王燦林,陳浩
(國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司,湖南 長(zhǎng)沙 410007)
電網(wǎng)事故處理優(yōu)化決策分析
Analysis on optimization decision of power grid accident disposal
王燦林,陳浩
(國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司,湖南 長(zhǎng)沙 410007)
分析電網(wǎng)事故處理中優(yōu)化決策的基本原則,通過(guò)典型事故處理實(shí)例驗(yàn)證在電網(wǎng)事故處理中的采用優(yōu)化決策的可行性。優(yōu)化決策可以在保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定前提下,最大限度減輕電網(wǎng)事故產(chǎn)生的后果。
電網(wǎng);事故處理;優(yōu)化決策;穩(wěn)定
電網(wǎng)事故處理的難點(diǎn)不是事故后電網(wǎng)已進(jìn)入恢復(fù)狀態(tài)時(shí)的處理,而是預(yù)防事故發(fā)生時(shí)的警戒狀態(tài)或事故發(fā)生后有可能繼續(xù)擴(kuò)大事故影響緊急狀態(tài)時(shí)的優(yōu)化決策分析。文中通過(guò)對(duì)電網(wǎng)事故處理優(yōu)化決策方案進(jìn)行探討,并結(jié)合幾起事故處理優(yōu)化決策案例進(jìn)行分析。
在電網(wǎng)事故處理過(guò)程中經(jīng)常會(huì)面臨兩難決策:一方面大面積限負(fù)荷可能直接導(dǎo)致電網(wǎng)事故,另一方面采用非常的事故處理手段可能不完全符合相關(guān)專業(yè)技術(shù)人員提前制定的規(guī)范要求。作者認(rèn)為可以基于以下4個(gè)基本原則來(lái)考慮事故處理方案:
1)提前預(yù)控:對(duì)實(shí)時(shí)電網(wǎng)薄弱環(huán)節(jié)充分分析,提前做好電網(wǎng)事故處理預(yù)案,為電網(wǎng)事故處理提供決策基礎(chǔ)。
2)事故后果分析:分析不同事故處理方案可能導(dǎo)致的最嚴(yán)重后果,在事故處理中,應(yīng)采用可能導(dǎo)致的最嚴(yán)重后果中的較小方案進(jìn)行決策,事故后果分析為電網(wǎng)事故處理提供決策方向。
3)電網(wǎng)實(shí)時(shí)分析:目前幾乎所有省級(jí)電網(wǎng)的EMS系統(tǒng)都具備電網(wǎng)在線安全分析計(jì)算工具〔1-2〕。在電網(wǎng)異常或事故情況下,調(diào)度值班員應(yīng)充分利用該工具對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行在線分析,在線分析結(jié)果可以作為調(diào)度值班員緊急情況下事故處理的參考依據(jù)。
4)專業(yè)技術(shù)支持:調(diào)度值班員在事故處理中,應(yīng)充分借鑒專業(yè)技術(shù)支撐力量進(jìn)行輔助決策。同時(shí)結(jié)合專業(yè)技術(shù)支撐人員意見(jiàn)進(jìn)行決策。
2.1 繼電保護(hù)決策
湖南電網(wǎng)220 kV繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行導(dǎo)則要求,220 kV線路需至少維持1套全線速動(dòng)線路保護(hù)運(yùn)行〔3-4〕,但在實(shí)際工作中,因?yàn)楦鞣N原因會(huì)導(dǎo)致線路無(wú)法滿足全線速動(dòng)保護(hù)要求。此時(shí)按照導(dǎo)則要求,需要停運(yùn)線路。但對(duì)于線路停運(yùn)將造成電網(wǎng)方式改變或者造成地區(qū)大面積限電的情況下,則需要進(jìn)行綜合決策:
