發(fā)電廠安穩(wěn)控制系統(tǒng)分析

楊小東

摘 要：本文介紹了安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)，詳細(xì)分析了某發(fā)電公司2*660MW超臨界空冷機(jī)組安穩(wěn)控制系統(tǒng)改造方案中存在的問題，給出了安穩(wěn)控制系統(tǒng)改造的改進(jìn)措施，為今后同類型安穩(wěn)控制系統(tǒng)改造提供了參考。

關(guān)鍵詞：安穩(wěn)控制系統(tǒng)；控制模式；改造；改進(jìn)措施

中圖分類號：TM76 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）16-0153-02

電力系統(tǒng)的主要任務(wù)就是向用戶提供不間斷的、電壓和頻率穩(wěn)定的電能。它的性能指標(biāo)主要包括安全性、可靠性和穩(wěn)定性。電力系統(tǒng)可靠性是指符合要求長期運(yùn)行的概率，它表示長期連續(xù)不斷地為用戶提供充足電力服務(wù)的能力。安全性指電力系統(tǒng)承受可能發(fā)生的各種擾動而不對用戶中斷供電的風(fēng)險程度。穩(wěn)定性是指經(jīng)歷擾動后電力系統(tǒng)保持完整運(yùn)行的持續(xù)性。按照信息采集和傳遞以及決策方式的不同，電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制模式可以分為以下幾種：一是就地控制模式。在這種控制模式中，控制裝置安裝在各個廠站，彼此之間不進(jìn)行信息交換，只能根據(jù)各廠站就地信息進(jìn)行切換和判斷，解決本廠站出現(xiàn)的問題。二是集中控制模式。這種控制模式擁有獨(dú)立的通信和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，在調(diào)度中心設(shè)置有總控，對系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實時檢測，根據(jù)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)制定相應(yīng)的控制策略表，發(fā)出控制命令并實施對整個系統(tǒng)的安全穩(wěn)定控制。三是區(qū)域控制模式。區(qū)域控制型穩(wěn)定控制系統(tǒng)是針對一個區(qū)域的電網(wǎng)安全穩(wěn)定問題而安裝在多個廠站的安全穩(wěn)定控制裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)站間運(yùn)行信息的相互交換和控制命令的傳送，并在較大范圍實現(xiàn)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定控制。

安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)（簡稱“穩(wěn)控系統(tǒng)”）是保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定遠(yuǎn)行的重要防線。它是當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)緊急狀態(tài)后，通過執(zhí)行各種緊急控制措施，使系統(tǒng)恢復(fù)到正常運(yùn)行狀態(tài)下的控制系統(tǒng)。電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制包括預(yù)防控制、緊急控制和恢復(fù)控制。按照電網(wǎng)規(guī)模和各廠站之間的功能可以將安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)分為就地型穩(wěn)定控制、區(qū)域穩(wěn)定控制系統(tǒng)和混合型穩(wěn)定控制三類。

就地型穩(wěn)定控制：就地型穩(wěn)定控制裝置單獨(dú)安裝在一個廠站，與其他安全穩(wěn)定控制裝置之間不交換信息，且沒有通信聯(lián)系，解決的是本廠站母線、主變或出線故障時出現(xiàn)的穩(wěn)定問題。根據(jù)電力系統(tǒng)中某個地方的就地信息進(jìn)行分析判別，一旦滿足設(shè)定的啟動、動作值時便發(fā)出動作命令；同時，將就地信息作為反饋量，根據(jù)反饋量的實際大小進(jìn)一步做出相應(yīng)的動作，實現(xiàn)作為系統(tǒng)的第三道防線的功能，盡量減小故障范圍，減少損失。由于就地型穩(wěn)定控制裝置只對就地信息進(jìn)行采樣分析，不考慮其他信息，因此可能給系統(tǒng)帶來一些負(fù)面效應(yīng)。一般的低頻和低壓緊急控制裝置、失步解列裝置等都屬于就地型安全穩(wěn)定控制裝置。就地型穩(wěn)定控制裝置的結(jié)構(gòu)：（1）控制決策確定裝置?？刂茮Q策確定裝置內(nèi)設(shè)有預(yù)先設(shè)置好的控制策略表。其主要任務(wù)是接收被保護(hù)組件（通常為廠站的母線、主變、出線）的故障信息和網(wǎng)絡(luò)信息（通常只是本廠機(jī)組和出線潮流），確定控制策略，向執(zhí)行裝置發(fā)出控制命令。（2）執(zhí)行裝置。執(zhí)行裝置負(fù)責(zé)接收控制命令，執(zhí)行切機(jī)、快關(guān)汽門、電氣制動、切負(fù)荷等操作。就地型穩(wěn)定控制裝置通常只應(yīng)用于可等值為單機(jī)-無窮大的系統(tǒng)中。當(dāng)今的電力系統(tǒng)中已經(jīng)難以找到單機(jī)-無窮大系統(tǒng)的典型模式，在一個廠站用就地型穩(wěn)定控制裝置就能解決電網(wǎng)穩(wěn)定性的情況已經(jīng)很少。

