國網(wǎng)湖南省電力有限公司檢修公司 王 皓
湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 譚雨祺
祁韶特高壓直流輸電工程已投運四年,湖南電網(wǎng)作為直流受端,強(qiáng)直弱交問題尤為突出,鄂湘斷面暫穩(wěn)、鄂湘斷面熱穩(wěn)、華北-華中斷面(長南線)暫穩(wěn)三方面因素直接決定了祁韶直流的輸送功率,目前情況下,祁韶直流、省內(nèi)重要的500kV線路、主變壓器等元件發(fā)生嚴(yán)重故障時,將會導(dǎo)致湖南電網(wǎng)發(fā)生嚴(yán)重的穩(wěn)定問題。因此,安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)的故障策略及動作邏輯尤為重要。本文以直流受端湖南電網(wǎng)安穩(wěn)系統(tǒng)為例,介紹湖南穩(wěn)控系統(tǒng)的架構(gòu)及主要功能,著重分析了直流故障情況下穩(wěn)控裝置的故障策略及判定邏輯,為檢修及運行人員提供了一定的技術(shù)依據(jù)。
現(xiàn)代高度互聯(lián)的電力系統(tǒng)針對電網(wǎng)可能發(fā)生的大擾動事故一般設(shè)置三道防線,第一道防線由性能良好的繼電保護(hù)裝置構(gòu)成;失步解列、頻率及電壓緊急控制裝置構(gòu)成第三道防線。穩(wěn)控裝置是為保證電力系統(tǒng)在遇到大擾動時的穩(wěn)定性而在電廠或變電站內(nèi)裝設(shè)的控制設(shè)備,可快速準(zhǔn)確實現(xiàn)切機(jī)、切負(fù)荷、快速減出力、直流功率緊急提升或回降等功能,是保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的第二道防線的重要設(shè)施。位于華中電網(wǎng)的末端湖南電網(wǎng),強(qiáng)直弱交的形式依然嚴(yán)峻,該電網(wǎng)僅通過三回500kV聯(lián)絡(luò)線與華中主網(wǎng)相連。雖有祁韶特高壓直流,但電網(wǎng)網(wǎng)架依然較為薄弱,在局部地區(qū)存在輸電瓶頸和穩(wěn)定薄弱環(huán)節(jié)。本文以±800kV祁韶特高壓直流受端穩(wěn)定控制系統(tǒng)為例,介紹湖南穩(wěn)控系統(tǒng)的架構(gòu)及主要功能,著重分析了故障情況下穩(wěn)控裝置的故障策略及判定邏輯,為檢修及運行人員提供了一定的技術(shù)依據(jù)。
湖南電網(wǎng)穩(wěn)控系統(tǒng)可為5個穩(wěn)控子系統(tǒng),分別為祁韶直流受端穩(wěn)控系統(tǒng)、鄂湘穩(wěn)控系統(tǒng)、湘西南系統(tǒng)、昆山穩(wěn)控系統(tǒng)、蘇耽穩(wěn)控系統(tǒng)。隨著2021年華中電網(wǎng)多資源協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的建成,形成了華中協(xié)控主站為主、下設(shè)直流協(xié)控主站、負(fù)荷協(xié)控主站、抽蓄協(xié)控主站的分層、分區(qū)控制架構(gòu)。祁韶直流受端穩(wěn)定控制系統(tǒng)作為華中大系統(tǒng)的重要一環(huán),其故障策略及信息交互也隨之改變,如圖1所示,韶山站交流穩(wěn)控新接入直流協(xié)控主站,鶴嶺站穩(wěn)控裝置新接入負(fù)荷協(xié)控主站,黑麋峰抽蓄新接入抽蓄協(xié)控主站。韶山站交流穩(wěn)控裝置接收直流穩(wěn)控的動作信息,向鶴嶺變切負(fù)荷主站以及電壓穩(wěn)控主站發(fā)出動作命令;鶴嶺變切負(fù)荷主站根據(jù)策略邏輯,分別向鶴嶺變精切主站、各地區(qū)切負(fù)荷子站、黑麋峰抽蓄、云田變穩(wěn)控發(fā)切負(fù)荷命令;同時,鶴嶺變切負(fù)荷主站可直接接受負(fù)荷協(xié)控主站的切負(fù)荷命令。此外,鶴嶺變精切主站收到切負(fù)荷命令后,根據(jù)策略邏輯分別向鶴嶺變儲能子站以及各地區(qū)精切子站發(fā)出切負(fù)荷命令。
