穩(wěn)定控制系統(tǒng)在孤網(wǎng)運(yùn)行發(fā)電廠中的運(yùn)用探討

徐國瓏

摘 要：文章通過工程實(shí)例，分析當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)故障時(shí)，鋼廠與主網(wǎng)脫離轉(zhuǎn)入孤網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)下，利用穩(wěn)控裝置立即聯(lián)切部分負(fù)荷，能使孤網(wǎng)運(yùn)行的發(fā)電功率與負(fù)荷基本平衡，并且兼有低頻低壓減載功能，采用此裝置可以作為故障聯(lián)切的后備措施。

關(guān)鍵詞：鋼鐵廠；余熱發(fā)電；孤網(wǎng)運(yùn)行；穩(wěn)控系統(tǒng)；應(yīng)用技術(shù)

前言

越南某集團(tuán)鋼鐵廠2期項(xiàng)目全部用電負(fù)荷合計(jì)約為80MW，由于越南地區(qū)電網(wǎng)容量較小，可靠性差，經(jīng)常停電，對鋼鐵廠的運(yùn)行影響很大。為解決該鋼鐵項(xiàng)目的用電安全穩(wěn)定問題，完全靠電廠中汽輪發(fā)電機(jī)組自身的控制調(diào)節(jié)能力是難以滿足要求的，必須有外部負(fù)荷控制設(shè)備的配合。而外部控制設(shè)備又必須滿足在最短時(shí)間內(nèi)完成電網(wǎng)失電的判斷以及負(fù)荷平衡的計(jì)算以及切除負(fù)荷達(dá)到負(fù)荷平衡的操作，經(jīng)過多方比選，本項(xiàng)目考慮采用南瑞穩(wěn)控所研發(fā)的穩(wěn)定控制裝置。

1 穩(wěn)定問題及控制策略

經(jīng)過初步分析，該鋼鐵項(xiàng)目主要存在聯(lián)網(wǎng)轉(zhuǎn)孤網(wǎng)運(yùn)行的頻率和電壓穩(wěn)定問題，不存在暫態(tài)穩(wěn)定和熱穩(wěn)定問題，主要解決辦法和策略為：（1）聯(lián)網(wǎng)轉(zhuǎn)孤網(wǎng)運(yùn)行（包括聯(lián)網(wǎng)110kv線路跳閘和主變跳閘的情況），和發(fā)鋼廠受電通道斷面開斷，按容量聯(lián)切廠內(nèi)部分負(fù)荷。（2）6.3kv母線分列運(yùn)行時(shí)，某主變跳閘，聯(lián)切該跳閘主變所帶負(fù)荷。（3）根據(jù)母線電壓（主變6.3kv側(cè)電壓，建議取發(fā)電機(jī)所在母線）判斷系統(tǒng)低頻、低壓，按各輪次需切容量選切負(fù)荷（切負(fù)荷原則詳見2.5）。

2 穩(wěn)控系統(tǒng)功能要求

2.1 聯(lián)網(wǎng)轉(zhuǎn)孤網(wǎng)，聯(lián)切負(fù)荷

裝置檢測2條進(jìn)線110kv線路的運(yùn)行工況，當(dāng)判出這兩回110kv線路兩條線路運(yùn)行時(shí)兩條線路同時(shí)跳閘，或單條線停運(yùn)時(shí)另一條線跳閘，滿足頻率校驗(yàn)條件，記錄當(dāng)前斷面（跳閘前110kv兩條進(jìn)線功率和）功率為P1，切除廠內(nèi)P1×K1負(fù)荷，按最小過切原則。

（1）突變量啟動判據(jù)

a.電流突變量啟動：

任意一相連續(xù)5ms滿足上式則進(jìn)入啟動狀態(tài)。

b.功率突變量啟動：

連續(xù)5ms滿足上式則進(jìn)入啟動狀態(tài)。

特別注意：①在本元件啟動后的5s啟動周期內(nèi)，如果檢測到新的電流突變量啟動或功率突變量啟動，則啟動周期展寬5s，此后，繼續(xù)循環(huán)判斷啟動。②在本元件啟動后判斷出跳閘，啟動周期展寬5s。

