辛超山，呂　盼，張?jiān)鰪?qiáng)，宋新甫，付高善

(國網(wǎng)新疆經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，新疆 烏魯木齊　830047)

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疆南750 kV電網(wǎng)延伸前后電源故障低電壓問題分析

辛超山，呂盼，張?jiān)鰪?qiáng)，宋新甫，付高善

(國網(wǎng)新疆經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，新疆 烏魯木齊830047)

疆南電網(wǎng)位于新疆電網(wǎng)南部，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)薄弱，網(wǎng)內(nèi)支撐電源較少，預(yù)計(jì)2015年年底750 kV主網(wǎng)延伸至疆南電網(wǎng)。主要分析疆南電網(wǎng)電源發(fā)生故障跳機(jī)后對疆南電網(wǎng)的影響。分析結(jié)果表明，喀發(fā)3期機(jī)組故障對疆南電網(wǎng)影響較大，故障時暫態(tài)電壓跌幅達(dá)到30～60 kV，電壓跌落嚴(yán)重，電網(wǎng)抗風(fēng)險能力差，嚴(yán)重依賴穩(wěn)控裝置。南部750 kV網(wǎng)架補(bǔ)強(qiáng)后，疆南、阿克蘇地區(qū)短路容量水平均大幅提升，南部750 kV庫車—喀什工程建成后電網(wǎng)抗風(fēng)險能力明顯提升，南部750 kV網(wǎng)架補(bǔ)強(qiáng)后喀發(fā)3期電廠機(jī)組具備大功率運(yùn)行的能力。

疆南電網(wǎng)；機(jī)組故障；低電壓分析

0　引　言

疆南電網(wǎng)位于新疆電網(wǎng)末端，主要供電范圍為喀什地區(qū)、克孜勒蘇自治州和兵團(tuán)農(nóng)三師各團(tuán)場，疆南電網(wǎng)通過220 kV線路與新疆主電網(wǎng)及和田電網(wǎng)聯(lián)接，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)薄弱，供電可靠性低，低電壓、停電問題嚴(yán)重。截至2014年年底，疆南電網(wǎng)已形成以喀什市和阿圖什市為中心，向東約300 km至農(nóng)三師圖木舒克市，向西約100 km至康蘇鎮(zhèn)，向南約350 km至和田地區(qū)皮山縣，供電面積覆蓋兩地州大部分地區(qū)的電網(wǎng)，見圖1。

1　故障前電網(wǎng)概況

目前，疆南電網(wǎng)電源支撐以水電為主，且多為徑流式，僅喀發(fā)3期2臺350 MW機(jī)組為穩(wěn)定電源支撐。

圖1　疆南電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)圖

正常運(yùn)行方式下疆南電網(wǎng)開機(jī)方式以及各電廠出力情況如表1所示。

故障前近區(qū)電網(wǎng)電壓情況如表2所示。

2　故障過程分析

2.1故障過程分析

表1　故障前各機(jī)組出力情況

表2　近區(qū)母線電壓情況　單位：kV

喀什電廠壓力故障，高排壓比保護(hù)跳機(jī)邏輯為并網(wǎng)狀態(tài)下<1.73延時60 s跳機(jī)，故障過程中高排壓比最終下降至1.71附近觸發(fā)保護(hù)延時，60 s后保護(hù)動作，22:34 6號汽輪機(jī)跳閘，電子間ETS柜首出記錄為高排壓比低保護(hù)動作，6號發(fā)電機(jī)解列。

經(jīng)現(xiàn)場檢查確認(rèn)為進(jìn)入保護(hù)邏輯的調(diào)節(jié)級壓力取樣管處泄漏，導(dǎo)致調(diào)節(jié)級壓力突降，高排壓比值突降，最終觸發(fā)高排壓比低保護(hù)動作，機(jī)組跳閘解列。

2.2故障PMU數(shù)據(jù)分析

喀發(fā)3期6號機(jī)組跳閘后，南疆片區(qū)的下網(wǎng)功率突增，白鹿+徐鹿+棉鹿斷面有功功率增加至603 MW(突增量為291.9 MW)，茲棉斷面有功功率增加至629.8 MW(突增量為226.8 MW)，鹿喀+鹿麥斷面有功功率增加至510.5 MW(突增量為247.5 MW)。金鹿、棉城、喀什變電站的220 kV母線電壓跌落比較嚴(yán)重。