區(qū)域穩(wěn)定控制系統(tǒng)：區(qū)域穩(wěn)定控制系統(tǒng)是指為了解決一個區(qū)域電網(wǎng)的穩(wěn)定問題而安裝在兩個或者兩個以上的廠站的安全穩(wěn)定控制裝置，經(jīng)信息信道和通信接口設(shè)備聯(lián)系在一起而組成的系統(tǒng)。區(qū)域穩(wěn)定控制系統(tǒng)通常由一個主站、若干個子站和若干個終端站。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：

（1）主站。主站通常設(shè)在樞紐變電站或與樞紐變電站在同一位置的發(fā)電廠內(nèi)。它的主要任務(wù)是匯總各個子站的運(yùn)行工況信息，對區(qū)域電網(wǎng)進(jìn)行狀態(tài)估計，識別出區(qū)域電網(wǎng)的運(yùn)行方式，對區(qū)域電網(wǎng)給定的預(yù)想事故集進(jìn)行動態(tài)安全估計，在線形成安全穩(wěn)定控制策略表（或預(yù)先裝設(shè)好離線計算得到的控制策略表），并將有關(guān)運(yùn)行方式信息和控制策略表傳送到各個子站。在接收到主站及出線發(fā)生故障時，根據(jù)控制策略表，向主站和各子站發(fā)出控制命令同時通過各站控制命令傳送到終端控制站。

（2）子站。子站裝設(shè)在較重要的變電站或與變電站相關(guān)聯(lián)的發(fā)電廠內(nèi)。子站的主要任務(wù)是采集子站運(yùn)行工況信息，并傳送給主站。在接收到本站及本站出線發(fā)生故障時，根據(jù)子站內(nèi)的控制策略表，向主站及各子站發(fā)出控制命令的同時通過各站將控制命令傳送到終端站。

（3）終端站。終端站接收各站傳來的控制命令，執(zhí)行就地控制，并將控制結(jié)果信息傳給上級站。

混合型穩(wěn)定控制系統(tǒng)：隨著電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的發(fā)展，電力系統(tǒng)的第二道防線和第三道防線。很多情況下在一個系統(tǒng)或裝置上實現(xiàn)，混合型安全穩(wěn)定控制裝置便具備這種功能：即區(qū)域型安全穩(wěn)定控制和就地型安全穩(wěn)定控制結(jié)合在一個系統(tǒng)內(nèi)實現(xiàn)，可以克服兩種系統(tǒng)單獨(dú)使用時的不足?；旌闲头€(wěn)定控制系統(tǒng)一般設(shè)有一個主站、幾個子站，主站一般設(shè)在樞紐變電所或處于樞紐位置的發(fā)電廠，負(fù)責(zé)匯總各站的運(yùn)行工況信息，識別區(qū)域電網(wǎng)的運(yùn)行方式，并將有關(guān)運(yùn)行方式信息傳送到各個子站。

1 問題提出

某發(fā)電公司機(jī)組位于松白電網(wǎng)，吉林省電網(wǎng)西北部，東北電網(wǎng)中西部，地區(qū)內(nèi)風(fēng)電裝機(jī)量大，為大型支撐電源。一期2×660MW超臨界空冷機(jī)組，發(fā)變組組采用單元接線，500kV一次系統(tǒng)主接線為四角形接線方式1回出線（白甜#2線），安穩(wěn)裝置采用北京四方CSS-100BE數(shù)字式安全穩(wěn)定控制裝置。安全穩(wěn)定控制裝置A套、B套雙重化配置，A套和B套系統(tǒng)可互為主輔運(yùn)行，正常一套為主，一套為輔，兩套系統(tǒng)完全相同。

