一起電網(wǎng)瓦解事故分析

彭 榕

（新疆天富熱電股份公司電力調(diào)度所，新疆 石河子 832000）

1 事故起因

天業(yè)電網(wǎng)一吊車工作時(shí)與網(wǎng)內(nèi) 110kV 天聚 II線路碰撞，造成天聚II線的B相和光纜損壞。聚乙烯變的 110kV天聚 I、II線距離Ⅰ段保護(hù)均動(dòng)作跳閘，110kV天聚II線（天業(yè)電廠側(cè)）距離III段保護(hù)動(dòng)作跳閘，天辰電廠110kV I、II母母聯(lián)和110kV III、IV母母聯(lián)復(fù)壓閉鎖過(guò)流保護(hù)動(dòng)作跳閘。天辰電廠母聯(lián)1和母聯(lián)2跳開后，電網(wǎng)被分為兩個(gè)系統(tǒng)。

1）系統(tǒng)一

天辰電廠#7、#10機(jī)組通過(guò) 110kV 辰創(chuàng) I、II線、創(chuàng)石I、II線、天石A、B線與天業(yè)電廠#1—#6機(jī)組聯(lián)網(wǎng)，該系統(tǒng)內(nèi)變電站有：創(chuàng)新變、電石變、聚乙烯變。系統(tǒng)一處于孤網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，發(fā)電339MW，用電 400MW，頻率快速下降。

2）系統(tǒng)二

天辰電廠#8、#9機(jī)組通過(guò)110kV辰偉I、II線、和偉I、II線、瑞和I、II線與天能電廠#11、#12機(jī)組聯(lián)網(wǎng)，系統(tǒng)內(nèi)變電站有：110kV偉業(yè)變、和諧變、團(tuán)結(jié)變。系統(tǒng)二通過(guò) 220kV線路 1與省網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)，發(fā)電760MW，用電460 MW，上網(wǎng)251.6MW。由于系統(tǒng)二上網(wǎng)251.6MW，此時(shí)電網(wǎng)穩(wěn)控系統(tǒng)啟動(dòng)。區(qū)域穩(wěn)控動(dòng)作切#6、#7發(fā)電機(jī)組（策略為上網(wǎng)過(guò)功率切機(jī)，定值100MW，動(dòng)作時(shí)限4s），省調(diào)穩(wěn)控系統(tǒng)動(dòng)作斷開220kV聯(lián)絡(luò)線，此時(shí)系統(tǒng)二也為孤網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)。

3）系統(tǒng)主接線如圖1所示

圖1 系統(tǒng)主接線圖

（1）開關(guān)1、開關(guān)2為系統(tǒng)開環(huán)點(diǎn)。

（2）通過(guò)開關(guān)站與省調(diào)聯(lián)網(wǎng)。

2 事故結(jié)果

系統(tǒng)一：孤網(wǎng)后發(fā)電出力小于用電負(fù)荷，區(qū)域穩(wěn)控根據(jù)匹配功率動(dòng)作切除#6、#7機(jī)組（無(wú)法識(shí)別出電網(wǎng)已分為兩個(gè)系統(tǒng)），加劇了該系統(tǒng)內(nèi)的發(fā)電出力用電負(fù)荷的不平衡，低周減載動(dòng)作切除110kV創(chuàng)新變、電石變負(fù)荷后，系統(tǒng)頻率仍嚴(yán)重偏低無(wú)法維持，該系統(tǒng)內(nèi)#1、#2、#3、#4、#5、#10發(fā)電機(jī)組因主汽門關(guān)閉機(jī)組跳閘。系統(tǒng)一最終跨網(wǎng)停電。

系統(tǒng)二：區(qū)域穩(wěn)控動(dòng)作切除系統(tǒng)一#6、#7發(fā)電機(jī)后，未能緩解系統(tǒng)二的上網(wǎng)，最終省網(wǎng)穩(wěn)控系統(tǒng)動(dòng)作斷開220kV聯(lián)絡(luò)線1（策略為過(guò)功率解列上網(wǎng)電機(jī)超速保護(hù) OPC動(dòng)作定值相同，四臺(tái)機(jī)組 OPC定值130MW，動(dòng)作時(shí)限8s），該系統(tǒng)二內(nèi)發(fā)電出力大于用電負(fù)荷，頻率急劇上升，此時(shí)該系統(tǒng)內(nèi)各發(fā)同時(shí)動(dòng)作，等機(jī)組轉(zhuǎn)速降至 3000r/min時(shí)，調(diào)門又同時(shí)開啟，反復(fù)數(shù)次，系統(tǒng)二進(jìn)入“功率振蕩”狀態(tài)，持續(xù)數(shù)分鐘后 #8、#9、#11、#12發(fā)電機(jī)組熱工保護(hù)動(dòng)作跳閘。系統(tǒng)二最終垮網(wǎng)停電。

