500 kV線路AVC系統(tǒng)電壓調(diào)節(jié)異常的分析與防范

張憲寶

(廣東粵電新會發(fā)電有限公司，廣東 江門 529149)

500 kV線路AVC系統(tǒng)電壓調(diào)節(jié)異常的分析與防范

張憲寶

(廣東粵電新會發(fā)電有限公司，廣東 江門 529149)

介紹了某電廠因監(jiān)控系統(tǒng)AVC程序無功分配值錯(cuò)誤導(dǎo)致的電廠無功電壓控制異常事件?，F(xiàn)場分析了本次事件產(chǎn)生的原因，結(jié)合異常工況的模擬重現(xiàn)并確定了事件發(fā)生的根本原因，最終提出了具體的防范措施，以避免同類事件給機(jī)組帶來系統(tǒng)安全問題和經(jīng)濟(jì)損失。

監(jiān)控系統(tǒng)；AVC程序；無功電壓；防范措施

1 事件經(jīng)過

2014-02-21T16:43:16，某電廠500 kV I、II母電壓由538.5 kV開始上升至549.78 kV，全廠無功功率從-152 Mvar上升至-69 Mvar(2號機(jī)由-76 Mvar升至-38 Mvar，4號機(jī)無功功率由-77 Mvar升至-31 Mvar)，最后經(jīng)人工干預(yù)設(shè)定機(jī)組無功功率，電壓最終恢復(fù)正常。

此次異常事件經(jīng)后續(xù)模擬與排查，發(fā)現(xiàn)由于監(jiān)控廠家在進(jìn)行軟件升級修改時(shí)出現(xiàn)變量未賦值等程序錯(cuò)誤，導(dǎo)致監(jiān)控系統(tǒng)AVC程序無功分配值錯(cuò)誤，從而導(dǎo)致電廠無功電壓控制異常。

1.1 事件前運(yùn)行工況

該廠500 kV母線采用3/2接線方式運(yùn)行，2，4號機(jī)經(jīng)500 kV巖沙線送出(巖平線處于檢修狀態(tài))，1，2，4號主變中性點(diǎn)經(jīng)小電抗接地，6號主變中性點(diǎn)直接接地。2，4號機(jī)PSS裝置均處于投入狀態(tài)，AVC處于電廠當(dāng)?shù)剡\(yùn)行方式，AGC處于當(dāng)?shù)亻_環(huán)運(yùn)行方式。

500 kV巖平線處于檢修階段，電廠2號機(jī)組有功負(fù)荷46 MW，無功-76 Mvar；4號機(jī)組有功負(fù)荷55 MW，無功-77 Mvar；1，6號機(jī)備用，3號機(jī)檢修；500 kV I母電壓538.5 kV，500 kV II母電壓538.6 kV，2臺機(jī)組頻率均為49.98 Hz。事件發(fā)生前，巖平線、巖沙線負(fù)荷情況如表1所示。

1.2 事件動(dòng)作過程

根據(jù)EMS、保護(hù)動(dòng)作信息、相關(guān)調(diào)度及廠站運(yùn)行記錄，動(dòng)作過程如下。

(1) 16:42:41，2號機(jī)AGC設(shè)置為0，處于退出狀態(tài)；16:42:47，4號機(jī)AGC設(shè)置為0，處于退出狀態(tài)；16:43:01，4號機(jī)AGC設(shè)置為1，處于投入狀態(tài)；16:43:18，修改全廠有功定值。

(2) 16:43:16，500 kV I母電壓從正常運(yùn)行電壓538.5 kV開始上升。16:44，500 kV I母電壓超過上限545 kV；2 s后，測值異常，全廠AGC退出，AVC動(dòng)作，全廠AVC退出；16:44:37，500 kV I母電壓升至549.78 kV。

(3) 16:45:37，運(yùn)行人員開始干預(yù)并設(shè)定2，4號機(jī)無功功率；4 s后，I母、II母電壓和全廠無功功率開始下降。

(4) 16:46:28，500 kV電壓頻率測值異常復(fù)歸；2 s后，測值異常全廠AGC退出，AVC復(fù)歸；16:47:26，電壓恢復(fù)至538.1 kV；16:48:00，運(yùn)行人員手動(dòng)投入全廠AVC成功。

表1 事件前巖平線、巖沙線負(fù)荷情況MW

1.3 現(xiàn)象分析

(1) 母線電壓從正常運(yùn)行電壓538.5 kV開始上升至549.78 kV，歷時(shí)1 min 21 s。當(dāng)電壓升至545 kV時(shí)，AVC達(dá)到設(shè)定上限值后退出運(yùn)行，但勵(lì)磁調(diào)節(jié)器仍進(jìn)行增磁，電壓繼續(xù)由545 kV上升至549.78 kV，1 min后經(jīng)運(yùn)行人員手動(dòng)干預(yù)，電壓開始下降至538.1 kV。

