輕設(shè)備重載壓力或備用重要負(fù)荷。
圖2 倒送電路徑示意
合理采用備用保護(hù)通道,確保保護(hù)正常運行。由于冰災(zāi)期間許多復(fù)合地線及光纜被壓斷,所以需要啟用可靠的迂回通道來保證縱聯(lián)保護(hù)通道暢通完好,防止線路因失去主保護(hù)而被迫停役,如圖3中ce線的OPGW中斷后,可從ef線和fc線迂回。
圖3 保護(hù)通道迂回示意
(1)根據(jù)地理圖注意檢查線路跨越情況。
做好搶修期間人身安全保衛(wèi)工作。不同于一般時期的電網(wǎng)檢修,冰災(zāi)期間搶修有其特殊性,需要考慮故障搶修線路是否跨越低電壓等級線路,若線路斷線掉落至下方被跨越線路上,將導(dǎo)致線路搶修人員觸電事故,因此應(yīng)及時陪停相關(guān)線路。線路強(qiáng)送時亦要考慮此情況,如圖4所示。
圖4 220kV線路跨越110kV線路示意
(2)利用自動裝置倒負(fù)荷。
冰災(zāi)造成圖1中區(qū)域電網(wǎng)A部分主供線路跳閘后,變電站之間系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)進(jìn)一步削弱,正常可以合環(huán)倒負(fù)荷的操作在此時必須慎重,應(yīng)查看聯(lián)絡(luò)線是否斷開,是否存在長距離、大環(huán)路合環(huán),防止出現(xiàn)弱電磁環(huán)網(wǎng),此時需進(jìn)行潮流計算做進(jìn)一步確認(rèn)。解決方法有:采用停電倒負(fù)荷的方式,即先拉后合,此方法一般適用35kV及以下線路且沒有配置備自投裝置的變電站倒負(fù)荷;利用站內(nèi)線路備自投裝置倒負(fù)荷時,因人工操作備自投動作開關(guān)會閉鎖備自投裝置,所以應(yīng)采用拉開電源側(cè)線路開關(guān)的方法,一般110kV備自投動作時間為4 s,仍有短時失電過程。
預(yù)防冰災(zāi)要做好負(fù)荷預(yù)測、事故預(yù)案、合理安排檢修計劃等措施,冰災(zāi)期間應(yīng)做好事故預(yù)案滾動修改、確保區(qū)域聯(lián)絡(luò)線不超限額等工作。2013年1月上旬,寧波電網(wǎng)因罕見的雨雪冰凍天氣造成輸電線路覆冰嚴(yán)重,線路跳閘事故頻繁發(fā)生,電網(wǎng)穩(wěn)定運行和電力可靠供應(yīng)面臨巨大的挑戰(zhàn)。本文中的實戰(zhàn)處理經(jīng)驗在抗災(zāi)搶修中取得了良好的效果,保衛(wèi)了大電網(wǎng)的安全運行。
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