陜北區(qū)域電網(wǎng)安全穩(wěn)定自動控制系統(tǒng)分析

摘要：現(xiàn)代電力系統(tǒng)的實時性及其復雜性使得對電力系統(tǒng)可靠性、安全性的要求達到了一個空前的高度。在電力系統(tǒng)裝設(shè)安全穩(wěn)定緊急控制裝置，是提高電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定性、防范電網(wǎng)穩(wěn)定事故、防止發(fā)生大面積停電事故的有效措施。安全穩(wěn)定控制裝置是維持電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定和可靠運行必不可少的第2道防線和第3道防線。同時也應(yīng)注重安全穩(wěn)定系統(tǒng)的檢查及維護，避免系統(tǒng)拒動或誤動。

關(guān)鍵詞：安全穩(wěn)定控制裝置；可靠性、安全性；維護

作者簡介：李國鋒（1982-），男，陜西神木人，神華國能（神東電力）集團郭家灣電廠生產(chǎn)技術(shù)部電氣A級主管，助理工程師。（陜西

府谷 719408）

中圖分類號：TM761 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）09-0255-02

電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行與否直接關(guān)系到國計民生，電網(wǎng)相應(yīng)的安全穩(wěn)定保障措施也在不斷完善?？傮w來講，保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定有三道防線，即：快速可靠的繼電保護，有效的預防性控制措施，確保電網(wǎng)在發(fā)生常見的單一性故障時能保持電網(wǎng)的穩(wěn)定運行；采用穩(wěn)定控制裝置及切機、切負荷等緊急控制措施，確保電網(wǎng)在發(fā)生概率較低的嚴重故障時能維持穩(wěn)定運行；設(shè)置失步解列、頻率及電壓緊急控制裝置，當電網(wǎng)遇到概率較低的多重嚴重故障而穩(wěn)定性被破壞時，切除故障，防止大面積停電。

一、陜北電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)分析

陜北電網(wǎng)主網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。陜北電網(wǎng)發(fā)用電嚴重不平衡，截至2012年底，陜北電網(wǎng)共建成投運2座750kV變電站及11座330kV變電站，變電總?cè)萘繛?760兆伏安，其中，750kV變電容量為4200兆伏安、330kV變電容量為4560兆伏安。電源方面以火電裝機為主，接入的主要電廠有：清水川電廠（2×300MW）、郭家灣電廠（2×300MW）、神華電廠（2×110MW）、上河電廠（2×135MW）等，總裝機容量為2025MW。另外，在靖邊地區(qū)還投運了一些風電、光伏等新能源電站，總裝機容量為196MW，均通過330kV統(tǒng)萬變接入電網(wǎng)。負荷方面近年來雖然增長迅猛，但總體而言仍遠小于區(qū)內(nèi)電源裝機容量，2012年榆林電網(wǎng)年均負荷僅為784MW、延安電網(wǎng)年均負荷約617MW，陜北電網(wǎng)整體上呈現(xiàn)出力嚴重過剩的局面，日均富裕電力約620MW，需向關(guān)中主網(wǎng)大量送電進行消納。陜北至關(guān)中地區(qū)輸電線路長達600km，電網(wǎng)穩(wěn)定問題較為突出。2013年，雙河電廠投運后，陜北電網(wǎng)送出受阻問題更加嚴重，送出主要受阻于“750kV橫洛雙回+330kV橫綏雙回+統(tǒng)延”斷面N-2動穩(wěn)水平的限制。神華神東電力郭家灣電廠地處陜北電網(wǎng)最末端，電量送出受限更加嚴重，其中2010～2012年郭家灣電廠讀機組出力系數(shù)分別為62.94%、63.89%、61.28%，生產(chǎn)經(jīng)營成本較大。

陜西關(guān)中地區(qū)用電負荷需求較大，在某些時間段甚至有拉閘限電的現(xiàn)象，因此，提高陜北電量外送能力就顯得尤為必要。為解決陜北電網(wǎng)送出受阻問題，陜西電力公司組織實施了穩(wěn)控切機措施，以提高陜北電網(wǎng)送出能力，保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行，即在750kV榆橫變和洛川變，330kV榆林、神木、統(tǒng)萬、朱家變以及雙河、清水川、郭家灣等發(fā)電廠配置了穩(wěn)控裝置，并通過雙路2M光纖通道將上述穩(wěn)控裝置相聯(lián)，構(gòu)成區(qū)域型安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)（見圖2）。