（2）線路元件跳閘判斷

a.元件投運(yùn)；b.突變量啟動；c.|Pt-0.2s|≥Ps1（Ps1事故前功率定值）；d.|Pt|

（3）孤網(wǎng)頻率校驗(yàn)

裝置實(shí)時(shí)監(jiān)測鋼廠變電站110kv進(jìn)線的頻率，當(dāng)頻率超出正常范圍（設(shè)置正常范圍頻率定值）時(shí)，認(rèn)為鋼廠處于孤網(wǎng)狀態(tài)。設(shè)置頻率正常上限定值Fmax，設(shè)置頻率正常下限定值Fmin，當(dāng)系統(tǒng)頻率f>Fmax或f

2.2 分列運(yùn)行主變跳閘聯(lián)切負(fù)荷

穩(wěn)控裝置同時(shí)要檢測鋼廠變電站2臺主變的運(yùn)行工況，當(dāng)判出主變跳閘，穩(wěn)控裝置應(yīng)迅速判斷并切除該主變下負(fù)荷。切除負(fù)荷功率=（主變跳閘前功率P2-跳閘主變6.3kv側(cè)母線上機(jī)組功率為P機(jī)組功率） K2，按最小過切原則（切負(fù)荷原則詳見2.5）。

（1）主變元件突變量啟動判據(jù)邏輯框圖

（2）主變元件跳閘邏輯框圖

2.3 低頻減載功能

低頻功能的判別元件為6.3kv母線電壓，如果不考慮主變跳閘后的低頻低壓控制，也可以采集110kv側(cè)母線電壓。若兩段母線均正常，則需兩段母線同時(shí)發(fā)生低頻才認(rèn)為系統(tǒng)發(fā)生低頻；若其中一段母線異常（電壓消失或頻率異常），則取正常的一段母線進(jìn)行低頻判斷；若兩段母線均異常（電壓消失或頻率異常），則閉鎖低頻功能。

本方案標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)了5輪基本輪和3輪特殊輪共計(jì)8輪的低頻減載，可涵蓋實(shí)現(xiàn)計(jì)算報(bào)告的低頻減載方案。

判據(jù)（低頻功能壓板需投入）如下：

f≤Flqs t≥Tflqs 低頻啟動

f≤Fls1 t≥Tfls1 低頻第1輪動作

f≤Fls2 t≥Tfls2 低頻第2輪動作

……一共5輪

f≤Fle1 t≥Tfle1 低頻特殊第1輪動作

f≤Fle2 t≥Tfle2 低頻特殊第2輪動作

……一共3輪

注：當(dāng)頻率降低時(shí)，若頻率變化率0<-df/dt< d（f/t）1時(shí)，認(rèn)為頻率下降較慢，則低頻1～5輪依次輸出，即下一輪低頻的判斷必須在上一輪低頻動作以后；若頻率變化率d（f/t）1≤-df/dt< d（f/t）2，且持續(xù)時(shí)間為Tfld1時(shí)，認(rèn)為頻率下降較快，低頻1、2輪同時(shí)動作，盡早制止頻率的下降，接著第3輪動作；若頻率變化率d（f/t）2≤-df/dt< d（f/t）b1，且持續(xù)時(shí)間為Tfld2時(shí)，認(rèn)為頻率下降很快，低頻1、2、3輪同時(shí)動作，盡早制止頻率的下降。

第6、7、8輪為特殊輪，獨(dú)立于其它輪之外，只要頻率降低到相應(yīng)輪級的定值，并持續(xù)相應(yīng)的延時(shí)，該輪即可動作。

若頻率變化率-df/dt≥d（f/t）b1，則認(rèn)為由于負(fù)荷反饋，高次諧波，電壓回路接觸不良等原因引起頻率變化異常，閉鎖低頻功能。

低頻動作后，根據(jù)需切容量百分比計(jì)算需切負(fù)荷容量，根據(jù)負(fù)荷優(yōu)先級選切負(fù)荷，按最小過切原則執(zhí)行。

2.4 低壓減載功能

低壓功能的判別元件為6kv母線電壓，如果不考慮主變跳閘后的低頻低壓控制，也可以采集110kv側(cè)母線電壓。若兩段母線均正常，則需兩段母線同時(shí)發(fā)生低壓才認(rèn)為系統(tǒng)發(fā)生低壓；若其中一段母線異常（電壓消失或零序電壓異常），則取正常的一段母線進(jìn)行低壓判斷；若兩段母線均異常（電壓消失或零序電壓異常），則閉鎖低壓功能。

