龔向陽(yáng),袁士超,虞殷樹(shù),賀 旭
(國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司寧波供電公司,浙江 寧波 315010)
寧波電網(wǎng)雷擊跳閘影響及調(diào)控應(yīng)對(duì)策略研究
龔向陽(yáng),袁士超,虞殷樹(shù),賀 旭
(國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司寧波供電公司,浙江 寧波 315010)
介紹了寧波電網(wǎng)的雷害現(xiàn)狀,分析了雷擊對(duì)寧波電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的嚴(yán)重影響,從全新的防雷視角,提出了基于現(xiàn)有網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的防雷思路,討論了雷前雷后相結(jié)合的防雷調(diào)控應(yīng)對(duì)策略,其中包括繪制雷害風(fēng)險(xiǎn)分布圖、合理安排運(yùn)行方式,關(guān)注同桿線路雷擊故障,控制同桿線路比例等五項(xiàng)防雷策略,為寧波電網(wǎng)防雷工作的開(kāi)展指明了新方向,也為傳統(tǒng)的電網(wǎng)防雷提供了新思路。
防雷;雷擊跳閘;網(wǎng)架結(jié)構(gòu)
寧波是雷害比較嚴(yán)重的地區(qū),僅2014年就發(fā)生地閃98 789次,雷災(zāi)120余起,作為多雷地區(qū),雷擊是導(dǎo)致寧波電網(wǎng)設(shè)備故障跳閘的最主要原因,對(duì)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行造成了很大影響。
以往防雷主要針對(duì)輸電線路防雷展開(kāi)[1-2],該思路固然是從源頭上減少雷電對(duì)電網(wǎng)造成的影響,但面對(duì)短時(shí)期或一定時(shí)間內(nèi)無(wú)法提升線路防雷能力的情況,如何在現(xiàn)有的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上,最大程度地減少雷電對(duì)電網(wǎng)的影響,成為了一個(gè)值得研究的新領(lǐng)域。
本文以寧波電網(wǎng)為研究對(duì)象,從電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)角度出發(fā),在現(xiàn)有線路防雷能力基礎(chǔ)上,分析了不同線路遭雷擊跳閘后對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行產(chǎn)生的不同影響,并提出了有效的調(diào)控應(yīng)對(duì)措施。
隨著電網(wǎng)建設(shè)的高速發(fā)展,寧波供電公司管轄的110 kV及以上輸電線路總長(zhǎng)已由2010年底的5 723.8 km增加到了2014年底的6 812.3 km,并以每年200 km左右的速度快速增長(zhǎng)。寧波電網(wǎng)2010—2014年事故跳閘統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示:近5年寧波電網(wǎng)110 kV及以上線路累計(jì)跳閘520條次,除去用戶維保和托管線路,公司110 kV及以上輸電線路共計(jì)跳閘426條次,其中227條次為雷擊造成,占線路跳閘總數(shù)的53.3%。
近2年由于臺(tái)風(fēng)、冰災(zāi)等極端天氣引起的跳閘次數(shù)較多,為了能更清晰地分析、比較雷擊跳閘比例,現(xiàn)剔除掉臺(tái)風(fēng)、冰災(zāi)引起的跳閘,得到2010—2014年110 kV及以上輸電線路故障統(tǒng)計(jì)數(shù)量,如表1所示??梢钥闯?,剔除自然災(zāi)害因素,各年事故跳閘中,雷電造成的線路跳閘比例均大于50%,說(shuō)明雷擊是導(dǎo)致寧波電網(wǎng)設(shè)備故障跳閘的最主要原因。
表1 110 kV及以上輸電線路故障統(tǒng)計(jì)(2010—2014)