(2) 從LCU歷史曲線記錄看，首先對4號機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器進(jìn)行增磁，16 s后對2號機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器也進(jìn)行了增磁，導(dǎo)致母線電壓上升。

(3) 對2，4號機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器檢查時(shí)未發(fā)現(xiàn)故障信息及調(diào)節(jié)記錄，機(jī)組故障錄波器無啟動(dòng)記錄，PMU裝置無錄波記錄。

(4) 16:44:00，監(jiān)控系統(tǒng)有“500 kV電壓頻率測值異常動(dòng)作”及“測值異常退全廠AGC，AVC動(dòng)作”信號。檢查發(fā)現(xiàn)全廠AVC退出(全廠AGC前已按監(jiān)控主機(jī)重啟要求退出)，2段母線電壓逐漸升至549 kV，檢查監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)無任何調(diào)節(jié)指令下發(fā)。

(5) 檢查監(jiān)控系統(tǒng)AVC無功調(diào)節(jié)閉鎖條件為：母線電壓下限為525 kV，上限為545 kV；頻率下限為49.65 Hz，上限為50.75 Hz，越限自動(dòng)退出AVC無功調(diào)節(jié)。

2 事件原因查找和結(jié)論

2.1 現(xiàn)場排查

(1) 事件發(fā)生時(shí)的二次回路現(xiàn)場作業(yè)有：巖平線計(jì)量用電流互感器誤差測試(出現(xiàn)電壓異常時(shí)運(yùn)行人員在做操作準(zhǔn)備，還沒有開始試驗(yàn))；500 kV第3串設(shè)備功能轉(zhuǎn)移控制流程調(diào)試；3號機(jī)電氣部分檢修。這些試驗(yàn)均與母線測量電壓沒有聯(lián)系，經(jīng)分析此類工作也不會引起2段母線電壓升高。

(2) 對母線電壓異常情況進(jìn)行現(xiàn)場檢查分析，未能找到本次母線電壓異常的具體原因。

(3) 根據(jù)現(xiàn)場勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)記錄和機(jī)組故障錄波器啟動(dòng)記錄，初步判定不是勵(lì)磁系統(tǒng)問題。根據(jù)現(xiàn)場發(fā)回的監(jiān)控操作記錄情況，初步判斷是監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)令，而AVC向機(jī)組發(fā)令的可能性最大。因此，通知現(xiàn)場將AVC退出。

2.2 異常工況模擬

監(jiān)控系統(tǒng)廠家針對2014-02-21異常工況進(jìn)行了模擬重現(xiàn)，最終確定了事件發(fā)生的根本原因。

(1) 依據(jù)母線電壓差計(jì)算得知AVC全廠總無功分配值無問題，但將其分配給2號機(jī)組和4號機(jī)組時(shí)，單機(jī)無功分配值不正確。

(2) AVC全廠總無功分配原則為等功率因數(shù)(無功分配值與機(jī)組有功成一定比例)，但在實(shí)際運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)該電站在深度進(jìn)相運(yùn)行時(shí)存在各機(jī)組無功分配不平衡問題。因此根據(jù)實(shí)際情況，該電廠于2011年3月增加了機(jī)組進(jìn)相運(yùn)行的特殊分配策略，即當(dāng)AVC全廠總無功分配值為負(fù)值時(shí)，各機(jī)組的無功分配值按照機(jī)組有功實(shí)際向上調(diào)節(jié)區(qū)間成比例分配。

模擬工況：2014-02-21T16:35，2，4號機(jī)組發(fā)電且參加AVC，有功功率分別為46 MW和55 MW，2，4號機(jī)組有功最大可調(diào)節(jié)值均為310 MW，AVC電壓曲線設(shè)定值為538 kV，I母AB線電壓538.5 kV，II母AB線電壓539 kV。

正常無功分配值的計(jì)算如下所示：

2號機(jī)組無功分配值(單位，Mvar)：

4號機(jī)組無功分配值(單位，Mvar)：

其中：-76是機(jī)組無功實(shí)發(fā)；5是AVC調(diào)壓系數(shù)，單位為Mvar/kV；538是母線電壓設(shè)定值(曲線)；538.5是母線電壓實(shí)測值；(310-46)表示2號機(jī)組有功向上調(diào)節(jié)范圍，(310-55)表示4號機(jī)組有功向上調(diào)節(jié)范圍。

(3) 按照該算法，機(jī)組的無功分配值在正常情況下無問題。但檢查AVC的分配子程序時(shí)，發(fā)現(xiàn)中間變量Ptmpdelta在申請變量后、使用前沒有賦初始零值，造成計(jì)算公式演變成如下形式。

2號機(jī)組無功分配值(單位，Mvar)：

4號機(jī)組無功分配值(單位，Mvar)：

由于Ptmpdelta沒有賦初始零值，雖然在絕大部分情況下其值為0，但在某些特殊工況(如增加6號機(jī)組的AGC/AVC配置，即增加了參數(shù)個(gè)數(shù)和數(shù)組規(guī)模)下，Ptmpdelta可能為正值。

