500 kV主變壓器N-1故障后斷面功率越限控制時(shí)間研究

康龍

(國網(wǎng)浙江省電力有限公司金華供電公司，浙江 金華 321017)

0 引言

近年來，隨著電網(wǎng)可靠性理念的深入貫徹，用電側(cè)對(duì)電網(wǎng)供電的依賴程度越來越高，已經(jīng)成為能源供應(yīng)必不可少的手段，相應(yīng)地對(duì)停電的承受力越來越低，對(duì)電網(wǎng)可靠安全運(yùn)行提出了更高的要求[1－3]。與此同時(shí)，電網(wǎng)網(wǎng)架不斷完善，樞紐變電站電壓等級(jí)逐步向高等級(jí)推進(jìn)，500 kV主變壓器(以下簡(jiǎn)稱“主變”)樞紐作用越來越凸顯，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)必將對(duì)下送220 kV網(wǎng)架及下供區(qū)域產(chǎn)生影響[4－7]。雖然目前的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)已滿足N－1運(yùn)行的要求，但故障后會(huì)帶來電網(wǎng)運(yùn)行可靠性的降低，潛在風(fēng)險(xiǎn)很大，影響網(wǎng)架安全穩(wěn)定運(yùn)行[8－9]。

500 kV主變發(fā)生故障后，為保證監(jiān)控?cái)嗝娉绷髟诳刂品秶鷥?nèi)，需要對(duì)斷面越限進(jìn)行控制，同時(shí)，在故障情況下為保證正常運(yùn)行設(shè)備及斷面運(yùn)行在安全范圍內(nèi)，需要及時(shí)采取措施，降低電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)[10－16]。斷面越限控制依據(jù)調(diào)控時(shí)間分為校正和預(yù)防控制，對(duì)于調(diào)度員來說，更偏向于校正控制，即針對(duì)已經(jīng)出現(xiàn)的斷面越限問題，提出具體操作執(zhí)行上的方法，使電網(wǎng)能夠安全可靠運(yùn)行[17－20]。目前，對(duì)于斷面越限信息，地區(qū)電網(wǎng)只給出某一個(gè)斷面限值，并沒有顯示上級(jí)電網(wǎng)設(shè)備故障后所有相關(guān)斷面的信息，缺乏綜合性；對(duì)于斷面越限控制的預(yù)案也流于書面化，且只提供思路，沒有形成可以立即執(zhí)行的操作，導(dǎo)致調(diào)度員需要將預(yù)案再次轉(zhuǎn)化，增加處理時(shí)間，降低效率。這些都增加了處理斷面越限的時(shí)間，加重已經(jīng)處于超運(yùn)行能力設(shè)備的負(fù)擔(dān)，更會(huì)危及整個(gè)網(wǎng)架，甚至導(dǎo)致大片區(qū)域停電等[21－25]。因此，為保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，提高供電的可靠性，同時(shí)提出科學(xué)、有效地防范措施，進(jìn)而保證電網(wǎng)穩(wěn)定和用戶的需求，縮短斷面控制時(shí)間勢(shì)在必行。

1 500 kV主變壓器故障后斷面越限現(xiàn)狀

1.1 斷面越限控制特點(diǎn)

1)信息不全。發(fā)生斷面越限時(shí)，上級(jí)單位通知越限情況以及需要控制的負(fù)荷量，下級(jí)單位及時(shí)查看相關(guān)的電網(wǎng)方式調(diào)整及斷面越限的相關(guān)情況，但不能及時(shí)看到斷面越限的全部信息，如500 kV主變正常運(yùn)行時(shí)和故障后的潮流值等信息。

2)控制時(shí)間長。相關(guān)斷面越限時(shí)，在綜合考慮處置方案后，應(yīng)第一時(shí)間盡可能轉(zhuǎn)移負(fù)荷；如果沒有可以轉(zhuǎn)移的負(fù)荷，需要進(jìn)行拉限電操作。這都需要上下級(jí)之間聯(lián)系溝通，也需要對(duì)具體轉(zhuǎn)移或者限制的負(fù)荷進(jìn)行計(jì)算，操作人員到現(xiàn)場(chǎng)需要時(shí)間。斷面越限實(shí)際從發(fā)生到消除總時(shí)間的統(tǒng)計(jì)情況見表1。

表1 斷面越限從發(fā)生到消除總執(zhí)行時(shí)間 min

由表1可知，斷面越限從發(fā)生到最終消除的時(shí)間為20~60 min，最長達(dá)60 min，遠(yuǎn)超控制斷面越限的要求時(shí)間，很有可能發(fā)生連鎖事故。斷面越限從發(fā)生到消除的平均時(shí)間高達(dá)34 min，離要求仍有不小的差距，說明當(dāng)前控制斷面越限的手段不能滿足要求，必須進(jìn)行改進(jìn)。