本方案標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)了5輪基本輪和3輪特殊輪共計(jì)8輪的低壓減載，可涵蓋實(shí)現(xiàn)計(jì)算報(bào)告的低壓減載方案。下文描述中，將給出低壓減載各輪的建議整定值。

判據(jù)（低壓功能壓板需投入）如下：

U≤Ulqs t≥Tvlqs 低壓啟動

U≤Uls1 t≥Tvls1 低壓第1輪

U≤Uls2 t≥Tvls2 低壓第2輪

……一共5輪

U≤Ule1 t≥Tvle1 低壓特殊第1輪

U≤Ule2 t≥Tvle2 低壓特殊第2輪

……一共3輪

注：當(dāng)電壓降低時(shí)，若電壓變化率0<-du/dt< d（u/t）1時(shí)，認(rèn)為電壓下降較慢，則低壓1～5輪依次動作，即下一輪低壓的判斷必須在上一輪低壓動作以后；若電壓變化率d（u/t）1≤-du/dt

第6、7、8輪為特殊輪，獨(dú)立于其它輪之外，只要電壓降低到相應(yīng)輪級的定值，并持續(xù)相應(yīng)的延時(shí)，該輪即可動作。

若電壓變化率du/dt≥ d（u/t）b1，則認(rèn)為由于負(fù)荷反饋，短路故障，電壓回路接觸不良等原因引起電壓變化異常，閉鎖低壓功能。

低壓動作后，根據(jù)需切容量百分比計(jì)算需切負(fù)荷容量，根據(jù)負(fù)荷優(yōu)先級切負(fù)荷，按最小過切原則執(zhí)行。

2.5 切負(fù)荷、切機(jī)原則

2.5.1 對于切負(fù)荷

監(jiān)測本地6.3kv線路負(fù)荷功率，各負(fù)荷元件允切狀態(tài)及優(yōu)先級定值（范圍0～16）。優(yōu)先級定值1為優(yōu)先級最高。根據(jù)需切量按照優(yōu)先級由高及低的順序選切各負(fù)荷元件。選切同一優(yōu)先級負(fù)荷時(shí)，按照負(fù)荷功率由大及小的順序選擇負(fù)荷，最后1個(gè)選切的元件最優(yōu)。

2.5.2 對于過切

若只切一個(gè)元件，則挑選容量大于可切量且最接近的元件切除。若需切N個(gè)元件，先按功率從大到小切除N-1個(gè)元件，最后一個(gè)選擇容量大于可切量且最接近的元件切除。

3 系統(tǒng)配置方案

對于穩(wěn)控系統(tǒng)來說，為了保證運(yùn)行時(shí)能可靠動作，采取冗余配置模式，具體配置情況如下：

裝置提供至少20路負(fù)荷線路的采集和跳閘，剩余的特別重要的負(fù)荷可不接入裝置。

4 其他建議

由于本項(xiàng)目的負(fù)荷和機(jī)組容量都較小，而且電網(wǎng)如此薄弱，在國內(nèi)類似頻繁斷電的情況很少發(fā)生，加之采用穩(wěn)控設(shè)備也只是整個(gè)鋼鐵項(xiàng)目穩(wěn)定供電的一個(gè)環(huán)節(jié)，沒有先例可循，為了保證系統(tǒng)方案切實(shí)可行，應(yīng)通過仿真系統(tǒng)計(jì)算進(jìn)行驗(yàn)證，條件具備時(shí)還可進(jìn)行RTDS的實(shí)時(shí)數(shù)字仿真試驗(yàn)以驗(yàn)證裝置在各種預(yù)想故障下的動作和電網(wǎng)的穩(wěn)定情況。