1)交流二次電壓告警
如果線路保護(hù)不能正確動(dòng)作,處理方法之一是拉停該線路,再操作事故側(cè)的線路停電倒閘至另一段母線,若該線路不具備停電條件,調(diào)度值班員決策如下:
處理方法1:若可以進(jìn)行代開(kāi)關(guān)操作,令線路兩側(cè)變電站運(yùn)維人員趕往現(xiàn)場(chǎng),進(jìn)行代開(kāi)關(guān)操作,代開(kāi)關(guān)過(guò)程中繼電保護(hù)方案將短時(shí)失配。
處理方法2:調(diào)整該線路保護(hù)不帶方向的后備保護(hù)定值,如零序電流、過(guò)流定值、時(shí)限等。
2)終端線路雙套快速保護(hù)都不能運(yùn)行
一般情況下可以選擇轉(zhuǎn)移或限制終端站負(fù)荷,拉停該線路,若該線路不具備停電條件,決策如下:
處理方法1:若該線路有高頻保護(hù),犧牲高頻保護(hù)的選擇性,考慮終端線路高頻保護(hù)投單側(cè)。
處理方法2:若該線路兩套都為光纖保護(hù),調(diào)整對(duì)側(cè)變電站線路保護(hù)后備保護(hù)定值。
2.2 電網(wǎng)穩(wěn)定決策
1)線路穩(wěn)定接近極限
調(diào)度值班員可直接控制受端負(fù)荷或控制送端出力減輕線路斷面潮流,但此方法一般是在其他手段用盡后才采用。在電網(wǎng)運(yùn)行中,90%的線路穩(wěn)定極限為熱穩(wěn)定極限,調(diào)度值班員應(yīng)提前掌握該線路穩(wěn)定極限的性質(zhì),是屬于暫態(tài)穩(wěn)定、靜態(tài)穩(wěn)定、熱穩(wěn)極限其中的哪一種,再進(jìn)行決策:
處理方法1:對(duì)于暫態(tài)穩(wěn)定或靜態(tài)穩(wěn)定要求,調(diào)度值班員可以采用在線安全穩(wěn)定工具實(shí)時(shí)對(duì)全網(wǎng)進(jìn)行掃描計(jì)算,確定在當(dāng)前電網(wǎng)是否存在暫態(tài)穩(wěn)定問(wèn)題再進(jìn)行決策。
處理方法2:若是熱穩(wěn)極限穩(wěn)定問(wèn)題,應(yīng)了解線路熱穩(wěn)極限電流及當(dāng)前環(huán)境溫度,常規(guī)穩(wěn)定的熱穩(wěn)極限留有一定裕度,事故情況下,可以按照導(dǎo)線熱穩(wěn)極限電流來(lái)控制。
2)開(kāi)機(jī)方式不滿足要求
對(duì)于極小開(kāi)機(jī)方式運(yùn)行的電網(wǎng),調(diào)度值班員應(yīng)提前做好事故預(yù)案,應(yīng)充分利用在線安全穩(wěn)定工具對(duì)實(shí)時(shí)電網(wǎng)進(jìn)行安全掃描,提前做好預(yù)控。事故發(fā)生時(shí),可根據(jù)事故預(yù)案及在線安全穩(wěn)定掃描結(jié)果,并征求專業(yè)技術(shù)人員意見(jiàn),對(duì)事故后的穩(wěn)定要求及時(shí)進(jìn)行變更,盡量減少區(qū)域限電。
2.3 電網(wǎng)方式變更決策
當(dāng)調(diào)度值班員面臨電網(wǎng)事故且可能導(dǎo)致大面積限電的情況下,應(yīng)通過(guò)計(jì)算分析,優(yōu)化調(diào)整電網(wǎng)方式,盡量減少事故影響。
1)電磁環(huán)網(wǎng)合解環(huán)
電磁環(huán)網(wǎng)因?yàn)槎搪冯娏鞒瑯?biāo)或功率超穩(wěn)定極限原因需要合解環(huán),電磁環(huán)網(wǎng)有一定弊端〔5-6〕,在事故處理中,可以根據(jù)電網(wǎng)實(shí)際情況,對(duì)電磁環(huán)網(wǎng)合解環(huán)的弊端以及不進(jìn)行合解環(huán)的電網(wǎng)事故后果進(jìn)行分析決策,若事故后果在可控范圍內(nèi),則不需對(duì)電磁環(huán)網(wǎng)進(jìn)行方式調(diào)整,若事故后果較重,則可對(duì)電磁環(huán)網(wǎng)進(jìn)行合解環(huán)方式調(diào)整來(lái)減少事故影響。