1.2 斷面越限控制時(shí)間長的原因分析

500 kV主變N－1故障后，將斷面越限控制分為兩階段。

第一階段，上級(jí)單位通知下級(jí)單位斷面越限情況、需要控制的負(fù)荷；下級(jí)單位接到通知后，查看相關(guān)的方式調(diào)整及與斷面越限相關(guān)的情況。因下級(jí)單位看到的信息不全，只能找到相關(guān)變電站點(diǎn)進(jìn)去查找數(shù)據(jù)，需要耗費(fèi)搜集信息的時(shí)間，而500 kV主變跳閘時(shí)，各種相關(guān)信息很多，容易造成信息遺漏。斷面越限發(fā)生到得出具體操作初步結(jié)論的流程如圖1所示。進(jìn)一步調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在信息能夠及時(shí)顯示的情況下，調(diào)度員可以更快擬定操作步驟，進(jìn)而縮短N(yùn)－1故障后信息搜集的時(shí)間。

圖1 斷面越限控制初期操作流程

第二階段，在負(fù)荷已經(jīng)轉(zhuǎn)移的情況下，若相關(guān)斷面還在越限，需要進(jìn)行拉限電操作。地調(diào)根據(jù)事故拉限電序位表通知監(jiān)控、縣調(diào)等進(jìn)行拉限電操作，其中涉及查找具體拉電開關(guān)、計(jì)算負(fù)荷數(shù)、通知現(xiàn)場(chǎng)操作及運(yùn)維班到變電站。如果同時(shí)涉及多個(gè)變電所的操作，需要逐一下令，也需要考慮操作之間的相互影響?，F(xiàn)在很多變電站開關(guān)均具備運(yùn)方操作功能，除去開關(guān)就地操作的時(shí)間，仍要較長的時(shí)間才能完成操作。不能及時(shí)確定相應(yīng)供區(qū)的操作開關(guān)、操作步驟，且進(jìn)行負(fù)荷轉(zhuǎn)移時(shí)需仔細(xì)分析相應(yīng)及相鄰供區(qū)的負(fù)荷情況、電廠出力等數(shù)據(jù)，會(huì)大大增加控制斷面越限時(shí)間。

通過上述對(duì)500 kV主變壓器故障后斷面越限控制時(shí)間的分析，總結(jié)歸納得出造成斷面越限控制時(shí)間長的兩個(gè)因素:沒有統(tǒng)一的可視化監(jiān)控界面；缺少事故限電一鍵化操作。

2 縮短斷面越限控制時(shí)間的對(duì)策

2.1 事故信息及預(yù)案可視化

在現(xiàn)有監(jiān)視斷面基礎(chǔ)上，設(shè)立500 kV主變N－1入口，建立故障后斷面越限監(jiān)視，主要監(jiān)視上級(jí)電網(wǎng)發(fā)生N－1故障前后本級(jí)電網(wǎng)越限重要斷面潮流、主變狀態(tài)方式調(diào)整等情況。專門收集500 kV主變N－1故障前后斷面越限的信息，置于一個(gè)界面內(nèi)，省去搜集處理信息的時(shí)間且提高了提前發(fā)現(xiàn)斷面越限的可能性，及早做好轉(zhuǎn)移負(fù)荷或者拉限電的準(zhǔn)備。在主變斷面監(jiān)視建立針對(duì)500 kV主變N－1故障斷面越限的入口，將界面信息分為事故前、后，主要采集初始潮流(正常限額、主變潮流、主變?cè)６?、故障后方式調(diào)整、省調(diào)轉(zhuǎn)移方式及負(fù)荷、地調(diào)轉(zhuǎn)移方式及負(fù)荷等信息，界面中具體信息見表2—3。

表2 一號(hào)供區(qū)故障前后信息

表3 二號(hào)供區(qū)故障前后信息

將兩個(gè)供區(qū)分為兩個(gè)界面顯示，同時(shí)在每一個(gè)界面建立轉(zhuǎn)換入口，并將當(dāng)前狀態(tài)實(shí)時(shí)顯示，以確保發(fā)生故障后顯示信息的及時(shí)性。核對(duì)完當(dāng)前狀態(tài)后就可以獲取預(yù)計(jì)拉限電負(fù)荷、轉(zhuǎn)移方式等信息，第一時(shí)間得到需要拉限電負(fù)荷數(shù)、轉(zhuǎn)移負(fù)荷量，以便進(jìn)行后續(xù)的操作。