穩(wěn)控動作共切除147.9 MW負(fù)荷，各站的電壓恢復(fù)，其中金鹿變電站穩(wěn)控動作切除金鹿變電站93.9 MW負(fù)荷后，棉城變電站穩(wěn)控動作切除棉城變電站46 MW負(fù)荷，電壓情況PMU圖如圖2、圖3所示。

在故障的過程中，金鹿變電站的電壓跌落最為嚴(yán)重，最大跌幅達(dá)到了32.1 kV；喀什變電站由于有電源的支撐，故障中電壓的變化最小為10.3 kV。

圖2　故障中棉城變電站母線電壓PMU圖

圖3　故障中喀什變電站母線電壓PMU圖

故障后，南疆片區(qū)電壓跌落，其中喀什3期5號機(jī)端電壓跌落了0.46 kV，盛源2號機(jī)的機(jī)端電壓跌落了0.58 kV，造成機(jī)組的勵磁系統(tǒng)動作，機(jī)組勵磁電壓增加，勵磁機(jī)組的機(jī)端電壓恢復(fù)，如圖4所示。

圖4　故障過程喀發(fā)3期5號機(jī)的勵磁電壓

系統(tǒng)切負(fù)荷后，喀發(fā)3期5號機(jī)勵磁電壓由232 V升高至287 V，盛源2號機(jī)的勵磁電壓由150.4 V升高至167.3 V，喀發(fā)3期5號機(jī)機(jī)端電壓升高了0.27 kV，盛源2號機(jī)端電壓升高0.14 kV。

2.3仿真驗(yàn)證

根據(jù)PMU數(shù)據(jù)信息調(diào)整數(shù)據(jù)包與故障前的電網(wǎng)的方式及潮流信息保持一致，設(shè)置1 s后電網(wǎng)發(fā)生喀發(fā)3期6號機(jī)組跳閘故障。當(dāng)金鹿站電壓跌落至0.99 p.u.以下，在0.2 s后切除金鹿站48.2 MW負(fù)荷；當(dāng)棉城站電壓跌落至0.99 p.u.以下，在0.4 s后切除金鹿站48.2 MW、棉城站的101.3 MW的負(fù)荷。

仿真結(jié)果表明，在喀發(fā)3期6號機(jī)組跳閘故障，南疆地區(qū)電網(wǎng)功率突增，附近站點(diǎn)220 kV母線的電壓跌落，仿真結(jié)論與PMU錄波數(shù)據(jù)基本吻合。

表3　仿真與實(shí)時故障電壓對比　單位：kV

3　750 kV電網(wǎng)延伸前后喀發(fā)跳機(jī)對近區(qū)電網(wǎng)影響

3.1喀發(fā)3期6號跳機(jī)后穩(wěn)控不動作仿真分析

仿真喀發(fā)3期6號跳機(jī)后穩(wěn)控不動作，故障后金鹿變電站220 kV電壓跌至179.5 kV，在187 kV(220 kV的0.85 p.u.)以下持續(xù)700 ms，達(dá)到低壓減載裝置動作定值(85%Un/0.5 s)將切負(fù)荷，見圖5所示。由于恢復(fù)電壓過低，低于正常運(yùn)行電壓220 kV下限，南疆電網(wǎng)抗干擾能力較弱，易造成靜態(tài)穩(wěn)定破壞，引發(fā)南疆電網(wǎng)失穩(wěn)，大面積失電。若二道防線不動作，三道防線切負(fù)荷后疆南電網(wǎng)仍存在一定的垮網(wǎng)風(fēng)險。

圖5　故障近區(qū)電網(wǎng)電壓曲線

3.2改變南疆機(jī)組的開機(jī)方式情況對比分析

通過同一數(shù)據(jù)平臺下，分析南部較大電廠不同開機(jī)方式下，喀發(fā)3期6號跳機(jī)故障后對周邊220 kV變電站電壓影響開展對比分析，具體情況如下：

1)全開機(jī)方式

在喀發(fā)2期、盛源、徐礦電廠全開機(jī)的情況下發(fā)生喀發(fā)3期6號機(jī)跳機(jī)故障后，金鹿、棉城變電站的母線電壓跌落情況和發(fā)電機(jī)的勵磁系統(tǒng)動作情況：全開機(jī)方式系統(tǒng)短路容量大，機(jī)組備用充裕，在喀發(fā)3期6號機(jī)跳機(jī)情況下金鹿變電站電壓跌幅最低至218.9 kV，僅有功功率突變量超出80 MW，不會觸發(fā)金鹿變電站穩(wěn)控策略。

