林桂輝， 甘德樹， 吳海雄， 張勇， 廖兵兵， 鄭全朝

(1.珠海供電局電力調(diào)度控制中心，廣東 珠海 519000; 2.廣東益泰達(dá)科技發(fā)展有限公司，廣東 廣州 510000)

0 引 言

電網(wǎng)運(yùn)行事故等級(jí)是調(diào)度運(yùn)行過(guò)程中事故處置的重要依據(jù)。調(diào)度員必須根據(jù)電網(wǎng)實(shí)時(shí)運(yùn)行情況，考慮單一元件故障發(fā)生后電網(wǎng)可能發(fā)生的運(yùn)行事故等級(jí)，制訂科學(xué)有效的防控措施。

文獻(xiàn)[1]深入分析了電網(wǎng)安全事故風(fēng)險(xiǎn)與等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)，在此基礎(chǔ)上提出了電網(wǎng)在線分區(qū)策略，以實(shí)現(xiàn)切負(fù)荷策略與電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)匹配。文獻(xiàn)[2]應(yīng)用廣義極值從理論上提出了停電事故中損失負(fù)荷的預(yù)測(cè)方法，以更加準(zhǔn)確地分析損失負(fù)荷影響。文獻(xiàn)[3]介紹了當(dāng)前廣西電網(wǎng)電力事故事件等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)和事故處置要求。文獻(xiàn)[4]提出了基于風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)的電網(wǎng)事故量化排序方法，該方法主要是從電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)角度出發(fā)分析事故后的電網(wǎng)故障等級(jí)。文獻(xiàn)[5]介紹了電力系統(tǒng)停電風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)及方法，主要是基于廣東電網(wǎng)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，分析停電事故風(fēng)險(xiǎn)及后果。文獻(xiàn)[6-7]介紹了基于事故鏈及動(dòng)態(tài)故障樹的電網(wǎng)連鎖故障風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，主要解決大電網(wǎng)復(fù)雜故障后的事故等級(jí)影響分析問(wèn)題。

實(shí)際上，電網(wǎng)事故發(fā)生后網(wǎng)架結(jié)構(gòu)并不是固定不變的，備自投裝置在事故發(fā)生后正確動(dòng)作，將改變?cè)W(wǎng)架結(jié)構(gòu)。這一特性也給電網(wǎng)運(yùn)行事故等級(jí)分析帶來(lái)挑戰(zhàn)。為此，本文首先介紹了我國(guó)對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行事故等級(jí)判定標(biāo)準(zhǔn)，從損失負(fù)荷和變電站失壓兩個(gè)維度闡述了備自投裝置對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行事故的影響。接著提出了考慮備自投裝置動(dòng)作的電網(wǎng)運(yùn)行事故等級(jí)判定方法，根據(jù)預(yù)先故障考慮備自投動(dòng)作帶來(lái)的網(wǎng)架變化特點(diǎn)，預(yù)判可能發(fā)生事故等級(jí)。最后基于某地區(qū)電網(wǎng)實(shí)際網(wǎng)架構(gòu)造算例，驗(yàn)證所提方法的有效性。

1 電網(wǎng)運(yùn)行事故等級(jí)判定標(biāo)準(zhǔn)及備自投影響分析

1.1 電網(wǎng)運(yùn)行事故等級(jí)判定標(biāo)準(zhǔn)

為了加強(qiáng)電力安全事故應(yīng)急處置工作，國(guó)務(wù)院于2011年7月簽發(fā)了《電力安全事故應(yīng)急處置和調(diào)度處理?xiàng)l例》(中華人民共和國(guó)國(guó)務(wù)院令第599號(hào)，以下簡(jiǎn)稱“599號(hào)令”)。599號(hào)令作為我國(guó)電力事故處置的法令，規(guī)定了電網(wǎng)運(yùn)行中事故處置的原理和要求，并且對(duì)電力事故等級(jí)作了明確規(guī)定[8-9]103-104。

針對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行方面，599號(hào)令從損失負(fù)荷比例和用戶停電比例兩個(gè)方面制定了電網(wǎng)運(yùn)行事故等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)，將電網(wǎng)運(yùn)行事故從高到低劃分為：特別重大事故、重大事故、較大事故和一般事故四個(gè)等級(jí)。