2)母線方式分裂運(yùn)行
母線方式一般按照預(yù)先下達(dá)的正常方式運(yùn)行,但在事故情況下,可以通過(guò)變更變電站母線方式,改變電網(wǎng)輸電斷面的傳輸阻抗,從而達(dá)到控制斷面潮流的目的。
2.4 電網(wǎng)事故后恢復(fù)決策
調(diào)度規(guī)程要求,線路跳閘送電時(shí),需線路兩側(cè)變電站的運(yùn)行人員到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行仔細(xì)檢查后,確認(rèn)設(shè)備是否具備送電條件再考慮線路強(qiáng)送電〔4〕。但特殊情況下,如電網(wǎng)結(jié)構(gòu)可能會(huì)進(jìn)一步薄弱造成事故擴(kuò)大或線路跳閘導(dǎo)致區(qū)域大面積限電時(shí),調(diào)度值班員應(yīng)該考慮線路跳閘后遠(yuǎn)方試送。目前國(guó)家電網(wǎng)公司已經(jīng)研究并發(fā)布了線路跳閘遠(yuǎn)方試送規(guī)定〔7〕,但暫時(shí)還未寫入省級(jí)調(diào)度規(guī)程。因此調(diào)度值班員在緊急事故下,應(yīng)充分利用監(jiān)控平臺(tái)信號(hào),按照國(guó)網(wǎng)公司下發(fā)的遠(yuǎn)方試送規(guī)定對(duì)線路跳閘進(jìn)行遠(yuǎn)方試送,線路試送應(yīng)優(yōu)先考慮從大電源側(cè)進(jìn)行強(qiáng)送。
3.1 保護(hù)決策
案例1:某日,某500 kV樞紐變電站220 kVⅠ段母線6×14TV二次快分開(kāi)關(guān)跳開(kāi),Ⅰ段母線4條重要220 kV聯(lián)絡(luò)線線路主保護(hù)全部告警,220 kV母線保護(hù)發(fā)TV斷線告警異常,經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查,未發(fā)現(xiàn)TV明顯異常,現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維人員懷疑二次側(cè)電壓高導(dǎo)致二次空開(kāi)跳開(kāi),申請(qǐng)?jiān)嚭弦淮?×14TV二次快分開(kāi)關(guān),根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維規(guī)程,要求退出該TV影響的所有電壓相關(guān)保護(hù),方可試合一次。
因所有線路保護(hù)二次交流電壓全部消失,線路保護(hù)已經(jīng)不可靠。如果將所有Ⅰ段母線的相關(guān)線路事故停運(yùn),線路停運(yùn)后再依次倒閘運(yùn)行于另一段,此方法倒閘操作量巨大。且當(dāng)時(shí)220 kV聯(lián)絡(luò)線潮流重載,并不具備停運(yùn)條件,若停運(yùn),需限制地區(qū)部分負(fù)荷,預(yù)計(jì)總的事故處理時(shí)間超過(guò)3 h。
決策分析:若220 kV聯(lián)絡(luò)線不能馬上事故停運(yùn),線路保護(hù)將一直失配,若此時(shí)220 kV聯(lián)絡(luò)線發(fā)生線路故障,該500 kV變電站220 kV部分將全部失壓。因此首先需考慮220 kV線路保護(hù)盡快恢復(fù)正常運(yùn)行。短時(shí)單側(cè)退出相關(guān)縱聯(lián)保護(hù)的最嚴(yán)重后果是導(dǎo)致線路保護(hù)誤動(dòng)。經(jīng)詢問(wèn)現(xiàn)場(chǎng)天氣,告知現(xiàn)場(chǎng)天氣良好,調(diào)度值班員最終同意現(xiàn)場(chǎng)短時(shí)退出該500 kV樞紐站220 kVⅠ段母線上相關(guān)聯(lián)絡(luò)線的電壓相關(guān)保護(hù),并同意站內(nèi)試合TV二次快分開(kāi)關(guān),試合成功后,迅速恢復(fù)了站內(nèi)所有保護(hù),處理時(shí)間10 min。