2017年扎魯特±800kV特高壓直流輸電工程及送端電網(wǎng)配套工程投產(chǎn)后，為解決扎青直流系統(tǒng)故障后東北電網(wǎng)存在的穩(wěn)定問題，建設(shè)了魯固直流東北側(cè)高頻緊急控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用分層分布式的架構(gòu)，包括穩(wěn)控主站、穩(wěn)控信息匯集子站和穩(wěn)控執(zhí)行站。穩(wěn)控主站及信息匯集站布置于扎魯特?fù)Q流站，執(zhí)行站布置于高嶺、黑河及各風(fēng)電匯集站、水電廠、火電廠，分布在整個東北三省一區(qū)。整個系統(tǒng)目前按照最大接入2個直流站點、60個風(fēng)電站點、30個火電站點、20個水電站點進(jìn)行設(shè)計。

該發(fā)電公司作為其中一個火電站執(zhí)行站，也配合進(jìn)行了安穩(wěn)系統(tǒng)的改造。改造方案中安穩(wěn)切機(jī)出口為跳開發(fā)變組出口開關(guān)、跳開發(fā)變組滅磁開關(guān)，此方案能滿足電網(wǎng)發(fā)生穩(wěn)定問題時的切機(jī)要求，但對電廠執(zhí)行站來說此方案存在嚴(yán)重問題。事例如下：

某電廠2012年07月03日00時39分，1、2號機(jī)組正常運(yùn)行，220kV系統(tǒng)穩(wěn)控裝置A、B投入運(yùn)行，其切機(jī)出口方式為跳開發(fā)變組出口開關(guān)，1號機(jī)組負(fù)荷174MW。2號機(jī)組工況為負(fù)荷231.4MW，機(jī)跟隨運(yùn)行，主汽壓力14.2Mpa，主汽溫541℃，再熱汽壓2.42Mpa，再熱汽溫540℃，爐膛壓力-84pa，給水流量751t/h，蒸汽流量702 t/h，汽包水位-23mm，2B、2C給水泵運(yùn)行，2A、2B引風(fēng)機(jī)，2A、2B送風(fēng)機(jī)，2A、2B一次風(fēng)機(jī)運(yùn)行，2A、2B、2C磨煤機(jī)運(yùn)行，總煤量118t/h。6kV2A段母線電壓6.27kV，6kV2B段母線電壓6.29kV。

00時39分22秒，2號主變出口2202斷路器跳閘，鍋爐、汽機(jī)、滅磁開關(guān)、6kV 2A/2B段快切均未動作，高低壓旁路未自動開啟，機(jī)組負(fù)荷由232MW下降至17.27MW，定子電壓由20.045kV上升至20.094kV，定子電流由6802A降至664.9A，主汽壓力由14.18MPa上升至16.4MPa，主汽流量由702t/h下降至191.51t/h，汽包水位由-28mm下降至-207mm，汽機(jī)轉(zhuǎn)速最高升至3186轉(zhuǎn)/分鐘，OPC動作后降至2835轉(zhuǎn)/分鐘，切機(jī)后頻率升至52.1Hz，OPC動作后下降至47.2Hz，6kV2A段母線電壓由6.27kV下跌至5.67kV后恢復(fù)至6.27kV，6kV2B段母線電壓由6.29kV下跌至5.99kV后恢復(fù)至6.29kV，00時40分40秒，手動鍋爐MFT，汽機(jī)跳閘，6kV 2A/2B段快切動作。檢查NCS報警“穩(wěn)控裝置A動作”“穩(wěn)控裝置B動作”，至網(wǎng)控室就地檢查穩(wěn)控裝置A、B柜動作信號為“切本站2號機(jī)”，發(fā)變組保護(hù)A、B柜動作信號為“外部重動4保護(hù)動作”。經(jīng)值長聯(lián)系調(diào)度確認(rèn)，穩(wěn)控裝置切機(jī)原因為750KV向外輸電線路跳閘。

