電網事故處理優(yōu)化決策分析

王燦林，陳浩

(國網湖南省電力公司，湖南 長沙 410007)

電網事故處理優(yōu)化決策分析

Analysis on optimization decision of power grid accident disposal

王燦林，陳浩

(國網湖南省電力公司，湖南 長沙 410007)

分析電網事故處理中優(yōu)化決策的基本原則，通過典型事故處理實例驗證在電網事故處理中的采用優(yōu)化決策的可行性。優(yōu)化決策可以在保證電網安全穩(wěn)定前提下，最大限度減輕電網事故產生的后果。

電網；事故處理；優(yōu)化決策；穩(wěn)定

電網事故處理的難點不是事故后電網已進入恢復狀態(tài)時的處理，而是預防事故發(fā)生時的警戒狀態(tài)或事故發(fā)生后有可能繼續(xù)擴大事故影響緊急狀態(tài)時的優(yōu)化決策分析。文中通過對電網事故處理優(yōu)化決策方案進行探討，并結合幾起事故處理優(yōu)化決策案例進行分析。

1 電網事故處理優(yōu)化決策基本原則

在電網事故處理過程中經常會面臨兩難決策:一方面大面積限負荷可能直接導致電網事故，另一方面采用非常的事故處理手段可能不完全符合相關專業(yè)技術人員提前制定的規(guī)范要求。作者認為可以基于以下4個基本原則來考慮事故處理方案:

1)提前預控:對實時電網薄弱環(huán)節(jié)充分分析，提前做好電網事故處理預案，為電網事故處理提供決策基礎。

2)事故后果分析:分析不同事故處理方案可能導致的最嚴重后果，在事故處理中，應采用可能導致的最嚴重后果中的較小方案進行決策，事故后果分析為電網事故處理提供決策方向。

3)電網實時分析:目前幾乎所有省級電網的EMS系統(tǒng)都具備電網在線安全分析計算工具〔1－2〕。在電網異常或事故情況下，調度值班員應充分利用該工具對電網進行在線分析，在線分析結果可以作為調度值班員緊急情況下事故處理的參考依據。

4)專業(yè)技術支持:調度值班員在事故處理中，應充分借鑒專業(yè)技術支撐力量進行輔助決策。同時結合專業(yè)技術支撐人員意見進行決策。

2 電網事故處理優(yōu)化決策方法

2.1 繼電保護決策

湖南電網220 kV繼電保護和安全自動裝置現(xiàn)場運行導則要求，220 kV線路需至少維持1套全線速動線路保護運行〔3－4〕，但在實際工作中，因為各種原因會導致線路無法滿足全線速動保護要求。此時按照導則要求，需要停運線路。但對于線路停運將造成電網方式改變或者造成地區(qū)大面積限電的情況下，則需要進行綜合決策:

1)交流二次電壓告警

如果線路保護不能正確動作，處理方法之一是拉停該線路，再操作事故側的線路停電倒閘至另一段母線，若該線路不具備停電條件，調度值班員決策如下:

處理方法1:若可以進行代開關操作，令線路兩側變電站運維人員趕往現(xiàn)場，進行代開關操作，代開關過程中繼電保護方案將短時失配。

處理方法2:調整該線路保護不帶方向的后備保護定值，如零序電流、過流定值、時限等。

2)終端線路雙套快速保護都不能運行

一般情況下可以選擇轉移或限制終端站負荷，拉停該線路，若該線路不具備停電條件，決策如下:

處理方法1:若該線路有高頻保護，犧牲高頻保護的選擇性，考慮終端線路高頻保護投單側。

處理方法2:若該線路兩套都為光纖保護，調整對側變電站線路保護后備保護定值。

2.2 電網穩(wěn)定決策

1)線路穩(wěn)定接近極限

調度值班員可直接控制受端負荷或控制送端出力減輕線路斷面潮流，但此方法一般是在其他手段用盡后才采用。在電網運行中，90%的線路穩(wěn)定極限為熱穩(wěn)定極限，調度值班員應提前掌握該線路穩(wěn)定極限的性質，是屬于暫態(tài)穩(wěn)定、靜態(tài)穩(wěn)定、熱穩(wěn)極限其中的哪一種，再進行決策:

處理方法1:對于暫態(tài)穩(wěn)定或靜態(tài)穩(wěn)定要求，調度值班員可以采用在線安全穩(wěn)定工具實時對全網進行掃描計算，確定在當前電網是否存在暫態(tài)穩(wěn)定問題再進行決策。