事故后分析:調(diào)度值班員承擔(dān)了一定風(fēng)險(xiǎn),但相比廠站全站失壓,調(diào)度值班員的處理風(fēng)險(xiǎn)更小,將事故后的影響控制在最小。
案例2:某日,220 kV終端廠站A站的AB線路唯一運(yùn)行的1套高頻保護(hù)裝置告警,220 kV終端廠站A站供某縣級(jí)市70%的負(fù)荷,且無(wú)法轉(zhuǎn)走。
此時(shí)線路無(wú)全線快速保護(hù)運(yùn)行,如果將線路退出運(yùn)行,220 kV終端站A站需事故停電,后果將造成某縣級(jí)市損失70%的負(fù)荷,按照國(guó)務(wù)院599令規(guī)定,將造成三級(jí)電網(wǎng)事故〔8〕。為了避免事故,調(diào)度值班員仔細(xì)決策后,考慮了2種方案:退出終端站A站AB線路220 kV高頻保護(hù),考慮AB線路的高頻保護(hù)投單側(cè);退出AB線路兩側(cè)高頻保護(hù),將B站AB線路距離保護(hù)、零序保護(hù)調(diào)整時(shí)限及定值。經(jīng)詢問(wèn),當(dāng)時(shí)該縣級(jí)市天氣情況并不好,有打雷下雨情況,若高頻保護(hù)投單側(cè),當(dāng)A站110 kV線路跳閘時(shí),可能導(dǎo)致AB線路越級(jí)跳閘,而對(duì)于第2種方案,只要110 kV線路正確動(dòng)作,則不會(huì)造成AB線路跳閘,最終與專業(yè)技術(shù)人員協(xié)商,采取第2種方案,確保了A站負(fù)荷正常供電。
3.2 電網(wǎng)穩(wěn)定決策
案例1:甲、乙2條線路供某地級(jí)市供電,該地區(qū)負(fù)荷正常情況下不超230 MW,甲、乙2條線路線型都為L(zhǎng)GJ-400線路,穩(wěn)定按照N-1要求,甲、乙兩回線路按照250 MW控制潮流。某日,天氣溫度驟降,導(dǎo)致當(dāng)日該地區(qū)負(fù)荷接近300 MW,當(dāng)時(shí)該地區(qū)小水電都已經(jīng)帶滿,若嚴(yán)格按照250 MW控制潮流,則需要在該地區(qū)限電50 MW,調(diào)度值班員考慮當(dāng)時(shí)為冬季,環(huán)境溫度較低 (環(huán)境溫度低于25℃),且根據(jù) 《電力安全手冊(cè)》,LGJ-400導(dǎo)線安全電流為 875 A〔9〕,熱穩(wěn)定功率可達(dá)330 MW,經(jīng)與穩(wěn)定專責(zé)協(xié)商,建議甲、乙線路按照300 MW控制,穩(wěn)定專責(zé)采納了調(diào)度值班員決策,從而避免了在該地區(qū)事故限電。
案例2:根據(jù)穩(wěn)定要求,某區(qū)域最小開(kāi)機(jī)方式為:當(dāng)該區(qū)域220 kV主變下網(wǎng)超4 000 MW時(shí),220 kV并網(wǎng)火電機(jī)組需至少保持3臺(tái)。某日,該區(qū)域220 kV主變下網(wǎng)接近5 000 MW,該區(qū)域并網(wǎng)火電機(jī)組僅3臺(tái),為最小開(kāi)機(jī)方式,當(dāng)日,3臺(tái)火電機(jī)組其中1臺(tái)跳機(jī),按照穩(wěn)定要求,則220 kV主變下網(wǎng)負(fù)荷需控制在4 000 MW,在該區(qū)域大面積限電。