鶴嶺變電壓穩(wěn)控主站盡接收韶山站交流穩(wěn)控裝置的動作命令,根據(jù)電壓控制策略分別向省內(nèi)7個電壓穩(wěn)控執(zhí)行站發(fā)出動作命令。
接收祁韶直流極控制保護(hù)系統(tǒng)發(fā)送的直流功率速降信號、直流功率速降標(biāo)識位、直流功率可提升標(biāo)識位、直流極控模式、直流極控值班狀態(tài)、各換流器非正常和正常停運信號、直流各閥組運行狀態(tài)等開關(guān)量,以及直流各換流器輸送功率指令值、最大可輸送功率、直流功率速降量、可提升容量等模擬量,并可根據(jù)交流故障策略向直流極控制保護(hù)系統(tǒng)發(fā)送調(diào)制直流命令;接收極后備接口裝置發(fā)送的極1和極2高低端閥非正常停運信號。
接收道觀河站/柏泉站直流協(xié)控裝置發(fā)送的三峽及渝鄂直流可回降量信息、特高壓長南Ⅰ線運行功率信息、其他特高壓直流可提升量信息;接收澧州站、崗市站韶山穩(wěn)控裝置發(fā)送的鄂湘聯(lián)絡(luò)線運行信息;接收鶴嶺站韶山穩(wěn)控裝置發(fā)送的可切負(fù)荷容量信息(含抽蓄可切負(fù)荷量)。
祁韶直流閉鎖或直流功率速降時,裝置根據(jù)祁韶直流故障損失功率以及特高壓長南Ⅰ線、鄂湘聯(lián)絡(luò)線運行方式,查找預(yù)先設(shè)定的控制策略表,向道觀河站/柏泉站直流協(xié)控裝置發(fā)送調(diào)制三峽/渝鄂直流功率的命令,或提升其他特高壓直流功率的命令(功能預(yù)留),或向鶴嶺變穩(wěn)控裝置遠(yuǎn)切湖南負(fù)荷命令。同時裝置將祁韶直流閉鎖信息、動作措施量等信息發(fā)送至道觀河站/柏泉站直流協(xié)控裝置。
本站500kV交流出線發(fā)生故障時,裝置根據(jù)事故前運行方式、故障類型、相關(guān)檢測斷面功率,查找預(yù)先設(shè)定的控制策略表,發(fā)送回降祁韶直流功率命令。
接收并執(zhí)行道觀河/柏泉直流協(xié)控裝置發(fā)送的故障提升祁韶直流容量命令;接收道觀河/柏泉直流協(xié)控裝置發(fā)送的低頻提升祁韶直流容量命令,滿足本地低頻判據(jù)確認(rèn)后執(zhí)行命令。
預(yù)判斷當(dāng)前時刻若發(fā)生直流運行換流器均閉鎖故障,計算直流損失功率、需執(zhí)行控制措施量,并將上述預(yù)判斷結(jié)果中需執(zhí)行控制措施量信息發(fā)送至柏泉、道觀河直流協(xié)控裝置。
直流穩(wěn)控裝置通過直流極控系統(tǒng)取得極控制模式信息和直流極控系統(tǒng)傳送的各個閥組的最大可傳輸功率,判斷各閥組是否具備轉(zhuǎn)帶能力,若不能轉(zhuǎn)帶,則將其最大可傳輸功率清0,判別為不可轉(zhuǎn)帶。
直流損失功率的計算根據(jù)各閥組的事故前功率、最大可傳輸功率以及極控制模式進(jìn)行計算:發(fā)生閥組閉鎖時,認(rèn)為可調(diào)制的閥組直流轉(zhuǎn)帶且在當(dāng)前極控制模式下可轉(zhuǎn)帶的閥均能夠成功,如事故前四閥均運行,發(fā)生極1高端閥閉鎖,極1低端閥,極2低端閥可調(diào)制,極2高端閥不可調(diào)制,則直流損失功率Pdclost1計算方法為:
Pdclost1=(Pdc1_+Pdc2_+Pdc3_+Pdc4_)-(Pdc2max+Pdc4max+Pdc3_)
其中:Pdc1_,Pdc2_,Pdc3_,Pdc4_為啟動前閥組輸送功率;Pdc1max,Pdc2max,Pdc3max,Pdc4max為閥組的最大可傳輸功率。