1.2 備自投影響分析

備自投是確保電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要裝置，其作用是在電網(wǎng)事故發(fā)生后根據(jù)所裝設(shè)備自投裝置變電站的運(yùn)行信息，改變電網(wǎng)運(yùn)行方式，將失壓變電站從事故區(qū)域倒換至正常區(qū)域供電。

根據(jù)備自投裝置裝設(shè)的位置不同，可將備自投裝置分為母聯(lián)備自投和進(jìn)線備自投兩大類。

圖1 110 kV變電站示意圖

圖1為某110 kV變電站示意圖。母聯(lián)備自投裝設(shè)于母聯(lián)110開關(guān)，正常運(yùn)行過(guò)程中該母聯(lián)開關(guān)處于斷開位置，當(dāng)發(fā)生電網(wǎng)事故導(dǎo)致某一段母線跳閘后母聯(lián)開關(guān)在備自投控制下合上，同時(shí)斷開該段母線相應(yīng)的出線開關(guān)，恢復(fù)母線供電。進(jìn)線備自投裝設(shè)于出線開關(guān)上，如出線1所對(duì)應(yīng)的112開關(guān)，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障導(dǎo)致該變電站失壓時(shí)，在進(jìn)線備自投控制下出線2所對(duì)應(yīng)的113開關(guān)跳閘，112開關(guān)合上恢復(fù)變電站運(yùn)行。

可見備自投裝置將改變電網(wǎng)事故發(fā)生前后的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，從而改變電網(wǎng)損失負(fù)荷和用戶停電。因此，在對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行事故等級(jí)預(yù)判時(shí)必須考慮備自投裝置的影響。

2 考慮備自投的運(yùn)行事故等級(jí)預(yù)判方法

2.1 預(yù)判流程及實(shí)施方法

圖2 判定流程

按照599號(hào)令的事故等級(jí)判定標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合備自投裝置的動(dòng)作特性要求，本文提出的考慮備自投電網(wǎng)運(yùn)行事故等級(jí)預(yù)判方法其實(shí)施流程如圖2所示，主要包括三個(gè)實(shí)施步驟：①預(yù)想故障設(shè)置；②考慮備自投動(dòng)作的解列網(wǎng)分析；③運(yùn)行事故等級(jí)判定。

2.2 預(yù)想故障設(shè)置

電網(wǎng)實(shí)時(shí)運(yùn)行中，調(diào)度運(yùn)行人員需要根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)分析單一元件故障后可能發(fā)生的運(yùn)行事故，并根據(jù)可能的事故等級(jí)采取有效措施實(shí)施事故降級(jí)。所謂預(yù)想故障設(shè)置，是指調(diào)度員根據(jù)電網(wǎng)實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)預(yù)先設(shè)置故障跳閘元件。該步驟由調(diào)度運(yùn)行人員根據(jù)電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行情況自行決定。

2.3 考慮備自投動(dòng)作的解列網(wǎng)分析

基于調(diào)度員人工設(shè)置的運(yùn)行故障，進(jìn)行考慮備自投動(dòng)作的解列網(wǎng)分析。由于備自投動(dòng)作的前提為變電站發(fā)生故障失壓，因此必須首先判定解列網(wǎng)，分析可能出現(xiàn)事故停電的變電站,接著根據(jù)各變電站的備自投投入情況分析備自投裝置對(duì)電網(wǎng)事故等級(jí)的影響。

1)解列網(wǎng)分析

電網(wǎng)設(shè)備故障跳閘后如果某片區(qū)域電網(wǎng)與主網(wǎng)失去聯(lián)系，則該區(qū)域電網(wǎng)為解列網(wǎng)，可能引起整片電網(wǎng)停電事故的發(fā)生。在解列網(wǎng)分析階段，首先不考慮備自投動(dòng)作單純分析故障后可能出現(xiàn)的解列網(wǎng)。所采取的分析方法主要依據(jù)電網(wǎng)網(wǎng)架關(guān)聯(lián)矩陣[10]。式(1)為電網(wǎng)網(wǎng)架關(guān)聯(lián)矩陣示例，該矩陣中橫坐標(biāo)對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)編號(hào)，縱坐標(biāo)對(duì)應(yīng)聯(lián)絡(luò)線編號(hào)，對(duì)任意線路兩側(cè)節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)位置取值為1，矩陣中剩余位置元素取值均為0。