陜北電網(wǎng)穩(wěn)控系統(tǒng)投入運行后，“750kV橫洛雙回+330kV橫綏雙回+統(tǒng)延”斷面的動穩(wěn)極限將由950MW提高至1550MW，“330kV榆橫+榆龍”、“330kV當榆雙回”、“330kV神當雙回”等斷面的熱穩(wěn)極限最大可提高至1400MW，送出受阻問題得到顯著緩解。同時，郭家灣電廠發(fā)電外送能力也得到了改善。為滿足陜北電網(wǎng)穩(wěn)控系統(tǒng)的工作要求，郭家灣電廠配備有雙套安全穩(wěn)定控制裝置，其主要功能包括以下幾個方面：

1.高頻切機功能

當裝置檢測到系統(tǒng)頻率（330kV母線電壓的頻率）升高時，可根據(jù)當時機組的出力與允切情況選切相應(yīng)的機組。郭家灣電廠高頻功能共分為告警和動作切機輪，其中動作輪可由功能控制字單獨投退。當頻率≥告警定值，延時一定時間發(fā)高頻告警信號；當頻率≥動作定值，延時一定時間切除本廠“允切壓板投入”且出力最大的一臺運行機組。

2.接收榆林變遠切命令功能

接收并執(zhí)行榆林變發(fā)來的遠切命令。

3.母線頻率上送功能

為便于榆林變判孤網(wǎng)高頻切機，將本廠母線頻率（兩段母線投運且電壓均正常時，取兩段母線頻率較小值；其中一段母線檢修或電壓異常取另一母線頻率；兩段母線均檢修或電壓均異常則置為0）上送至榆林變。

4.機組信息上送功能

測量本廠兩臺機組的運行工況，將發(fā)電機出口電流、電壓、330kV母線電壓、外送線路電流、電壓等信號上送至榆林變安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)主站。

5.各種功能投退及告警

裝置有安穩(wěn)切機允許壓板、總功能壓板、機組檢修壓板、通訊通道壓板、高頻切機投退壓板等，通過壓板的通斷可以實現(xiàn)相應(yīng)保護及自動功能的投退。同時，裝置輸出三組中央信號：一是本地中央信號，包括裝置動作信號、通道中斷信號、系統(tǒng)異常信號、裝置異常信號、直流電源消失；二是遠傳信號，包括裝置動作信號、通道中斷信號、系統(tǒng)異常信號、裝置異常信號、直流電源消失；三是啟動錄波信號，包括一對裝置動作信號接點，可以供裝置動作后啟動故障錄波器用。

郭家灣電廠與清水川電廠將穩(wěn)控信息上送至榆林安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)主站，通過榆林主站安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)對各廠站上送信息進行智能判斷，可在0.2s內(nèi)切除清水川、郭家灣兩座電廠總出力不小于需要切除量的若干臺機組，保證電網(wǎng)的穩(wěn)定性。

二、存在的問題及控制措施

任何事物皆有兩面性，發(fā)電廠安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)也是一樣，在增加了電網(wǎng)末端廠站電量外送能力的同時，也給各廠站帶來了一些安全隱患，需要采用相應(yīng)的控制措施。

1.存在的問題

（1）電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)的正常運作需要陜西區(qū)域內(nèi)各個廠站正確的信息上傳和主站軟件的正常運行來保障。作為一套分析判斷系統(tǒng)，每一路信號的正確與否都會對全網(wǎng)的運行方式產(chǎn)生影響，各廠站在安排部分涉網(wǎng)設(shè)備檢修停運時，需輔助以大量的安全控制措施，給電網(wǎng)調(diào)度部門及廠站執(zhí)行部門帶來了困難。

（2）如果主站控制系統(tǒng)軟件或硬件出現(xiàn)故障，會導致裝置誤動作出口切機，將造成大面積的電網(wǎng)停電。

（3）廠站內(nèi)部需將大量電氣量接入安全穩(wěn)定控制裝置，同時將安全穩(wěn)定裝置出口跳閘回路引接至高壓斷路器控制箱，電纜敷設(shè)量大、距離較長，易造成由于電纜絕緣故障而引發(fā)的發(fā)電機組跳閘事故。