處理方法2:若是熱穩(wěn)極限穩(wěn)定問題，應了解線路熱穩(wěn)極限電流及當前環(huán)境溫度，常規(guī)穩(wěn)定的熱穩(wěn)極限留有一定裕度，事故情況下，可以按照導線熱穩(wěn)極限電流來控制。

2)開機方式不滿足要求

對于極小開機方式運行的電網，調度值班員應提前做好事故預案，應充分利用在線安全穩(wěn)定工具對實時電網進行安全掃描，提前做好預控。事故發(fā)生時，可根據事故預案及在線安全穩(wěn)定掃描結果，并征求專業(yè)技術人員意見，對事故后的穩(wěn)定要求及時進行變更，盡量減少區(qū)域限電。

2.3 電網方式變更決策

當調度值班員面臨電網事故且可能導致大面積限電的情況下，應通過計算分析，優(yōu)化調整電網方式，盡量減少事故影響。

1)電磁環(huán)網合解環(huán)

電磁環(huán)網因為短路電流超標或功率超穩(wěn)定極限原因需要合解環(huán)，電磁環(huán)網有一定弊端〔5－6〕，在事故處理中，可以根據電網實際情況，對電磁環(huán)網合解環(huán)的弊端以及不進行合解環(huán)的電網事故后果進行分析決策，若事故后果在可控范圍內，則不需對電磁環(huán)網進行方式調整，若事故后果較重，則可對電磁環(huán)網進行合解環(huán)方式調整來減少事故影響。

2)母線方式分裂運行

母線方式一般按照預先下達的正常方式運行，但在事故情況下，可以通過變更變電站母線方式，改變電網輸電斷面的傳輸阻抗，從而達到控制斷面潮流的目的。

2.4 電網事故后恢復決策

調度規(guī)程要求，線路跳閘送電時，需線路兩側變電站的運行人員到達現(xiàn)場進行仔細檢查后，確認設備是否具備送電條件再考慮線路強送電〔4〕。但特殊情況下，如電網結構可能會進一步薄弱造成事故擴大或線路跳閘導致區(qū)域大面積限電時，調度值班員應該考慮線路跳閘后遠方試送。目前國家電網公司已經研究并發(fā)布了線路跳閘遠方試送規(guī)定〔7〕，但暫時還未寫入省級調度規(guī)程。因此調度值班員在緊急事故下，應充分利用監(jiān)控平臺信號，按照國網公司下發(fā)的遠方試送規(guī)定對線路跳閘進行遠方試送，線路試送應優(yōu)先考慮從大電源側進行強送。

3 事故處理決策實例

3.1 保護決策

案例1:某日，某500 kV樞紐變電站220 kVⅠ段母線6×14TV二次快分開關跳開，Ⅰ段母線4條重要220 kV聯(lián)絡線線路主保護全部告警，220 kV母線保護發(fā)TV斷線告警異常，經現(xiàn)場檢查，未發(fā)現(xiàn)TV明顯異常，現(xiàn)場運維人員懷疑二次側電壓高導致二次空開跳開，申請試合一次6×14TV二次快分開關，根據現(xiàn)場運維規(guī)程，要求退出該TV影響的所有電壓相關保護，方可試合一次。

因所有線路保護二次交流電壓全部消失，線路保護已經不可靠。如果將所有Ⅰ段母線的相關線路事故停運，線路停運后再依次倒閘運行于另一段，此方法倒閘操作量巨大。且當時220 kV聯(lián)絡線潮流重載，并不具備停運條件，若停運，需限制地區(qū)部分負荷，預計總的事故處理時間超過3 h。

決策分析:若220 kV聯(lián)絡線不能馬上事故停運，線路保護將一直失配，若此時220 kV聯(lián)絡線發(fā)生線路故障，該500 kV變電站220 kV部分將全部失壓。因此首先需考慮220 kV線路保護盡快恢復正常運行。短時單側退出相關縱聯(lián)保護的最嚴重后果是導致線路保護誤動。經詢問現(xiàn)場天氣，告知現(xiàn)場天氣良好，調度值班員最終同意現(xiàn)場短時退出該500 kV樞紐站220 kVⅠ段母線上相關聯(lián)絡線的電壓相關保護，并同意站內試合TV二次快分開關，試合成功后，迅速恢復了站內所有保護，處理時間10 min。

