濟南電網應對大面積停電事故有關問題研究

汪 湲 ，馬 強 ，黃光政 ，呂天光

（1.山東電力集團公司，山東 濟南 250001；2.濟南供電公司，山東 濟南 250012；3.山東大學電氣工程學院，山東 濟南 250002）

0 引言

近二十年來，國內外電力系統大面積停電事故時有發生，均造成了嚴重后果。隨著電力系統規模的日益擴大，系統的動態行為愈加復雜，運行條件變得更加苛刻，更難預測，由局部故障引發大面積停電事故的風險有所增加。國內外電力系統的運行實踐充分說明，已經采用的新設備和新技術固然能為系統的安全穩定運行提供有力保障，但無法從根本上避免大停電事故的發生。大部分惡性停電事故的擴大，大都因為缺乏行之有效和恰當的恢復方案使得恢復過程被延誤造成的。為了減少停電事故造成的損失，電力部門對恢復控制愈加重視。我國從1998年開始要求各省公司制定區域電網黑啟動方案，并在2000年頒布的《電力系統安全穩定控制技術導則》中增加了恢復控制一章。由此可見，研究區域電網應對大面積停電事故的有關問題并制定相關應急啟動措施對于電力系統安全穩定運行具有重要的理論和現實意義。

1 濟南電網恢復供電應急啟動原則

濟南電網是山東電網的重要組成部分，現有大型火電廠3座，機組12臺，裝機容量3 570 MW；地方電廠24座，裝機容量1 053.2 MW。除個別地方電廠具備全黑狀態下自啟動能力外，其余發電機組啟動均需借助外部電源。3座大型發電廠周邊均有具備自啟動能力或借助外供電能夠快速啟動的地方電廠。基于濟南電網上述特點，在確定恢復供電應急啟動路經時制定下列原則。

1.1 化整為零、分片啟動

當電網事故引發系統失去安全運行能力而進入“黑狀態”時，不可能在短時間內將電網恢復到正常方式和對全部負荷的供電。應根據電網結構的特點，合理劃分區域，各區域必須安排一至兩臺具備黑啟動能力機組，并合理分布［1］。各區域分別啟動，條件成熟時進行并列，進而恢復全網的正常運行。啟動過程中，一是速度要快，二是恢復或重新構建新的運行方式的過程必須是有序的，三是新的運行方式必須是一個穩定的方式［2］。

基于以上思路，按照各電廠最低啟動時所需負荷，確定以3個大型火電廠為中心，以對重要負荷的恢復為路徑的原則，將濟南電網劃分為3個應急啟動子系統。這3個子系統基本覆蓋了濟南電網主網架，同時對電鐵等重要負荷有多個子系統覆蓋，可多途徑恢復供電。各子系統在重要區域的相互重疊保證了恢復路徑的多選性，可有效提高應急啟動的靈活性和可靠性。

1.2 先主后次、有序供電

交流消失后，各廠站的站用電由直流蓄電池供給。由于蓄電池的容量和供電時間有限，若停電時間太長可能導致開關無法操作，從而延誤恢復。因此，在電網全停后，調度應及時將連接應急啟動電源到最重要廠站必經通道上的有關開關合上，保證通道的暢通。在各子系統應急啟動電源建立后，應首先恢復重要廠站的站用電，以及調度中心和電信部門的供電以保證通訊暢通。

在電網恢復的初期，為保證應急啟動電源在低負荷水平下穩定運行，需及時恢復部分負荷。但負荷恢復速度過快又可能造成電網頻率和電壓的重新崩潰，也可能因負荷分配不合理造成線路潮流過重引發低頻振蕩，導致啟動過程失敗。因此，需根據負荷的重要程度制定恢復輪次，在頻率、電壓穩定的前提下逐級恢復。

此外，由于對應急啟動機組以及應急啟動過程的不可預知性，需對應急啟動電源留出備用容量，增加負荷分配方案的可操作性。同時，由于各子系統應急啟動電源不但需滿足本子系統需要，還可能作為相鄰子系統的啟動電源，因此在制定負荷分配方案時需為相鄰子系統留有備用。

子系統的劃分。根據上述原則，將全停后的濟南電網劃分為3個子系統，各子系統內均有獨立的應急啟動電源。

子系統一（黃臺電廠片區）如圖1所示，子系統二（章丘電廠片區）如圖2所示，子系統三（石橫電廠片區）如圖3所示。

2 濟南電網應急啟動措施概述

考慮電網崩潰后，所有發電廠從機端解列，線路開關并不會跳閘，所有線路的保護和安控裝置保持在投入位置，以此作為應急啟動的初始狀態。

圖1 黃臺電廠片區系統圖

圖2 章丘電廠片區系統圖

圖3 石橫電廠片區系統圖

2.1 子系統一應急啟動措施

以明湖熱電廠1～3號機組（15 MW+12 MW+30 MW）作為主要啟動電源，經北郊站啟動北郊熱電廠5號機組（60 MW）后，再經水屯站為黃臺電廠7號機組（330 MW）提供廠用電源。同時，令濟鋼燃電乙站啟動6號燃油機組，經歷城站為黃臺電廠7號機組提供廠用電源。兩路啟動路經同時進行，互為備用。黃臺電廠7號機組啟動后，逐步恢復 8～10 號機組（3×330 MW）運行，同時恢復省調、地調及黃臺電廠周邊220 kV變電站運行。小系統建立后，應逐步增加電廠出力并逐級恢復負荷，保證安控裝置的可靠投入，并分別經黃濟Ⅰ線、許清線與子系統二、子系統三并列運行，提高小系統的穩定水平。小系統穩定后，逐步恢復對黃臺片區內東門、美里湖、清河、韓倉站及所帶負荷的供電。