（4）神華神東電力郭家灣電廠裝機容量為2×300MW，鍋爐為哈爾濱鍋爐廠首臺300MW級循環(huán)流化床鍋爐，電廠處于陜西電網(wǎng)末端，按照控制要求在事故情況下，電廠機組是安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)首切的對象，在極端狀況下，電廠存在電廠兩臺機組同時被系統(tǒng)切除的風險。循環(huán)流化床機組雙機停運后，啟動氣源及冬季供暖問題將凸顯。

2.控制措施

（1）各廠站要嚴格按照陜西省調(diào)度部門下發(fā)的運行管理規(guī)定編制各自的系統(tǒng)運行規(guī)程，在進行設(shè)備停服役操作及機組設(shè)備狀態(tài)轉(zhuǎn)換時，要依據(jù)運行規(guī)程開具相應(yīng)的操作票，在操作過程中要與調(diào)度部門進行申請匯報，保證操作的準確性、正確性。同時，要按照調(diào)度部門的安排，對安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)開展聯(lián)合調(diào)試工作。在電網(wǎng)各種工況下，要對廠站的安全穩(wěn)定裝置動作情況進行逐一試驗，以保證整個系統(tǒng)的完備性及準確性。

（2）定期對安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)進行試驗，可將各廠站安全穩(wěn)定控制裝置投入信號狀態(tài)，通過主站模擬相應(yīng)的邏輯，開展靜態(tài)試驗，對各個電氣量進行檢查，有必要者可要求裝置廠家技術(shù)人員進行現(xiàn)場支持，以確保信號傳輸?shù)臏蚀_性。同時，各個廠站利用機組檢修機會，對各自安全穩(wěn)定控制裝置聯(lián)跳機組斷路器功能進行動態(tài)傳動實驗，保證各廠站安全穩(wěn)定裝置出口的可靠性。

（3）各廠站將安全穩(wěn)定控制裝置輸出的中央信號接入控制室或值班室，在裝置告警或動作時，可及時發(fā)現(xiàn)，并組織處置，以保證安全穩(wěn)定系統(tǒng)運行可控、在控。

（4）制定電纜檢查管理制度，定期對廠站電纜溝及電纜橋架進行檢查整治，防止電纜溝內(nèi)進水凍結(jié)、小動物破壞、異物劃破或被熱力管道燙傷而導致絕緣降低，以至于安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)誤出口動作，造成機組非計劃停運。同時，利用機組檢修停運的機會，對所屬系統(tǒng)的信號電纜及控制電纜進行絕緣測試，以保證電纜絕緣、可靠。

（5）郭家灣電廠位于陜北電網(wǎng)的末端，在安全穩(wěn)定控制邏輯中，有雙機被切除的可能，對于循環(huán)流化床機組，兩臺機組被同時切除后，鍋爐啟動蒸汽源及冬季設(shè)備防凍問題將非常嚴峻。故郭家灣電廠應(yīng)對運行規(guī)程進行完善，在單臺機組運行的情況下可申請調(diào)度部門退出另外一臺機組的安穩(wěn)切機功能，保證單機穩(wěn)定運行，但退出安穩(wěn)切機功能后，將造成機組降負荷至電網(wǎng)穩(wěn)定限度以下。

（6）加強人員培訓，不斷提高操作及維護人員的技能水平。積極組織各種應(yīng)急演練，確保事故處置得當有效。

三、結(jié)論

陜北區(qū)域安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)的投運，大大增加了電網(wǎng)斷面的電量外送能力，提高了末端電廠的機組負荷率，但在某些極端狀況下，也會切除電網(wǎng)末端電廠的發(fā)電機組。作為發(fā)電企業(yè)，發(fā)電量是盈利的基礎(chǔ)，在享受電網(wǎng)改造帶來的額外負荷的同時，也應(yīng)大力整治廠內(nèi)主輔機設(shè)備，提高設(shè)備可靠性，保證機組的穩(wěn)定運行，全力配合調(diào)度部門的工作，共同營造和諧的廠網(wǎng)關(guān)系，實現(xiàn)共贏。

（責任編輯：孫晴）