2)電廠單機(jī)方式

在喀發(fā)2期、盛源、徐礦發(fā)電廠都單機(jī)運(yùn)行的情況下發(fā)生喀發(fā)3期6號機(jī)跳機(jī)故障后，喀什、金鹿、棉城變電站的母線電壓跌落情況和發(fā)電機(jī)的勵磁系統(tǒng)動作情況：單機(jī)方式系統(tǒng)短路容量變小，機(jī)組備用空間下降，在喀發(fā)3期6號機(jī)跳機(jī)情況下金鹿變電站電壓跌幅最低至200.3 kV，其中到達(dá)金鹿變電站穩(wěn)控策略電壓217.8 kV的閾值，金鹿變電站穩(wěn)控裝置動作切負(fù)荷。

3)電廠單機(jī)方式下勵磁系統(tǒng)不發(fā)揮性能的情況

在喀發(fā)2期、盛源、徐礦發(fā)電廠都單開機(jī)方式下，機(jī)組勵磁控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力不發(fā)揮性能的情況下發(fā)生喀發(fā)3期6號機(jī)跳機(jī)故障后，金鹿、棉城變電站的母線電壓跌落情況：該方式系統(tǒng)短路容量最小，機(jī)組無功功率備用不足，在喀發(fā)3期6號機(jī)跳機(jī)情況下金鹿變電站電壓跌幅最低至192.5 kV，棉城變電站電壓跌幅最低至203.5 kV，其中金鹿變電站、棉城變電站、喀什變電站穩(wěn)控策略均動作，穩(wěn)控裝置通過切負(fù)荷抬升系統(tǒng)電壓。

通過對3種方式下發(fā)生喀發(fā)3期6號機(jī)跳機(jī)故障后，系統(tǒng)電壓和機(jī)組勵磁動作情況的對比可知：在全開機(jī)發(fā)生機(jī)組跳閘故障時，機(jī)組勵磁系統(tǒng)動作效果最為有效，對抬升系統(tǒng)電壓能力最強(qiáng)。其中220 kV金鹿、棉城、喀什變電站電壓跌落情況見表4。

上述開機(jī)方式下，喀發(fā)3期6號機(jī)跳機(jī)故障后運(yùn)行機(jī)組勵磁調(diào)節(jié)情況數(shù)據(jù)見表5。

通過不同開機(jī)方式對系統(tǒng)影響對比分析得出以下結(jié)論：

1)在喀發(fā)、盛源、徐礦3個電廠的單開機(jī)方式對系統(tǒng)故障情況下的電壓波動影響明顯，其中在單機(jī)勵磁無效方式下穩(wěn)控動作后電壓跌幅最嚴(yán)重，穩(wěn)控裝置動作后金鹿變電站最低電壓仍然跌至192.5 kV。

2)全開機(jī)方式時故障期間各發(fā)電廠機(jī)組勵磁器控制效果均攤，對各220 kV變電站的電壓支撐能力明顯變強(qiáng)，變電站電壓在6 s內(nèi)便可快速恢復(fù)穩(wěn)定運(yùn)行。

3.3未來南部網(wǎng)架補(bǔ)強(qiáng)后抗風(fēng)險能力分析

隨著750 kV庫車—阿克蘇—巴楚—喀什輸電線路及其配套工程的投運(yùn)，南部電網(wǎng)750/220 kV斷面供電能力加強(qiáng)，南部220 kV喀什變電站、金鹿變電站、棉城變電站、麥蓋提變電站的短路電流水平均有所提高，喀發(fā)3期機(jī)組出力300 MW故障跳閘對系統(tǒng)電壓影響減弱。

表4　不同開機(jī)方式下故障電壓對比　單位：kV

表5　不同開機(jī)方式下勵磁電壓對比　單位：kV

圖6　750 kV網(wǎng)架延伸后局部電網(wǎng)圖

圖6為南部750 kV庫車—阿克蘇—巴楚—喀什工程建成投運(yùn)后潮流情況，在無穩(wěn)定控制措施下斷面能力得到提升，其中楚喀+楚伽+鹿麥斷面800 MW下網(wǎng)時喀發(fā)3期機(jī)組300 MW出力跳閘對系統(tǒng)電壓跌落可以控制在0.9 p.u.以上。