祁韶直流輸電能力主要由鄂湘斷面暫穩(wěn)、鄂湘斷面熱穩(wěn)、華北-華中斷面(長南線)暫穩(wěn)三方面因素決定。從鄂湘斷面暫穩(wěn)上看,鄂湘斷面大功率南送、祁韶直流大功率送電方式下,祁韶直流發(fā)生閉鎖故障,大規(guī)模潮流通過鄂湘斷面轉(zhuǎn)移至湖南電網(wǎng),可能引起湖南對華中主網(wǎng)功角失穩(wěn),鄂湘斷面解列。解決鄂湘斷面暫穩(wěn)問題,需在祁韶直流故障后采取切除湖南負(fù)荷措施;從鄂湘斷面熱穩(wěn)上看,鄂湘斷面大功率南送、祁韶直流大功率送電方式下,祁韶直流發(fā)生閉鎖故障,大規(guī)模潮流通過鄂湘斷面轉(zhuǎn)移至湖南電網(wǎng),可能引起葛崗線過熱穩(wěn)。解決鄂湘斷面熱穩(wěn)問題,需在祁韶直流故障后采取切除湖南負(fù)荷措施。從華北-華中斷面(長南Ⅰ線)暫穩(wěn)上看,長南線大功率南送、祁韶直流大功率送電方式下,祁韶直流發(fā)生閉鎖故障,大規(guī)模潮流通過長南線轉(zhuǎn)移至華中電網(wǎng),可能引起長南線解列。解決長南線暫穩(wěn)問題,需在祁韶直流故障后采取調(diào)制三峽直流或切除湖南負(fù)荷措施,優(yōu)先采取調(diào)制三峽直流措施以避免負(fù)荷損失。
因此,直流故障穩(wěn)定控制策略的設(shè)計按照鄂湘斷面、長南Ⅰ線作為約束條件進(jìn)行設(shè)計。長南線功率以北送為正方向,鄂湘斷面功率以南送為正方向。
長南Ⅰ線運行方式(包括功率分檔、相關(guān)元件檢修方式等)穩(wěn)控裝置可通過長南線功率自動判別,也可通過運行方式壓板指定(共10個方式壓板),每個方式下設(shè)置長南線約束定值。
故障下穩(wěn)控裝置的具體策略如下:
(1)裝置運行時,實時檢測長南Ⅰ線、鄂湘聯(lián)絡(luò)線運行方式,確定長南Ⅰ線+祁韶直流損失功率穩(wěn)定約束定值Pcndcset、鄂湘斷面+祁韶直流損失功率穩(wěn)定約束定值Pexdcset。
(2)當(dāng)直流閥組閉鎖或功率速降時,依據(jù)祁韶直流損失功率Pdc、鄂湘斷面和祁韶直流損失功率之和Pexdc計算兩種不同穩(wěn)定約束(長南線穩(wěn)定約束、鄂湘斷面穩(wěn)定約束)下需采取的措施量ΔP1和ΔP2,ΔP1=Pdc- Pcndcsetn、ΔP2=Pexdc- Pexdcsetn。
其中Pcndcsetn為當(dāng)前長南線約束定值,Pexdcsetn為當(dāng)前鄂湘斷面約束定值,Pexdc為鄂湘斷面和祁韶直流損失功率之和。
(3)當(dāng)ΔP1≤ ΔP2時,說明主要制約因素是鄂湘聯(lián)絡(luò)線,只可采取切負(fù)荷措施,則按照ΔP2切除湖南負(fù)荷。
(4)當(dāng)ΔP1>ΔP2時,說明主要制約因素是長南Ⅰ線。如果直流調(diào)制功能退出,則按ΔP1切除湖南負(fù)荷;如果直流調(diào)制功能投入,則采取切ΔP2負(fù)荷可解決鄂湘聯(lián)絡(luò)線穩(wěn)定問題,剩余措施量(ΔP1-ΔP2)可以切負(fù)荷或調(diào)制直流(優(yōu)先調(diào)制三峽直流,其次調(diào)制其它特高壓直流(天中、青豫、雅湖)),同時在調(diào)制直流時要考慮鄂湘聯(lián)絡(luò)線制約條件Pysset(約束條件Pys為鄂湘聯(lián)絡(luò)線功率之和)。具體如下:①如果直流調(diào)制功能退出(設(shè)置控制定值),則按照總量ΔP1切除湖南負(fù)荷。②如果直流調(diào)制功能投入且Pys≥ Pysset,則按照總量ΔP1切除湖南負(fù)荷。③如果直流調(diào)制功能投入且Pys< Pysset,則考察直流可調(diào)制量Pdcket是否足夠,如果(ΔP1-ΔP2)<Pdcket,則按照(ΔP1-ΔP2)調(diào)制直流,按照ΔP2切除湖南負(fù)荷;如果(ΔP1-ΔP2)>Pdcket,則按照直流可調(diào)制量Pdcket調(diào)制直流,按照總量(ΔP1-Pdcket)切除湖南負(fù)荷。
結(jié)語:安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)在湖南電網(wǎng)發(fā)揮著舉足輕重的作用,本文以特高壓直流受端電網(wǎng)為例,首先,介紹了湖南穩(wěn)控系統(tǒng)主體結(jié)構(gòu)以及主要功能;其次,分析了直流故障下穩(wěn)控裝置的故障判據(jù)及動作邏輯。對今后省內(nèi)穩(wěn)控系統(tǒng)的運維檢修工作有一定的指導(dǎo)意義。