調(diào)度值班員在火電機(jī)組跳機(jī)后,第一時(shí)間開(kāi)出該區(qū)域的某220 kV水電廠所有備用機(jī)組,并留一定旋轉(zhuǎn)備用,同時(shí)令該區(qū)域所有小水電機(jī)組頂峰,及時(shí)將該火電機(jī)組跳機(jī)情況告知穩(wěn)定專責(zé),并啟動(dòng)在線安全穩(wěn)定工具對(duì)實(shí)時(shí)電網(wǎng)進(jìn)行安全掃描,及時(shí)關(guān)注該火電機(jī)組事故跳機(jī)后恢復(fù)情況,第一時(shí)間要求該區(qū)域其他備用機(jī)組準(zhǔn)備開(kāi)機(jī)。通過(guò)在線穩(wěn)定分析計(jì)算,在當(dāng)前電網(wǎng)潮流情況下,電網(wǎng)無(wú)穩(wěn)定問(wèn)題,后經(jīng)穩(wěn)定專責(zé)計(jì)算,若該水電廠2臺(tái)水電機(jī)組并網(wǎng),且220 kV并網(wǎng)火電機(jī)組超過(guò)2臺(tái),該區(qū)域220 kV主變下網(wǎng)可按照不超5 500 MW控制,避免了一起盲目的區(qū)域大面積限電。
3.3 電網(wǎng)結(jié)構(gòu)方式變更
案例1:如圖1所示,A,B,C,D均為500 kV變電站,E為220 kV變電站,箭頭方向?yàn)楫?dāng)時(shí)潮流方向,甲、乙、丙為3個(gè)500 kV變電站的供電區(qū)域,500 kV線路BC線路與220 kV甲—E—乙線路形成電磁環(huán)網(wǎng),甲丙Ⅰ,Ⅱ回線路連接甲、丙2個(gè)供電區(qū)。某日,甲丙雙回線路超穩(wěn)定極限,但D變電站2臺(tái)主變下網(wǎng)潮流還具備一定備用空間,若按照常規(guī)事故處理方法,則需要在丙區(qū)域進(jìn)行事故限電,直到甲丙線路不過(guò)載。經(jīng)在線安全分析工具計(jì)算,若220 kV甲—E—乙線路在乙側(cè)開(kāi)環(huán),則甲丙雙回線路潮流減輕,D站2臺(tái)主變下網(wǎng)增加,D站2臺(tái)主變也不會(huì)過(guò)載,可以避免在丙區(qū)域事故限電。據(jù)此形成了操作建議且被最終采納,開(kāi)環(huán)后,該區(qū)域避免了大面積限電。
圖1 電磁環(huán)網(wǎng)合解環(huán)實(shí)例
案例2:如圖2所示,A為某500 kV變電站,供甲、乙2個(gè)區(qū)域,其中乙區(qū)域由4回220 kV線路B—乙Ⅰ,Ⅱ線以及甲乙Ⅰ,Ⅱ線供電,B為某220 kV發(fā)電廠,此時(shí)B電廠2臺(tái)機(jī)全開(kāi),因電網(wǎng)結(jié)構(gòu)原因,B—乙Ⅰ,Ⅱ線一直重載,而甲乙Ⅰ,Ⅱ線相對(duì)較輕。某日,B—乙Ⅰ,Ⅱ線潮流已接近穩(wěn)定極限,且A廠2臺(tái)主變也已經(jīng)接近極限。通過(guò)在線安全工具分析后,決策如下:若停B廠站機(jī)組,可以調(diào)整B—乙Ⅰ,Ⅱ線潮流不過(guò)載,不過(guò)A廠站主變將過(guò)載,導(dǎo)致甲、乙2個(gè)地區(qū)都限電,若在B廠站進(jìn)行了母線開(kāi)環(huán),既可以保證A廠站不過(guò)載,且因?yàn)榧住狟—乙線路增加了線路阻抗,使得甲乙Ⅰ,Ⅱ線路潮流增加,B—乙Ⅰ,Ⅱ線路潮流減輕,既可以保障A站主變不過(guò)載,又可以保證B—乙Ⅰ,Ⅱ線路不過(guò)載,最終采取了在B廠站開(kāi)環(huán)運(yùn)行的措施,避免了在乙區(qū)域的事故限電。
3.4 電網(wǎng)事故后恢復(fù)
某日,天氣情況雷雨,A區(qū)域由2回220 kV聯(lián)絡(luò)線BC,EF線路供電,BC線路跳閘后,造成A區(qū)域僅由EF線路單供,調(diào)度值班員根據(jù)熱穩(wěn)極限,控制了區(qū)域100 MW負(fù)荷。在此惡劣天氣情況下,兩側(cè)運(yùn)維人員到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)需1.5 h,如果待現(xiàn)場(chǎng)檢查跳閘設(shè)備是否具備試送條件,將可能耗費(fèi)較長(zhǎng)的時(shí)間。