(1)

消去所預(yù)設(shè)故障跳閘元件對(duì)應(yīng)的列，表明該設(shè)備已運(yùn)行。以上述示例矩陣A為例，假定其編號(hào)為1的輸電線路跳閘，則消去其第一列，所得矩陣為：

(2)

在該矩陣基礎(chǔ)上確定一個(gè)節(jié)點(diǎn)為非解列網(wǎng)節(jié)點(diǎn)，該節(jié)點(diǎn)可選取為系統(tǒng)分析中的平衡節(jié)點(diǎn)，則可以通過(guò)矩陣初定行變換，將所有與該節(jié)點(diǎn)相鄰的節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)移至矩陣左側(cè)，而其他解列網(wǎng)節(jié)點(diǎn)將平移至后側(cè)。若最終經(jīng)過(guò)初等行變換，矩陣可表示為式(3)所示形式，則表明該線路跳閘后出現(xiàn)解列網(wǎng)，解列網(wǎng)對(duì)應(yīng)區(qū)域?yàn)橛蚁陆枪?jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)區(qū)域。式(3)中，Aα、B分別為非零子矩陣。

(3)

2)備自投動(dòng)作分析

在解列網(wǎng)范圍內(nèi)的變電站，注意分析其是否有備自投裝置，并考慮備自投裝置動(dòng)作判斷是否能夠恢復(fù)供電。該分析主要依據(jù)本文第一章所介紹的備自投裝置動(dòng)作原理進(jìn)行，這里不再贅述其實(shí)施方法。

2.4 運(yùn)行事故等級(jí)判定

電網(wǎng)運(yùn)行事故判定的判據(jù)是事故導(dǎo)致的負(fù)荷損失和用戶損失。由各失壓變電站的負(fù)荷和供電用戶即可以判定事故事件等級(jí)。在已知失壓變電站損失負(fù)荷和用戶數(shù)量的基礎(chǔ)上計(jì)算電網(wǎng)運(yùn)行事故等級(jí)的研究已經(jīng)較為成熟，本文不再贅述[9]105。

3 系統(tǒng)開發(fā)應(yīng)用

3.1 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

以提出的考慮備自投動(dòng)作的電網(wǎng)運(yùn)行事故等級(jí)預(yù)判方法為核心，構(gòu)建電網(wǎng)在線事故預(yù)判與處置系統(tǒng)，是提升電網(wǎng)運(yùn)行事故處置能力的有力手段。據(jù)此，本文提出的電網(wǎng)在線事故預(yù)判與處置系統(tǒng)其功能架構(gòu)如圖3所示。整個(gè)系統(tǒng)包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理和在線事故預(yù)判與處置兩個(gè)層面的功能?；A(chǔ)數(shù)據(jù)管理中，所涉及的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括四大類，分別是：網(wǎng)架結(jié)構(gòu)與連接關(guān)系、實(shí)時(shí)負(fù)荷、用戶分布與數(shù)量和備自投分布及動(dòng)作特性。在線事故預(yù)判與防控是系統(tǒng)的功能核心，提供三個(gè)方面的功能，分別是：預(yù)想故障設(shè)置、事故等級(jí)預(yù)判和事故風(fēng)險(xiǎn)防控。其中事故等級(jí)預(yù)判是整個(gè)系統(tǒng)的核心功能，其作用是根據(jù)電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)和調(diào)度員預(yù)設(shè)的電網(wǎng)運(yùn)行故障，分析該故障發(fā)生后將導(dǎo)致的事故等級(jí)，從而輔助調(diào)度決策。

圖3 系統(tǒng)功能架構(gòu)

3.2 系統(tǒng)開發(fā)部署

從上述功能設(shè)計(jì)不難看出，本系統(tǒng)部署實(shí)施的關(guān)鍵在于合理的系統(tǒng)架構(gòu)，以獲取所需基本數(shù)據(jù)。