事故后分析:調度值班員承擔了一定風險，但相比廠站全站失壓，調度值班員的處理風險更小，將事故后的影響控制在最小。

案例2:某日，220 kV終端廠站A站的AB線路唯一運行的1套高頻保護裝置告警，220 kV終端廠站A站供某縣級市70%的負荷，且無法轉走。

此時線路無全線快速保護運行，如果將線路退出運行，220 kV終端站A站需事故停電，后果將造成某縣級市損失70%的負荷，按照國務院599令規(guī)定，將造成三級電網事故〔8〕。為了避免事故，調度值班員仔細決策后，考慮了2種方案:退出終端站A站AB線路220 kV高頻保護，考慮AB線路的高頻保護投單側；退出AB線路兩側高頻保護，將B站AB線路距離保護、零序保護調整時限及定值。經詢問，當時該縣級市天氣情況并不好，有打雷下雨情況，若高頻保護投單側，當A站110 kV線路跳閘時，可能導致AB線路越級跳閘，而對于第2種方案，只要110 kV線路正確動作，則不會造成AB線路跳閘，最終與專業(yè)技術人員協(xié)商，采取第2種方案，確保了A站負荷正常供電。

3.2 電網穩(wěn)定決策

案例1:甲、乙2條線路供某地級市供電，該地區(qū)負荷正常情況下不超230 MW，甲、乙2條線路線型都為LGJ－400線路，穩(wěn)定按照N－1要求，甲、乙兩回線路按照250 MW控制潮流。某日，天氣溫度驟降，導致當日該地區(qū)負荷接近300 MW，當時該地區(qū)小水電都已經帶滿，若嚴格按照250 MW控制潮流，則需要在該地區(qū)限電50 MW，調度值班員考慮當時為冬季，環(huán)境溫度較低 (環(huán)境溫度低于25℃)，且根據 《電力安全手冊》，LGJ－400導線安全電流為 875 A〔9〕，熱穩(wěn)定功率可達330 MW，經與穩(wěn)定專責協(xié)商，建議甲、乙線路按照300 MW控制，穩(wěn)定專責采納了調度值班員決策，從而避免了在該地區(qū)事故限電。

案例2:根據穩(wěn)定要求，某區(qū)域最小開機方式為:當該區(qū)域220 kV主變下網超4 000 MW時，220 kV并網火電機組需至少保持3臺。某日，該區(qū)域220 kV主變下網接近5 000 MW，該區(qū)域并網火電機組僅3臺，為最小開機方式，當日，3臺火電機組其中1臺跳機，按照穩(wěn)定要求，則220 kV主變下網負荷需控制在4 000 MW，在該區(qū)域大面積限電。

調度值班員在火電機組跳機后，第一時間開出該區(qū)域的某220 kV水電廠所有備用機組，并留一定旋轉備用，同時令該區(qū)域所有小水電機組頂峰，及時將該火電機組跳機情況告知穩(wěn)定專責，并啟動在線安全穩(wěn)定工具對實時電網進行安全掃描，及時關注該火電機組事故跳機后恢復情況，第一時間要求該區(qū)域其他備用機組準備開機。通過在線穩(wěn)定分析計算，在當前電網潮流情況下，電網無穩(wěn)定問題，后經穩(wěn)定專責計算，若該水電廠2臺水電機組并網，且220 kV并網火電機組超過2臺，該區(qū)域220 kV主變下網可按照不超5 500 MW控制，避免了一起盲目的區(qū)域大面積限電。

3.3 電網結構方式變更

案例1:如圖1所示，A，B，C，D均為500 kV變電站，E為220 kV變電站，箭頭方向為當時潮流方向，甲、乙、丙為3個500 kV變電站的供電區(qū)域，500 kV線路BC線路與220 kV甲—E—乙線路形成電磁環(huán)網，甲丙Ⅰ，Ⅱ回線路連接甲、丙2個供電區(qū)。某日，甲丙雙回線路超穩(wěn)定極限，但D變電站2臺主變下網潮流還具備一定備用空間，若按照常規(guī)事故處理方法，則需要在丙區(qū)域進行事故限電，直到甲丙線路不過載。經在線安全分析工具計算，若220 kV甲—E—乙線路在乙側開環(huán)，則甲丙雙回線路潮流減輕，D站2臺主變下網增加，D站2臺主變也不會過載，可以避免在丙區(qū)域事故限電。據此形成了操作建議且被最終采納，開環(huán)后，該區(qū)域避免了大面積限電。