但線路跳閘后需盡快送電,否則若EF線路繼續(xù)跳閘,將造成A區(qū)域全部停電,引發(fā)電網(wǎng)事故。經(jīng)利用監(jiān)控信息平臺(tái),分析BC線路跳閘時(shí)的保護(hù)數(shù)據(jù)以及BC線路兩側(cè)變電站是否有其他告警信號(hào),判斷該故障在線路保護(hù)范圍內(nèi),故障為雷擊的可能性較大,決定在B側(cè)由監(jiān)控員對(duì)線路強(qiáng)送一次,送電正常后在C側(cè)合環(huán),及時(shí)恢復(fù)了A區(qū)域的供電。事故處理總用時(shí)10 min,確保了電網(wǎng)的安全供電。
從事故處理的決策思路可以看出,調(diào)度值班員首先需具備扎實(shí)的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ),對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行及穩(wěn)定有較深的認(rèn)識(shí),在事故處理中,應(yīng)充分利用現(xiàn)有的調(diào)度自動(dòng)化在線安全分析工具。同時(shí),在事故處理中,需充分結(jié)合電網(wǎng)實(shí)際情況,考慮電網(wǎng)事故處理的優(yōu)化決策方案,并結(jié)合專業(yè)技術(shù)人員的意見(jiàn),做到事故處理時(shí)盡快限制事故的發(fā)展,盡量減小事故造成的影響。
〔1〕張思遠(yuǎn),陳浩,李京.省級(jí)電網(wǎng)在線安全穩(wěn)定分析系統(tǒng)的建設(shè)與應(yīng)用 〔J〕.通訊世界,2013.(12):94-96.
〔2〕金明亮,賴宏毅,劉志成.2013年中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)年會(huì)論文集 〔C〕//在線安全穩(wěn)定分析系統(tǒng)在華中電網(wǎng)的應(yīng)用研究.成都:中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì),2013.
〔3〕湖南省電力公司.湘電公司 (2010)576號(hào)湖南電網(wǎng)220 kV繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行導(dǎo)則 〔S〕,2010.
〔4〕湖南省經(jīng)濟(jì)委員會(huì).湖南電力調(diào)度規(guī)程 〔S〕.2007.
〔5〕成濤,成連生.電力系統(tǒng)的電磁環(huán)網(wǎng)運(yùn)行 〔J〕.湖南電力,2001,21(5):3-5.
〔6〕張斌,王振宇.湖南2002年500/220 kV電磁環(huán)網(wǎng)解環(huán)對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定的影響 〔J〕.湖南電力,2001,21(B05):27-29.
〔7〕國(guó)家電網(wǎng)公司.國(guó)家電網(wǎng)公司故障停運(yùn)線路遠(yuǎn)方試送管理規(guī)范(暫行) 〔S〕.2014.
〔8〕中華人民共和國(guó)國(guó)務(wù)院.國(guó)務(wù)院令第599號(hào)電力安全事故應(yīng)急處置和調(diào)查處理?xiàng)l例 〔S〕.2011.
〔9〕電力安全手冊(cè) 〔S〕.北京:中國(guó)電力出版社,1997.
10.3969/j.issn.1008-0198.2015.02.008
TM711.2
B
1008-0198(2015)02-0029-04
王燦林(1983),男,漢族,湖南長(zhǎng)沙人,碩士研究生,高級(jí)工程師,主要從事調(diào)度運(yùn)行工作。
2014-12-10 改回日期:2014-12-30
陳浩(1974),男,漢族,湖南常德人,碩士研究生,高級(jí)工程師,主要從事調(diào)度運(yùn)行管理工作。