雷擊具有隨機(jī)性,一定區(qū)域內(nèi)的線路均可能受到雷擊。雷擊對(duì)電網(wǎng)造成最主要、最直接的影響是輸電線路的雷擊跳閘。不同線路遭雷擊跳閘后對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行產(chǎn)生的影響也不盡相同,本文從對(duì)電網(wǎng)影響較大的雷害入手,將雷擊對(duì)系統(tǒng)的影響分為兩類。
2.1 正常運(yùn)行方式下,不同電壓等級(jí)同桿雙回線路遭雷擊跳閘后對(duì)電網(wǎng)的影響
寧波電網(wǎng)的輸電線路主要有500 kV,220 kV和110 kV 3個(gè)電壓等級(jí),3個(gè)電壓等級(jí)的同桿雙回線路情況各不相同,因而同跳造成的影響也不盡相同。
寧波電網(wǎng)共有24回500 kV線路同桿,占500 kV線路總條數(shù)(27條)的88.8%。由于電壓等級(jí)最高,同桿雙跳造成的影響非常嚴(yán)重。烏寧5425/烏海5426雙線故障,將造成500 kV烏沙山電廠全停;勝蒼5801/勝巖5802雙線故障,將造成勝龍電廠500 kV全停;強(qiáng)寧5423/強(qiáng)海5424雙線故障,將造成強(qiáng)蛟電廠500 kV全停。
相比而言,寧波電網(wǎng)共110回220 kV線路(55個(gè)同桿回路)同桿,占220 kV線路總條數(shù)(151條)的72.8%,其中104回為全線同桿。220 kV線路電壓等級(jí)較高,同桿雙跳造成的后果也相當(dāng)嚴(yán)重。55個(gè)同桿雙回線路中,若有17個(gè)同桿回路雙線故障,將造成1座220 kV公用變電站全停,導(dǎo)致大面積停電;若有5個(gè)同桿回路雙線故障,將造成1座220 kV用戶變電站(簡(jiǎn)稱用戶變)全?;蚺c系統(tǒng)解列。
此外,寧波電網(wǎng)共121個(gè)110 kV同桿雙回路,同桿比例在50%以上,其中有98個(gè)同桿回路為全線同桿。121個(gè)同桿雙回路中,有93個(gè)同桿雙回路雙線故障,將造成1座及以上110 kV公用變電站或用戶變?nèi)!?/p>
可見(jiàn),在寧波地區(qū)的輸電線路中,電壓等級(jí)越高,同桿雙回的概率越大,雷擊造成的后果也越嚴(yán)重。
2.2 計(jì)劃?rùn)z修等特殊運(yùn)行方式下,線路遭雷擊跳閘后對(duì)電網(wǎng)的影響
計(jì)劃?rùn)z修等特殊運(yùn)行方式下,電網(wǎng)較正常運(yùn)行方式更為薄弱,此時(shí)雷擊造成的影響也更為嚴(yán)重。特殊方式下,線路遭雷擊跳閘后對(duì)電網(wǎng)的影響可分為3種情況:
(1)雷擊聯(lián)絡(luò)線跳閘,導(dǎo)致局部電網(wǎng)小系統(tǒng)運(yùn)行,甚至失穩(wěn)。
寧波電網(wǎng)已形成2個(gè)220 kV完全獨(dú)立的分區(qū),每個(gè)獨(dú)立分區(qū)的各個(gè)非終端220 kV變電站之間,均通過(guò)聯(lián)絡(luò)線互連。正常電網(wǎng)運(yùn)行方式下,雷擊聯(lián)絡(luò)線導(dǎo)致線路跳閘的后果僅僅是潮流的轉(zhuǎn)移,并未產(chǎn)生嚴(yán)重后果,但在特殊運(yùn)行方式下,雷擊聯(lián)絡(luò)線跳閘可能會(huì)導(dǎo)致局部電網(wǎng)小系統(tǒng)運(yùn)行,甚至失穩(wěn),后果非常嚴(yán)重。
(2)雷擊線路跳閘,導(dǎo)致潮流斷面中運(yùn)行設(shè)備過(guò)載。
在正常電網(wǎng)運(yùn)行方式下,電網(wǎng)滿足N-1的要求,即電網(wǎng)中任何一個(gè)元件故障或缺失,會(huì)造成短時(shí)的部分設(shè)備過(guò)載,但并不影響電網(wǎng)的正常運(yùn)行。而在事故或計(jì)劃?rùn)z修情況下,雷擊線路跳閘導(dǎo)致潮流斷面中運(yùn)行設(shè)備過(guò)載的問(wèn)題較為嚴(yán)重。
(3)雷擊跳閘導(dǎo)致終端變電站(簡(jiǎn)稱終端變)、牽引站、特殊方式下的非終端變停電。