圖1 電磁環(huán)網合解環(huán)實例

案例2:如圖2所示，A為某500 kV變電站，供甲、乙2個區(qū)域，其中乙區(qū)域由4回220 kV線路B—乙Ⅰ，Ⅱ線以及甲乙Ⅰ，Ⅱ線供電，B為某220 kV發(fā)電廠，此時B電廠2臺機全開，因電網結構原因，B—乙Ⅰ，Ⅱ線一直重載，而甲乙Ⅰ，Ⅱ線相對較輕。某日，B—乙Ⅰ，Ⅱ線潮流已接近穩(wěn)定極限，且A廠2臺主變也已經接近極限。通過在線安全工具分析后，決策如下:若停B廠站機組，可以調整B—乙Ⅰ，Ⅱ線潮流不過載，不過A廠站主變將過載，導致甲、乙2個地區(qū)都限電，若在B廠站進行了母線開環(huán)，既可以保證A廠站不過載，且因為甲—B—乙線路增加了線路阻抗，使得甲乙Ⅰ，Ⅱ線路潮流增加，B—乙Ⅰ，Ⅱ線路潮流減輕，既可以保障A站主變不過載，又可以保證B—乙Ⅰ，Ⅱ線路不過載，最終采取了在B廠站開環(huán)運行的措施，避免了在乙區(qū)域的事故限電。

3.4 電網事故后恢復

某日，天氣情況雷雨，A區(qū)域由2回220 kV聯(lián)絡線BC，EF線路供電，BC線路跳閘后，造成A區(qū)域僅由EF線路單供，調度值班員根據熱穩(wěn)極限，控制了區(qū)域100 MW負荷。在此惡劣天氣情況下，兩側運維人員到達現(xiàn)場需1.5 h，如果待現(xiàn)場檢查跳閘設備是否具備試送條件，將可能耗費較長的時間。但線路跳閘后需盡快送電，否則若EF線路繼續(xù)跳閘，將造成A區(qū)域全部停電，引發(fā)電網事故。經利用監(jiān)控信息平臺，分析BC線路跳閘時的保護數(shù)據以及BC線路兩側變電站是否有其他告警信號，判斷該故障在線路保護范圍內，故障為雷擊的可能性較大，決定在B側由監(jiān)控員對線路強送一次，送電正常后在C側合環(huán)，及時恢復了A區(qū)域的供電。事故處理總用時10 min，確保了電網的安全供電。

4 結語

從事故處理的決策思路可以看出，調度值班員首先需具備扎實的專業(yè)技術基礎，對電網運行及穩(wěn)定有較深的認識，在事故處理中，應充分利用現(xiàn)有的調度自動化在線安全分析工具。同時，在事故處理中，需充分結合電網實際情況，考慮電網事故處理的優(yōu)化決策方案，并結合專業(yè)技術人員的意見，做到事故處理時盡快限制事故的發(fā)展，盡量減小事故造成的影響。

〔1〕張思遠，陳浩，李京.省級電網在線安全穩(wěn)定分析系統(tǒng)的建設與應用 〔J〕.通訊世界，2013.(12):94-96.

〔2〕金明亮，賴宏毅，劉志成.2013年中國電機工程學會年會論文集 〔C〕//在線安全穩(wěn)定分析系統(tǒng)在華中電網的應用研究.成都:中國電機工程學會，2013.

〔3〕湖南省電力公司.湘電公司 (2010)576號湖南電網220 kV繼電保護和安全自動裝置現(xiàn)場運行導則 〔S〕，2010.

〔4〕湖南省經濟委員會.湖南電力調度規(guī)程 〔S〕.2007.

〔5〕成濤，成連生.電力系統(tǒng)的電磁環(huán)網運行 〔J〕.湖南電力，2001，21(5):3-5.

〔6〕張斌，王振宇.湖南2002年500/220 kV電磁環(huán)網解環(huán)對系統(tǒng)穩(wěn)定的影響 〔J〕.湖南電力，2001，21(B05):27-29.

〔7〕國家電網公司.國家電網公司故障停運線路遠方試送管理規(guī)范(暫行) 〔S〕.2014.

〔8〕中華人民共和國國務院.國務院令第599號電力安全事故應急處置和調查處理條例 〔S〕.2011.

〔9〕電力安全手冊 〔S〕.北京:中國電力出版社，1997.

10.3969/j.issn.1008-0198.2015.02.008

TM711.2

B

1008-0198(2015)02-0029-04

王燦林(1983)，男，漢族，湖南長沙人，碩士研究生，高級工程師，主要從事調度運行工作。

2014-12-10 改回日期:2014-12-30

陳浩(1974)，男，漢族，湖南常德人，碩士研究生，高級工程師，主要從事調度運行管理工作。