在這個動作過程中，其實在發(fā)變組出口斷路器跳閘后，機(jī)組大連鎖并沒有動作，負(fù)荷下降到17MW，轉(zhuǎn)速也開始下降（OPC動作），鍋爐沒有MFT。因此存在以下幾個因素可能造成設(shè)備損壞：

（1）OPC動作后，汽輪機(jī)已進(jìn)入臨界轉(zhuǎn)速，振動變大；（2）轉(zhuǎn)速在2835時，頻率為47.25Hz左右，低頻運(yùn)行威脅汽輪機(jī)及廠用設(shè)備的安全；（3）主汽壓力由14.18MPa快速上升至16.4MPa，旁路未打開，當(dāng)時三臺磨煤機(jī)運(yùn)行，即使緊急停用2臺磨，也難以避免鍋爐超壓運(yùn)行；（4）汽包水位在2秒左右時間內(nèi)已經(jīng)由-28mm低至-207mm，如壓力繼續(xù)上升，極有可能造成汽包低水位。

2 原因分析

通過此事例可以分析判斷，安穩(wěn)出口只跳開發(fā)變組出口開關(guān)、滅磁開關(guān)，發(fā)變組解列滅磁，不啟動機(jī)組大連鎖，汽輪機(jī)、鍋爐不跳閘，機(jī)組快速甩負(fù)荷，機(jī)組存在以下重大風(fēng)險：

（1）發(fā)變組解列滅磁，機(jī)組快速甩負(fù)荷，汽輪機(jī)存在超速風(fēng)險；（2）汽輪機(jī)OPC動作，汽輪機(jī)進(jìn)入臨界轉(zhuǎn)速，造成汽輪機(jī)振動急劇增大；（3）OPC動作后，鍋爐未切除燃料和給水，旁路無法開啟，鍋爐汽壓迅速升高，造成鍋爐超壓運(yùn)行。

3 解決方案

若要徹底消除以上重大風(fēng)險，安穩(wěn)出口切機(jī)時，應(yīng)動作發(fā)變組跳閘，啟動機(jī)組大連鎖、汽輪機(jī)ETS動作、鍋爐MFT動作。啟動汽輪機(jī)ETS動作，汽輪機(jī)主汽門直接關(guān)閉，汽輪機(jī)OPC不會動作，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速下降，避免汽輪機(jī)超速和震動增大。啟動鍋爐MFT動作，切除燃料和給水，有效控制汽壓，避免鍋爐超壓。有效避免了汽輪機(jī)超速風(fēng)險、汽輪機(jī)振動風(fēng)險、鍋爐超壓運(yùn)行的風(fēng)險。

綜合以上分析，需對安穩(wěn)控制系統(tǒng)改造方案進(jìn)行改進(jìn)。將原改造方案中安穩(wěn)切機(jī)出口為跳開發(fā)變組出口開關(guān)、跳開發(fā)變組滅磁開關(guān)改為跳開發(fā)變組出口開關(guān)、安穩(wěn)啟動發(fā)變組跳閘。

改進(jìn)后，發(fā)生電網(wǎng)安全穩(wěn)定問題時，安穩(wěn)切機(jī)出口跳開發(fā)變組出口開關(guān)，同時啟動發(fā)變組跳閘，機(jī)組大連鎖啟動，汽輪機(jī)ETS動作，鍋爐MFT動作。同時，在啟動發(fā)變組跳閘時，發(fā)變組保護(hù)會再次出口發(fā)變組開關(guān)跳閘與安穩(wěn)跳開發(fā)變組出口開關(guān)配合，構(gòu)成雙保險有效保證發(fā)變組可靠解列，提高了安穩(wěn)動作的可靠性，這樣改進(jìn)后既能更好的實現(xiàn)電網(wǎng)切機(jī)，同時也保證機(jī)組的安全穩(wěn)定。

4 問題提出的意義

（1）電廠安穩(wěn)系統(tǒng)設(shè)置提供建議。（2）為電廠安穩(wěn)系統(tǒng)改造提供了改造方案方面的參考。

參考文獻(xiàn)

[1]李寶興.電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制的分析與展望[J].西北電力技術(shù)，2005，（5）：13-16.

[2]劉念.電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定問題研究[J].四川電力技術(shù)，2004，（1）：1-6.

[3]湯涌.電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定綜合防御體系框架[J].電網(wǎng)技術(shù)，2012，（8）：1-5.