表6　南疆下網(wǎng)80萬千瓦喀發(fā)故障近區(qū)電壓(kV)

南部750 kV工程補(bǔ)強(qiáng)至喀什后，在不采取穩(wěn)控措施下，喀發(fā)3期機(jī)組300 MW出力發(fā)生故障跳閘后對系統(tǒng)的電壓影響程度降低，其中疆南電網(wǎng)斷面均在300 MW時發(fā)生跳閘故障后變電站電壓變化情況見表6。

表7　南疆電網(wǎng)跳閘故障后變電站電壓

在無穩(wěn)控措施下，喀發(fā)3期6號機(jī)組出力300 MW故障跳閘后金鹿變電站220 kV電壓均下降最大，其中在2015年網(wǎng)架情況下最低跌至179.7 kV(跌幅57.3 kV)，南部750 kV庫車—喀什工程建成后電壓最低跌至220.3 kV(跌幅16.7 kV)，表明南部750 kV網(wǎng)架補(bǔ)強(qiáng)后喀發(fā)3期電廠機(jī)組具備大功率運(yùn)行的能力。

4　結(jié)　論

1)在本次喀發(fā)3期6號機(jī)組跳閘故障中穩(wěn)控裝置正確及時動作，切除147.9 MW負(fù)荷后系統(tǒng)恢復(fù)穩(wěn)定運(yùn)行，金鹿、棉城、喀什變電站的電壓恢復(fù)到225 kV以上的運(yùn)行水平，保證了電網(wǎng)的安全穩(wěn)定。建議疆南電網(wǎng)的開機(jī)方式應(yīng)以保證電網(wǎng)安全為前

提，在運(yùn)行中盡量留足機(jī)組的旋轉(zhuǎn)備用，增加電壓的支撐點(diǎn)。

2)南疆地區(qū)短路容量僅為烏北變電站的16%～25%，在小負(fù)荷期間火電廠、水電廠開機(jī)減少進(jìn)一步降低220 kV短路容量，在南疆?dāng)嗝嫦掳l(fā)生喀發(fā)3期大機(jī)組跳閘故障時暫態(tài)電壓跌幅達(dá)到30～60 kV，電壓跌落嚴(yán)重，電網(wǎng)抗風(fēng)險能力差，嚴(yán)重依賴穩(wěn)控裝置。

3)南部750 kV網(wǎng)架補(bǔ)強(qiáng)后，疆南、阿克蘇地區(qū)短路容量水平均大幅提升?？Πl(fā)3期6號機(jī)組出力300 MW故障跳閘后金鹿變電站220 kV電壓降幅最大，其中在2015年網(wǎng)架情況時最低跌至179.7 kV(跌幅57.3 kV)，南部750 kV庫車—喀什工程建成后電壓最低跌至220.3 kV(跌幅16.7 kV)，表明南部750 kV網(wǎng)架補(bǔ)強(qiáng)后喀發(fā)3期電廠機(jī)組具備大功率運(yùn)行的能力。

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辛超山(1989)，碩士，從事電網(wǎng)規(guī)劃相關(guān)工作。

Southern Xinjiang power grid is located in southern area of Xinjiang power grid, its grid structure is weak and it has less support power network, its 750 kV main grid is expected to be extended to southern Xinjiang power grid by the end of 2015. The impact after a fault trip in southern Xinjiang power grid on its own power grid is analyzed. The analysis results show that the failure of third stage units in Kashi Power Plant has a greater influence on southern Xinjiang power grid, at that time the transient voltage declines to 30～60 kV during the failure, the voltage drop is severe, the anti-risk ability of power grid is poor, and it heavily depends on the stability control device. After the reinforcement of 750 kV power grid in southern area, the short-circuit capacity levels are significantly improved in southern Xinjiang and Aksu prefecture, after the completion of 750 kV Kuche-Kashi project, its ability to resist the risks has improved significantly, and after the reinforcement of 750 kV southern grid, the third stage units of Kashi Power Plant have the ability to run with high power.

southern Xinjiang power grid; unit failure; low voltage analysis

TM72

B

1003-6954(2016)03-0045-04

2016-01-07)