子系統一啟動步驟1：啟動黃臺電廠7號機組，圖4所示。

圖4 黃臺電廠7號機組啟動路徑圖

子系統一啟動步驟2：逐級啟動黃臺片區，圖5所示。

圖5 黃臺電廠片區逐級啟動路徑圖

啟動過程中黃臺片區各變電站電壓情況如表1。

表1 啟動過程中黃臺片區各變電站電壓

2.2 子系統二應急啟動方案

以瑯溝熱電廠1～3號機組（5 MW+12 MW+30 MW）及明水熱電1～3號機組（6 MW+15 MW+12 MW）作為主要啟動電源，經明水站為章丘電廠1號機組（145 MW）提供廠用電源。 章丘電廠1號機組啟動后，逐步恢復 2～4號機組（145 MW+2×330 MW）運行，并逐級恢復章丘電廠周邊220 kV變電站運行。小系統建立后，應逐步增加電廠出力并逐級恢復負荷，保證安控裝置的可靠投入，并經黃濟Ⅰ線與子系統一并列運行，提高小系統的穩定水平。濟南站220 kV母線帶電后，待500 kV主網架啟動后經濟南站主變與500 kV系統并網。

子系統二啟動步驟1：啟動章丘電廠1號機組，圖6所示。

圖6 章丘電廠1號機組啟動路徑圖

子系統二啟動步驟2：逐級啟動章丘片區，圖7所示。

圖7 章丘電廠片區逐級啟動路徑圖

章丘片區啟動后各變電站電壓情況如表2。

表2 章丘片區啟動后各變電站電壓情況

2.3 子系統三應急啟動方案

以琦泉熱電廠 1～5號機組（6×3 MW+12×2 MW）作為主要啟動電源，經北土站、平陰站為石橫甲站4號機組（315 MW）提供廠用電源。石橫甲站4號機組啟動后，逐步恢復1～3號機組（3×315 MW）運行，并逐級恢復周邊220 kV變電站運行。小系統建立后，應逐步增加電廠出力并逐級恢復負荷，保證安控裝置的可靠投入，并經清美線與子系統一并列運行，經邢姚Ⅰ線與子系統二并列，提高小系統的穩定水平。長清站220 kV母線帶電后，待500kV主網架啟動后經長清站主變與500kV系統并網。

子系統三啟動步驟1：啟動石橫電廠4號機組，圖8所示。

圖8 石橫電廠4號機組啟動路徑圖

子系統三啟動步驟2：逐級啟動平陰片區，圖9所示。

圖9 石橫電廠片區逐級啟動路徑圖

平陰片區啟動后各變電站電壓情況如表3。

表3 平陰片區啟動后各變電站電壓情況

3 應急啟動過程中需注意的問題

電網應急啟動過程中會出現空載線路及變壓器充電、變壓器帶小負荷、小網獨立運行、不同啟動子系統間并列等多種情況，應注意有功、無功功率平衡，防止發生自勵磁和電壓失控及頻率的大幅度波動。

3.1 初始可控狀態的設定

在系統崩潰后，啟動電源點及快速通道上的變電站自行拉開各電壓等級出線開關，快速通道上非同期點開關需置于合閘狀態。其他失壓廠站應拉開母聯開關和其他電源開關，但每組母線上保留一個可能來電的電源開關，這樣有助于簡化網絡結構、實現快速恢復。

3.2 恢復過程

在恢復初期，為保證各子系統啟動電源在最低負荷水平下穩定運行，保持合適的電壓水平，需及時接入一定容量負荷，同時盡快向本子系統中的其他電廠送電，以加速全系統的恢復。電源點機組的啟動和用戶端負荷的恢復應交替進行，并密切監視頻率及電壓變化。對負荷的送電應考慮系統容量與沖擊負荷的關系，留出出力裕度。

3.3 機組逆功率保護

在啟動初期，系統規模較小，為了保證系統穩定或具有一定備用啟動容量，啟動電源點一般安排了2臺及以上機組同時并網，并有一個并列空載的過程。因未帶負荷，機組的勵磁電流、功角等很難達到完全一致，逆功率保護容易誤動。因此，啟動過程中應將該保護臨時改為只投信號，待機組運行穩定并帶有一定負荷后再行恢復跳閘功能。

3.4 直流系統運行情況

事故發生后，直流系統浮沖裝置因交流電源消失而自動退出運行，僅靠蓄電池供電。因此，事故處理應注意節約直流電源，盡量采取手動操作。對于利用直流系統起勵的機組，可將直流母線聯絡，使多組蓄電池并聯運行。對于變電站，應提前對直流系統容量進行校驗。

3.5 啟動通道上主變調壓系統操作機構選擇

對啟動通道中有關線路或主變充電時，可能出現工頻過電壓，因此應通過調整啟動機組機端電壓和變壓器分接頭的方式來防止電壓越限［3］。在啟動通道上的主變調壓系統的操作機構應改為直流電動機，或配置應急柴油發電機。

3.6 調度命令的執行

啟動過程中，省調與地調應及時溝通，統一調度命令口徑，防止調度命令的錯誤執行。

4 結語

電網的安全穩定運行關乎人民生活、經濟發展和社會穩定，是電網企業首要的社會責任。隨著電力系統規模的日益擴大，特別是特高壓電網的發展，需要進一步研究特高壓聯網情況下區域電網應對大面積停電事故的有關問題和措施，進一步提高措施的可操作性，為有關人員處理事故提供科學和有效依據，防止事故擴大，確保電網安全穩定運行。