寧波地區(qū)共有11個(gè)220 kV公用終端變、3個(gè)220 kV用戶終端變。非正常方式下,原來(lái)的非終端變可能根據(jù)計(jì)劃?rùn)z修或臨時(shí)方式調(diào)整成為暫時(shí)的終端變,此時(shí)雷擊跳閘等異常情況,會(huì)導(dǎo)致較嚴(yán)重的后果。
減少雷擊對(duì)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)影響的對(duì)策,可以理解為雷擊跳閘前后的手段,即不從如何減少雷擊線路的概率入手,而是在客觀雷擊情況和條件下,考慮如何處理好雷擊前后的運(yùn)行方式,通過(guò)調(diào)整運(yùn)行方式最大限度地避免雷擊對(duì)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的負(fù)面影響。以此為出發(fā)點(diǎn),減少雷擊對(duì)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)影響可從以下五方面展開(kāi)。
3.1 繪制雷害風(fēng)險(xiǎn)分布圖,合理安排運(yùn)行方式
掌握雷害分布對(duì)于電網(wǎng)運(yùn)行方式的安排非常重要,根據(jù)寧波地區(qū)的實(shí)際情況積極繪制雷害風(fēng)險(xiǎn)分布圖,可為寧波地區(qū)輸電線路防雷技術(shù)管理水平的提升提供可靠依據(jù)。同時(shí),國(guó)家電網(wǎng)公司也出臺(tái)了《關(guān)于印發(fā)架空輸電線路差異化防雷工作指導(dǎo)意見(jiàn)的通知》,對(duì)雷電監(jiān)測(cè)及雷害統(tǒng)計(jì)分析、雷區(qū)分布圖繪制等工作提出相關(guān)建議,為進(jìn)一步規(guī)范架空輸電線路差異化防雷工作,提高輸電線路防雷技術(shù)管理水平提供了政策導(dǎo)向。
基于雷害風(fēng)險(xiǎn)圖,調(diào)控中心考慮在不同區(qū)域不同雷害的情況下,對(duì)《寧波電網(wǎng)主系統(tǒng)變電站雷季運(yùn)行方式》進(jìn)行更一步精細(xì)化編制,并在雷季據(jù)此合理安排運(yùn)行方式。
表2 220 kV同桿線路N-2故障引起的事故等級(jí)統(tǒng)計(jì)
3.2 關(guān)注同桿線路雷擊故障,控制同桿線路比例
寧波電網(wǎng)同桿線路同時(shí)故障引起的事故后果比較嚴(yán)重,而寧波電網(wǎng)110 kV及以上線路同桿雙回(或多回)架設(shè)比例偏高,同桿雙回線路同時(shí)故障的情況需要重點(diǎn)關(guān)注。同桿雙回線路同時(shí)故障的問(wèn)題,本質(zhì)上是線路N-2故障下電網(wǎng)的安全性問(wèn)題??紤]到500 kV線路防雷標(biāo)準(zhǔn)較高,雷害的影響相對(duì)較??;相對(duì)而言,220 kV線路較110 kV線路更重要,且同桿雙回占比更高,因此,首先從220 kV線路著手開(kāi)展N-2故障分析。
寧波地區(qū)范圍內(nèi),220 kV同桿線路N-2故障將導(dǎo)致16座220 kV公用終端變?nèi)#瑯?gòu)成五級(jí)電網(wǎng)事件。例如,曉昌4R19、曉洲4R20線同跳可能導(dǎo)致舟山電網(wǎng)切負(fù)荷260 MW,占舟山電網(wǎng)負(fù)荷的32%,構(gòu)成一般電網(wǎng)事故。其它的220 kV同桿線路N-2故障引起的事故等級(jí)見(jiàn)表2。
根據(jù)上述事故等級(jí)的統(tǒng)計(jì),調(diào)控中心需出臺(tái)相關(guān)事故預(yù)案與之匹配,在電網(wǎng)設(shè)備和條件允許時(shí),以最合理的方式緩解同桿線路N-2的問(wèn)題。
除事故預(yù)案外,還需從根本上解決同桿線路同時(shí)故障的問(wèn)題,即合理控制同桿線路的比例和分層分區(qū)時(shí)考慮同桿風(fēng)險(xiǎn),具體措施主要有[3]:
(1)在規(guī)劃設(shè)計(jì)階段,對(duì)于承擔(dān)重要負(fù)荷的終端變(如電鐵牽引站),可以考慮從不同的變電站接入,并盡量減少其進(jìn)線的同桿部分。