(4) 在模擬2014-02-21工況時(shí)，通過在程序中申請變量后打印Ptmpdelta數(shù)值，發(fā)現(xiàn)Ptmpdelta數(shù)值大小不定，造成機(jī)組無功分配值出現(xiàn)異常。

根據(jù)分配公式，當(dāng)Ptmpdelta為負(fù)值時(shí)，2，4號機(jī)組無功分配值將比實(shí)際分配的數(shù)值要小(絕對值則是大)；而當(dāng)Ptmpdelta為正值時(shí)，2，4號機(jī)組無功分配值將比實(shí)際分配的數(shù)值要大(絕對值則是小)。因此，當(dāng)Ptmpdelta為隨機(jī)負(fù)數(shù)時(shí)，即可解釋模擬工況的現(xiàn)象；Ptmpdelta為隨機(jī)正數(shù)時(shí)，即可解釋母線電壓異常升高現(xiàn)象。

3 整改措施

(1) 完善監(jiān)控程序設(shè)計(jì)和測試環(huán)節(jié)。在使用Ptmpdelta的程序段時(shí)，首先要賦予Ptmpdelta的初值為0，以消除機(jī)組無功分配值可能偏大或偏小的bug；其次要求廠家全面排查AGC及AVC代碼，確保涉網(wǎng)程序代碼不存在類似問題。

(2) 增加監(jiān)控系統(tǒng)動(dòng)作指令輸出監(jiān)視功能，以便于系統(tǒng)運(yùn)行異常后進(jìn)行分析。

(3) 加強(qiáng)入網(wǎng)設(shè)備管理，做好及時(shí)報(bào)送入網(wǎng)設(shè)備相關(guān)材料的審批及備案工作。原則上不允許未經(jīng)嚴(yán)格測試的代碼在現(xiàn)場運(yùn)行。若現(xiàn)場更改代碼，必須經(jīng)過供應(yīng)商嚴(yán)格的程序?qū)徍撕蜏y試程序，并由供應(yīng)商蓋章認(rèn)可。

(4) 電廠需完善現(xiàn)場運(yùn)行規(guī)程，明確AGC、AVC等程序異常退出運(yùn)行后的核查和事故處理原則。當(dāng)原因未查明時(shí)，不得擅自投入有關(guān)功能，避免出現(xiàn)不可控事件。

(5) 加強(qiáng)PMU等涉網(wǎng)自動(dòng)化設(shè)備的相關(guān)技術(shù)培訓(xùn)，不斷提高專業(yè)技術(shù)人員分析和解決實(shí)際問題的能力，以防止AVC、AGC等自動(dòng)控制功能退出后運(yùn)行人員無法正常實(shí)施調(diào)控。

4 結(jié)束語

AVC監(jiān)控系統(tǒng)在電廠中得到廣泛應(yīng)用，該系統(tǒng)通過AVC的執(zhí)行終端向勵(lì)磁調(diào)節(jié)器發(fā)出控制信號，以增減勵(lì)磁調(diào)節(jié)器電壓的給定值來改變發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流，進(jìn)而調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)無功出力，使其維持在電網(wǎng)電力調(diào)度通信中心下達(dá)的電壓指令(或無功指令)附近，實(shí)現(xiàn)電壓無功自動(dòng)調(diào)控。但在實(shí)際應(yīng)用中，調(diào)控指令軟件方面仍存在缺陷。

通過對該異常運(yùn)行事故的分析與現(xiàn)場排查，證明設(shè)備本體和產(chǎn)品軟件對安全生產(chǎn)有重要影響，設(shè)計(jì)瑕疵或修改升級均會給設(shè)備安全運(yùn)行埋下隱患。此次事故后，該電廠對機(jī)組相關(guān)設(shè)備的監(jiān)控軟件管理缺陷進(jìn)行了整改。截至目前未再發(fā)生此類事故，徹底消除了發(fā)電和電網(wǎng)的安全隱患。

1 唐杰陽，陳飛翔，張 強(qiáng)，等．基于輔助服務(wù)的機(jī)組無功優(yōu)化分配[J]．水電自動(dòng)化與大壩監(jiān)測，2012(3).

2 周宇華，翟偉翔，馬 平．火電廠自動(dòng)電壓控制(AVC)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)[J]．電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2012(9).

3 唐建惠，張立港，趙曉亮．自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)(AVC)在發(fā)電廠側(cè)的應(yīng)用[J]．電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2009(4).

4 龔文強(qiáng)，陳曉強(qiáng)，陳海清．惠州液化天然氣電廠無功電壓自動(dòng)控制裝置的應(yīng)用[J]．廣東電力， 2011(6).

5 王 瑋．電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)遙控操作防誤研究[J]．電力安全技術(shù)，2014(3)．

2014-07-26。

張憲寶(1986-)，男，工程師，主要從事電力系統(tǒng)繼電保護(hù)工作，email：huagong2010@yeah.net。