3 保護(hù)及自動(dòng)裝置動(dòng)作分析

3.1 故障點(diǎn)：110kV天聚II線

3.2 保護(hù)動(dòng)作分析

1）110kV天聚II線光纖差動(dòng)保護(hù)

由于受外力光纜損壞，差動(dòng)保護(hù)未動(dòng)作。

2）110kV 天聚I、II線（聚乙烯變側(cè)）距離保護(hù)I段動(dòng)作：

110kV天聚II線距離保護(hù)I段動(dòng)作正確。

110kV天聚I線距離保護(hù)I段誤動(dòng)。（故障點(diǎn)在相鄰線路）

3）110kV天聚II線（天業(yè)電廠側(cè)）距離III段保護(hù)動(dòng)作

故障在天聚II線，因故障點(diǎn)離電廠側(cè)較遠(yuǎn)屬距離 II段保護(hù)范圍，該線路保護(hù)是許繼 WXH-803 110kV微機(jī)線路保護(hù)裝置，在主保護(hù)拒動(dòng)的情況下，應(yīng)實(shí)現(xiàn)線路不對(duì)稱故障的相繼速動(dòng)功能，以加速距離II段切除故障（經(jīng)核實(shí)不對(duì)稱故障的相繼速動(dòng)未投）。距離保護(hù)III段動(dòng)作延時(shí)0.7s切除故障。

4）天辰電廠110kV母聯(lián)1和母聯(lián)2復(fù)壓閉鎖過(guò)流保護(hù)動(dòng)作

由于自備電廠內(nèi)部電網(wǎng)電源集中，輸電線路較短，故障后短路沖擊電流較大且持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)（距離III段動(dòng)作時(shí)間t=0.7s），而使天辰電廠母聯(lián)1、母聯(lián)2復(fù)壓閉鎖過(guò)流保護(hù)動(dòng)作，導(dǎo)致內(nèi)部電網(wǎng)一分為二，區(qū)域穩(wěn)控因無(wú)法用母聯(lián)狀態(tài)判別電網(wǎng)方式的變化而是按電網(wǎng)正常方式判據(jù)對(duì)應(yīng)策略出口動(dòng)作。

5）區(qū)域穩(wěn)控動(dòng)作切除#6、#7機(jī)組

由于區(qū)域穩(wěn)控按設(shè)計(jì)邏輯和原則無(wú)法做到按天辰電廠母聯(lián)狀態(tài)判別電網(wǎng)方式變化，而是按現(xiàn)有方式判據(jù)和對(duì)應(yīng)策略出口屬按策略動(dòng)作。

6）四臺(tái)機(jī)組超速保護(hù)OPC動(dòng)作

按定值動(dòng)作，但由于定值一致無(wú)階梯配合，造成功率振蕩。

4 事故原因分析

1） 吊車作業(yè)外力破壞110kV天聚II線和光纜是事故發(fā)生的直接原因，致使110kV天聚II線在短路故障情況下主保護(hù)不能動(dòng)作快速切除故障，通過(guò)后備保護(hù)距離保護(hù)III段動(dòng)作來(lái)切除故障點(diǎn)。如此長(zhǎng)時(shí)間的持續(xù)短路電流導(dǎo)致天辰電廠母聯(lián)復(fù)壓過(guò)流保護(hù)動(dòng)作跳閘電網(wǎng)一分為二，同時(shí)因系統(tǒng)一內(nèi)電壓頻率急劇下降，導(dǎo)致很多低壓設(shè)備及廠用電系統(tǒng)設(shè)備跳閘，也是系統(tǒng)一后期機(jī)組跳閘垮網(wǎng)的主要原因。