(2)在系統(tǒng)分層分區(qū)時(shí),應(yīng)充分考慮同桿線路的影響,盡可能避免出現(xiàn)同桿雙回線路送至終端變的情況,特別應(yīng)避免串供多個(gè)終端變的現(xiàn)象。
研究組和常規(guī)組患者臨床治療有效率對(duì)比,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05),兩組用藥不良反應(yīng)率對(duì)比,差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。見(jiàn)表1。
(3)合理分配終端變負(fù)荷,并配置合適的安全自動(dòng)裝置(如備自投等),盡可能減少同桿并架線路雙線同停產(chǎn)生的負(fù)荷損失。
3.3 減少電網(wǎng)設(shè)備計(jì)劃停電檢修冗余時(shí)間
在計(jì)劃?rùn)z修和特殊運(yùn)行方式下,雷擊對(duì)電網(wǎng)的影響尤為明顯,為了降低這種異常方式下電網(wǎng)所面臨的風(fēng)險(xiǎn),縮短電網(wǎng)持續(xù)異常狀態(tài)的時(shí)間迫在眉睫。減少電網(wǎng)設(shè)備計(jì)劃停電檢修冗余時(shí)間就是一項(xiàng)十分奏效的舉措,具體可從以下幾方面開(kāi)展工作:
(1)加強(qiáng)不同廠站操作配合。電網(wǎng)設(shè)備檢修停役往往需要各級(jí)調(diào)度、運(yùn)維單位配合,多廠站之間進(jìn)行倒負(fù)荷、設(shè)備停役等操作,涉及廠站眾多,班組眾多,各班組之間操作水平、所需時(shí)間各異。對(duì)此可提前安排整體操作時(shí)間,根據(jù)操作要求倒推時(shí)間安排,根據(jù)運(yùn)維操作時(shí)間卡停役設(shè)備。從而實(shí)現(xiàn)各廠站之間密切配合,努力減少或避免多廠站共同等待的情況。
(2)合理安排不同工作。由于設(shè)備停電難度大,往往一項(xiàng)停役工作涉及多項(xiàng)檢修,各項(xiàng)檢修工作間存在時(shí)間配合問(wèn)題,如操作停電安排困難,或者工期錯(cuò)開(kāi)復(fù)雜等。對(duì)此,檢修單位可提前提交相關(guān)檢修任務(wù)要求及詳細(xì)內(nèi)容,結(jié)合具體內(nèi)容穿插安排工作,提前制定檢修工作時(shí)間卡,保障工作各項(xiàng)之間無(wú)縫銜接。從而實(shí)現(xiàn)多項(xiàng)工作緊密配合,縮短停電時(shí)間及運(yùn)維、檢修人員等待時(shí)間。
(3)及時(shí)跟進(jìn)檢修進(jìn)度。檢修進(jìn)度往往需要與設(shè)備停役配合,在運(yùn)行人員操作的同時(shí),檢修人員已經(jīng)在廠站等待,此類事件影響檢修人員工作效率,并有可能推遲設(shè)備復(fù)役時(shí)間。對(duì)此,可提前安排運(yùn)維操作時(shí)間,必要時(shí)可提前安排負(fù)荷轉(zhuǎn)移工作,有效減少因操作卡澀導(dǎo)致檢修人員等待的冗余時(shí)間。從而實(shí)現(xiàn)檢修人員按時(shí)間卡抵達(dá)即可進(jìn)行設(shè)備維修,與運(yùn)維人員操作實(shí)現(xiàn)無(wú)縫對(duì)接。
3.4 提升雷擊跳閘后的事故響應(yīng)速度
雷擊跳閘事故情況下,盡快處理事故和恢復(fù)送電至關(guān)重要??梢詮娜矫嫒胧?,加快雷擊跳閘后的事故響應(yīng)速度:監(jiān)控人員快速發(fā)現(xiàn)跳閘信息,編制最迅速的遠(yuǎn)方遙控操作流程,并減少運(yùn)維人員到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)的時(shí)間;通過(guò)雷電定位系統(tǒng)告知相關(guān)信息,幫助線路人員及時(shí)查找、確定、排除故障點(diǎn),及時(shí)恢復(fù)送電;加快監(jiān)控人員與運(yùn)行人員在雷擊跳閘后配合恢復(fù)送電的速度。
具體舉措涉及監(jiān)控信息的準(zhǔn)確性、監(jiān)控信息的規(guī)范與整治、開(kāi)關(guān)常態(tài)化操作、提升調(diào)控員電網(wǎng)事故處理能力、提升運(yùn)維站響應(yīng)速度5個(gè)方面:
(1)監(jiān)控信息的準(zhǔn)確性。若廠站設(shè)備出現(xiàn)接點(diǎn)抖動(dòng)、光耦擊穿、直流接地等異常現(xiàn)象,大量的無(wú)效信息刷屏,將嚴(yán)重影響監(jiān)控員對(duì)監(jiān)控信息的判斷、處理,有時(shí)甚至?xí)霈F(xiàn)誤發(fā)信。對(duì)此,應(yīng)加強(qiáng)廠站設(shè)備的選型、運(yùn)行、維護(hù)和消缺。從而減少信息總量,減少無(wú)效重復(fù)信息刷屏次數(shù),提高監(jiān)控效率。
(2)監(jiān)控信息的規(guī)范與整治。監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)于信息的描述與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際不一致,主變壓器或線路限額有誤造成誤發(fā)信,部分信息為無(wú)效信息。對(duì)此,二次運(yùn)行班應(yīng)根據(jù)《220 kV變電站典型信息表》規(guī)定,對(duì)無(wú)效、冗余信息發(fā)出的原因進(jìn)行分析。從而實(shí)現(xiàn)信息的表述與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的一致,避免調(diào)控員對(duì)于信息的誤判。
(3)開(kāi)關(guān)常態(tài)化操作。日常進(jìn)行遠(yuǎn)方遙控操作比例小,未形成常態(tài)化遠(yuǎn)方遙控操作,可遙控開(kāi)關(guān)比例還有待提高。對(duì)此,可嘗試開(kāi)關(guān)遙控操作常態(tài)化,并提高可遙控開(kāi)關(guān)比例。從而逐步實(shí)現(xiàn)遙控操作常態(tài)化,縮短事故情況下隔離故障、恢復(fù)送電的時(shí)間。
(4)提升調(diào)控員電網(wǎng)事故處理能力。因調(diào)控員業(yè)務(wù)水平差異,對(duì)事故分析、判斷能力不一,新調(diào)控員仍需鍛煉;同時(shí)電網(wǎng)規(guī)模逐步擴(kuò)大,電網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,設(shè)備型號(hào)不一,新型設(shè)備的不斷更新,對(duì)事故分析、判斷造成一定難度。對(duì)此,應(yīng)加強(qiáng)調(diào)控員業(yè)務(wù)培訓(xùn);定期舉行相關(guān)反事故演習(xí);定期開(kāi)展各類知識(shí)講座,深入現(xiàn)場(chǎng)熟悉設(shè)備。從而實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確地分析、判斷事故,為制定事故處理方案節(jié)省寶貴時(shí)間。
(5)提升運(yùn)維響應(yīng)速度。事故后因各種原因?qū)е逻\(yùn)維人員到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)不夠迅速,造成停電時(shí)間不能控制在最少;運(yùn)行人員業(yè)務(wù)水平參差不齊,事故后,檢查匯報(bào)不詳細(xì)、不準(zhǔn)確,往往造成多次重復(fù)檢查,延誤事故處理時(shí)間。對(duì)此,應(yīng)編制規(guī)范事故匯報(bào)表格,避免運(yùn)行人員多次重復(fù)檢查;對(duì)運(yùn)行人員到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)時(shí)間進(jìn)行記錄,并在必要情況下進(jìn)行考核。從而做到事故后準(zhǔn)確詳細(xì)匯報(bào)事故信息,各相關(guān)變電站人員及時(shí)就位,大大縮短運(yùn)行人員到達(dá)變電站和事故匯報(bào)的總時(shí)間。
3.5 完善寧波地區(qū)的雷電定位系統(tǒng)