同時(shí)為了縮短收集信息時(shí)間及提前做好準(zhǔn)備，將兩個(gè)供區(qū)在500 kV主變N－1情況下的預(yù)案可視化，考慮故障下可能發(fā)生的情況，提前擬定好操作票，并導(dǎo)入可視化界面中，一旦發(fā)生N－1故障，可以馬上調(diào)出，并立即執(zhí)行。

實(shí)施后，對(duì)斷面越限進(jìn)行演練，并與實(shí)施前所花的時(shí)間對(duì)比，結(jié)果見表4?？梢暬瘜?shí)施后實(shí)時(shí)信息總量搜集工作大幅減少，且事故信息的搜集工作在一個(gè)窗口中即可完成，極大地方便了人員查看。

表4 可視化實(shí)施前后斷面越限控制時(shí)間對(duì)比min

2.2 采用開關(guān)遠(yuǎn)方化操作及添加事故限電一鍵化操作

一鍵化操作是指發(fā)生故障后，將需要限電負(fù)荷量輸入界面批量控制中，程序按照預(yù)先設(shè)定的邏輯執(zhí)行，減少通知人員操作以及溝通的時(shí)間。500 kV主變壓器N－1故障后，相關(guān)監(jiān)視斷面越限，需要及時(shí)對(duì)斷面越限進(jìn)行控制，在上級(jí)電網(wǎng)和本級(jí)電網(wǎng)負(fù)荷轉(zhuǎn)移后，仍存在越限，為控制越限，采用拉限電操作。對(duì)調(diào)管設(shè)備的線路負(fù)荷轉(zhuǎn)移(線變組開關(guān)、涉及主變停送電的線路開關(guān)除外)及拉限電涉及的開關(guān)操作采用遠(yuǎn)方化操作方式。

針對(duì)一、二號(hào)供區(qū)制定地區(qū)轉(zhuǎn)移方式、開關(guān)操作步驟、拉限電開關(guān)及負(fù)荷數(shù)詳細(xì)步驟，根據(jù)上級(jí)可轉(zhuǎn)移主變潮流，制定本級(jí)拉限電負(fù)荷數(shù)，明確需要拉限電開關(guān)，并做好備用拉限電的準(zhǔn)備。在分析基礎(chǔ)上進(jìn)行后續(xù)拉限電操作，整個(gè)過程時(shí)間很長，嚴(yán)重威脅設(shè)備運(yùn)行。為縮短拉限電操作時(shí)間，基于目前的負(fù)荷批量控制技術(shù)，設(shè)置事故限電一鍵化操作功能，并對(duì)原有操作序列進(jìn)行優(yōu)化，確保在事故發(fā)生后利用事故限電一鍵化功能對(duì)突發(fā)情況進(jìn)行快速處理，進(jìn)而縮短故障響應(yīng)時(shí)間，界面中的具體信息見表5—6。

表5 一號(hào)供區(qū)事故限電一鍵化功能

表6 二號(hào)供區(qū)事故限電一鍵化功能

一鍵化功能實(shí)施后，將由原來的串行操作(按照事故限電序位表的順序逐一拉開相應(yīng)開關(guān))變?yōu)楝F(xiàn)在的并行操作(可以同時(shí)拉開很多開關(guān))，極大地節(jié)省時(shí)間，提高電網(wǎng)供電能力。

結(jié)合上述措施，對(duì)若干斷面越限控制時(shí)間進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果見表7。實(shí)施后，按照特高壓直流事故限電指標(biāo)，抽選出一定數(shù)量的10 kV線路作為主控對(duì)象，重新修訂事故限電序位表，以負(fù)荷更加細(xì)化的10 kV線路開關(guān)替代10 kV主變進(jìn)行控制，形成負(fù)荷批量控制技術(shù)，負(fù)荷控制誤差率均控制在3%以下，和可視化實(shí)施前相比，負(fù)荷控制誤差率進(jìn)一步降低。

表7 采取兩項(xiàng)措施后斷面越限總控制時(shí)間min

3 結(jié)語

目前缺乏減少500 kV主變故障處理時(shí)間的有效手段，為此，本文建立統(tǒng)一的預(yù)案可視化監(jiān)控界面實(shí)施事故限電一鍵化功能的斷面越限控制方法。該舉措與現(xiàn)有的控制手段相比，減少了實(shí)時(shí)信息收集的時(shí)間，縮短了處置斷面越限所需時(shí)間，已在電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行得到應(yīng)用。

針對(duì)目前電網(wǎng)的特殊性、復(fù)雜性，應(yīng)不斷縮短斷面越限以及其他影響設(shè)備安全運(yùn)行情況的時(shí)間，深入開展研究工作，積極推進(jìn)電網(wǎng)安全運(yùn)行。