2）區(qū)域穩(wěn)控裝置由于廠家自身的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)邏輯，無(wú)法配置天辰電廠母聯(lián)跳閘后的方式，使得系統(tǒng)二功率上網(wǎng)越線時(shí)切系統(tǒng)一的機(jī)組；穩(wěn)控裝置廠家防止誤動(dòng)亂動(dòng)的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)原則，在切除#6#7機(jī)組策略出口后不再執(zhí)行策略，使得省調(diào)穩(wěn)控動(dòng)作切除220kV聯(lián)絡(luò)線；系統(tǒng)孤網(wǎng)后，穩(wěn)控裝置無(wú)法做到識(shí)別復(fù)雜的電網(wǎng)狀態(tài)，不再執(zhí)行策略。穩(wěn)控裝置的以上特性，是事故擴(kuò)大的原因之一。

3）系統(tǒng)二內(nèi)機(jī)組超速保護(hù) OPC定值一致，無(wú)階梯配合，使系統(tǒng)二孤網(wǎng)后出現(xiàn)功率振蕩，這是事故擴(kuò)大的原因之一。

4）天辰電廠110kV母聯(lián)1和110kV母聯(lián)2復(fù)壓過(guò)流保護(hù)動(dòng)作跳閘，使電網(wǎng)一分為二。由于穩(wěn)控?zé)o法識(shí)別電網(wǎng)的變化，穩(wěn)控動(dòng)作切除#6#7機(jī)組未達(dá)到應(yīng)有效果，卻適得其反。

5 結(jié)論

1）在重要的、易發(fā)生事故的110kV線路上配置雙套光纖差動(dòng)保護(hù)，采用不同的光纖路由通道，確保電網(wǎng)事故的第一道防線可靠快速動(dòng)作切除故障。

2）退出110kV母聯(lián)1及母聯(lián)2的過(guò)電流保護(hù)。110kV母聯(lián)1和母聯(lián)2過(guò)電流保護(hù)動(dòng)作開關(guān)跳閘（此時(shí)將天業(yè)電網(wǎng)分為系統(tǒng)一和系統(tǒng)二），且區(qū)域穩(wěn)控系統(tǒng)無(wú)法根據(jù)方式的變化執(zhí)行正確切機(jī)、切負(fù)荷策略是導(dǎo)致事故擴(kuò)大，最終使電網(wǎng)瓦解的根本原因；母聯(lián)過(guò)流保護(hù)作為后備保護(hù)，在電廠及變電站內(nèi)相關(guān)設(shè)備主保護(hù)完好并投入的情況下，并結(jié)合電網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行方式、負(fù)荷性質(zhì)建議退出母聯(lián)過(guò)流保護(hù)。這樣在今后發(fā)生類似故障時(shí)可以有效避免電網(wǎng)全黑事故的發(fā)生。

3）穩(wěn)控廠家應(yīng)進(jìn)一步深入研究，充分發(fā)揮穩(wěn)控的功能，針對(duì)此次事故制定相應(yīng)的穩(wěn)控策略和解決辦法。穩(wěn)控策略執(zhí)行判據(jù)一般為電流和功率，由于系統(tǒng)故障，電網(wǎng)被分成系統(tǒng)一、系統(tǒng)二后，因兩個(gè)系統(tǒng)的發(fā)供電負(fù)荷不平衡而導(dǎo)致頻率不同（前面有贅述），如果穩(wěn)控判據(jù)在原有的基礎(chǔ)上增加一個(gè)頻率的輔助判據(jù)，根據(jù)系統(tǒng)一、系統(tǒng)二的頻率，正確的判斷出事故發(fā)生時(shí)電網(wǎng)的運(yùn)行方式，頻率高的系統(tǒng)采取切機(jī)而頻率低的系統(tǒng)采取切負(fù)荷策略，這樣區(qū)域穩(wěn)控裝置就可以有針對(duì)性地采取相應(yīng)的切機(jī)、切負(fù)荷策略，以保證電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

4）結(jié)合各機(jī)組OPC定值允許的上限值，制定出各機(jī)組OPC定值的階梯配合整定原則，防止今后發(fā)生因OPC定值配合不當(dāng)引起的“電網(wǎng)功率振蕩”。

[1] 何仰贊,溫增銀,汪馥英,周勤慧.電力系統(tǒng)分析[M].3版.武漢:華中科技大學(xué)出版社,2002.1.

[2] 崔家佩,孟慶炎,陳永芳,熊炳耀.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)與安全自動(dòng)裝置整定計(jì)算[M].北京:中國(guó)電力出版社,2006.3.