雷電定位系統(tǒng)是一種觀測(cè)、記錄雷電活動(dòng)的先進(jìn)手段,在電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行生產(chǎn)中,為指導(dǎo)雷季運(yùn)行方式安排,判斷線路故障性質(zhì),縮短雷擊故障處理時(shí)間,減少雷擊損失等提供了新的技術(shù)支持[4-5]。在發(fā)生雷擊跳閘后,其最直接的作用是指導(dǎo)輸電線路雷擊故障點(diǎn)的查找,提高查找效率。
雷電定位系統(tǒng)在寧波地區(qū)已初步建成,但尚未得到廣泛應(yīng)用,調(diào)控中心對(duì)雷電定位的情況掌握并非實(shí)時(shí)。因此,應(yīng)進(jìn)一步完善覆蓋寧波地區(qū)的雷電定位系統(tǒng),使得調(diào)控中心能夠?qū)崟r(shí)掌握雷電定位的狀態(tài)。在線路發(fā)生雷擊跳閘后,調(diào)控值班人員可根據(jù)定位系統(tǒng)幫助輸電運(yùn)檢室人員查找到最有可能發(fā)生雷擊的桿塔位置,做到有的放矢,減輕輸電運(yùn)檢室人員的工作強(qiáng)度。
本文從一個(gè)全新的視角提出了基于現(xiàn)有網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的防雷思路,討論了雷前雷后相結(jié)合的防雷對(duì)策,包括繪制雷害風(fēng)險(xiǎn)分布圖、合理安排運(yùn)行方式,關(guān)注同桿線路雷擊故障、控制同桿線路比例等五項(xiàng)防雷策略,為寧波電網(wǎng)防雷工作的開(kāi)展指明了新方向,也為傳統(tǒng)的電網(wǎng)防雷提供了調(diào)控應(yīng)對(duì)的新思路。
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(本文編輯:方明霞)
Influence of Tripping Caused by Lightning Strike and Dispatching Measures in Ningbo Power Grid
GONG Xiangyang,YUAN Shichao,YU Yinshu,HE Xu
(State Grid Ningbo Power Supply Company,Ningbo Zhejiang 315010,China)
The present situation of lightning disturbance in Ningbo power grid is introduced and the serious effect of lightning on Ningbo power grid are analyzed.The paper,in a new lightning protection perspective,proposes a lightning protection idea based on current grid structure and discusses the dispatching strategy that combines protection before and after lightning strike,including five lightning protection strategies such as drawing of lightning distribution,reasonable arrangement of operation mode,concerning with lightning failures of lines on the same tower and proportion control of lines on the same tower.This paper presents the new direction for Ningbo grid lightning protection work and also provides a new idea for the traditional grid lightning protection.
lightning protection;lightning strike tripping;grid structure
TM86
B
1007-1881(2015)10-0020-05
2015-07-22
龔向陽(yáng)(1980),男,高級(jí)工程師,主要從事電力系統(tǒng)調(diào)度運(yùn)行和管理工作。