本文提出的電網(wǎng)在線事故預(yù)判與處置系統(tǒng)已在某地區(qū)供電局得到實(shí)際應(yīng)用，其部署架構(gòu)如圖4所示。電網(wǎng)在線事故預(yù)判與處置系統(tǒng)部署于安全生產(chǎn)Ⅱ區(qū)，其所需的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來(lái)源于能量管理系統(tǒng)、穩(wěn)控主站系統(tǒng)和客戶信息管理系統(tǒng)三個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)[11]。能量管理系統(tǒng)位于安全生產(chǎn)Ⅰ區(qū)，為電網(wǎng)在線事故預(yù)判與處置系統(tǒng)提供電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)接線結(jié)構(gòu)和實(shí)時(shí)負(fù)荷數(shù)據(jù)。穩(wěn)控主站系統(tǒng)位于安全生產(chǎn)Ⅰ區(qū)，提供備自投動(dòng)作策略與部署位置?？蛻粜畔⒐芾硐到y(tǒng)則位于安全生產(chǎn)Ⅱ區(qū)，提供用戶分布與數(shù)量信息。

圖4 部署結(jié)構(gòu)

3.3 系統(tǒng)應(yīng)用效益

該系統(tǒng)已在實(shí)際投入運(yùn)行超過(guò)兩年時(shí)間。其實(shí)施效益體現(xiàn)在如下三個(gè)方面：

(1)提升了電網(wǎng)事故等級(jí)判定準(zhǔn)確率和計(jì)算效率。電網(wǎng)在線事故預(yù)判與處置系統(tǒng)其根本作用是預(yù)判可能出現(xiàn)的電網(wǎng)事故，準(zhǔn)確高效地計(jì)算事故等級(jí)，輔助調(diào)度運(yùn)行決策分析。系統(tǒng)部署實(shí)施兩年來(lái)，成功用于32次電網(wǎng)事故等級(jí)預(yù)判分析，判定結(jié)果準(zhǔn)確，同時(shí)判定效率較人工判定提升超過(guò)80%，大大提高了電網(wǎng)事故等級(jí)判定的準(zhǔn)確率和計(jì)算效率。

(2)提升了電網(wǎng)異常處置能力。當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生設(shè)備缺陷或跳閘后，調(diào)度員必須考慮其他運(yùn)行設(shè)備做進(jìn)一步發(fā)生故障后的應(yīng)急處置。依托本系統(tǒng)，調(diào)度員可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)的計(jì)算分析，在實(shí)施兩年所遇到的事故異常處置中均通過(guò)電網(wǎng)運(yùn)行方式調(diào)整，實(shí)現(xiàn)事故風(fēng)險(xiǎn)降級(jí)，大大提升了電網(wǎng)異常處置能力。

(3)提升了自動(dòng)化應(yīng)用水平。事故異常處置是電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行的核心業(yè)務(wù)。能量管理系統(tǒng)、穩(wěn)控主站和客戶信息管理系統(tǒng)都是為了輔助調(diào)度員運(yùn)行決策。然而在本系統(tǒng)部署實(shí)施前，缺乏有效的應(yīng)用系統(tǒng),圍繞事故處置這一個(gè)核心將上述多個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)整合。本系統(tǒng)的部署實(shí)施大大提升了電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)水平，特別是提高了客戶信息的使用率。

4 結(jié)束語(yǔ)

電網(wǎng)運(yùn)行事故管理要求不斷提升，客觀上要求調(diào)度員在事故處置中必須更加高效和更加準(zhǔn)確地預(yù)判電網(wǎng)事故等級(jí)。為此，本文重點(diǎn)研究了備自投對(duì)事故等級(jí)判定的影響，提出了考慮備自投動(dòng)作的電網(wǎng)運(yùn)行事故等級(jí)預(yù)判方法，并基于該方法部署實(shí)施了電網(wǎng)在線事故預(yù)判與處置系統(tǒng)，在我國(guó)某地區(qū)供電局成功實(shí)施超過(guò)兩年。運(yùn)行效果表明該系統(tǒng)能有效提高電網(wǎng)運(yùn)行事故等級(jí)判定準(zhǔn)確率和計(jì)算效率，對(duì)提升異常處置能力具有顯著效益。