500 kV線路AVC系統電壓調節異常的分析與防范

張憲寶

(廣東粵電新會發電有限公司，廣東 江門 529149)

500 kV線路AVC系統電壓調節異常的分析與防范

張憲寶

(廣東粵電新會發電有限公司，廣東 江門 529149)

介紹了某電廠因監控系統AVC程序無功分配值錯誤導致的電廠無功電壓控制異常事件。現場分析了本次事件產生的原因，結合異常工況的模擬重現并確定了事件發生的根本原因，最終提出了具體的防范措施，以避免同類事件給機組帶來系統安全問題和經濟損失。

監控系統；AVC程序；無功電壓；防范措施

1 事件經過

2014-02-21T16:43:16，某電廠500 kV I、II母電壓由538.5 kV開始上升至549.78 kV，全廠無功功率從-152 Mvar上升至-69 Mvar(2號機由-76 Mvar升至-38 Mvar，4號機無功功率由-77 Mvar升至-31 Mvar)，最后經人工干預設定機組無功功率，電壓最終恢復正常。

此次異常事件經后續模擬與排查，發現由于監控廠家在進行軟件升級修改時出現變量未賦值等程序錯誤，導致監控系統AVC程序無功分配值錯誤，從而導致電廠無功電壓控制異常。

1.1 事件前運行工況

該廠500 kV母線采用3/2接線方式運行，2，4號機經500 kV巖沙線送出(巖平線處于檢修狀態)，1，2，4號主變中性點經小電抗接地，6號主變中性點直接接地。2，4號機PSS裝置均處于投入狀態，AVC處于電廠當地運行方式，AGC處于當地開環運行方式。

500 kV巖平線處于檢修階段，電廠2號機組有功負荷46 MW，無功-76 Mvar；4號機組有功負荷55 MW，無功-77 Mvar；1，6號機備用，3號機檢修；500 kV I母電壓538.5 kV，500 kV II母電壓538.6 kV，2臺機組頻率均為49.98 Hz。事件發生前，巖平線、巖沙線負荷情況如表1所示。

1.2 事件動作過程

根據EMS、保護動作信息、相關調度及廠站運行記錄，動作過程如下。

(1) 16:42:41，2號機AGC設置為0，處于退出狀態；16:42:47，4號機AGC設置為0，處于退出狀態；16:43:01，4號機AGC設置為1，處于投入狀態；16:43:18，修改全廠有功定值。

(2) 16:43:16，500 kV I母電壓從正常運行電壓538.5 kV開始上升。16:44，500 kV I母電壓超過上限545 kV；2 s后，測值異常，全廠AGC退出，AVC動作，全廠AVC退出；16:44:37，500 kV I母電壓升至549.78 kV。

(3) 16:45:37，運行人員開始干預并設定2，4號機無功功率；4 s后，I母、II母電壓和全廠無功功率開始下降。

(4) 16:46:28，500 kV電壓頻率測值異常復歸；2 s后，測值異常全廠AGC退出，AVC復歸；16:47:26，電壓恢復至538.1 kV；16:48:00，運行人員手動投入全廠AVC成功。

表1 事件前巖平線、巖沙線負荷情況MW

1.3 現象分析

(1) 母線電壓從正常運行電壓538.5 kV開始上升至549.78 kV，歷時1 min 21 s。當電壓升至545 kV時，AVC達到設定上限值后退出運行，但勵磁調節器仍進行增磁，電壓繼續由545 kV上升至549.78 kV，1 min后經運行人員手動干預，電壓開始下降至538.1 kV。

(2) 從LCU歷史曲線記錄看，首先對4號機勵磁調節器進行增磁，16 s后對2號機勵磁調節器也進行了增磁，導致母線電壓上升。

(3) 對2，4號機勵磁調節器檢查時未發現故障信息及調節記錄，機組故障錄波器無啟動記錄，PMU裝置無錄波記錄。

(4) 16:44:00，監控系統有“500 kV電壓頻率測值異常動作”及“測值異常退全廠AGC，AVC動作”信號。檢查發現全廠AVC退出(全廠AGC前已按監控主機重啟要求退出)，2段母線電壓逐漸升至549 kV，檢查監控系統發現無任何調節指令下發。

(5) 檢查監控系統AVC無功調節閉鎖條件為：母線電壓下限為525 kV，上限為545 kV；頻率下限為49.65 Hz，上限為50.75 Hz，越限自動退出AVC無功調節。

2 事件原因查找和結論

2.1 現場排查

(1) 事件發生時的二次回路現場作業有：巖平線計量用電流互感器誤差測試(出現電壓異常時運行人員在做操作準備，還沒有開始試驗)；500 kV第3串設備功能轉移控制流程調試；3號機電氣部分檢修。這些試驗均與母線測量電壓沒有聯系，經分析此類工作也不會引起2段母線電壓升高。

(2) 對母線電壓異常情況進行現場檢查分析，未能找到本次母線電壓異常的具體原因。

(3) 根據現場勵磁調節器的調節記錄和機組故障錄波器啟動記錄，初步判定不是勵磁系統問題。根據現場發回的監控操作記錄情況，初步判斷是監控系統發令，而AVC向機組發令的可能性最大。因此，通知現場將AVC退出。

2.2 異常工況模擬

監控系統廠家針對2014-02-21異常工況進行了模擬重現，最終確定了事件發生的根本原因。

(1) 依據母線電壓差計算得知AVC全廠總無功分配值無問題，但將其分配給2號機組和4號機組時，單機無功分配值不正確。

(2) AVC全廠總無功分配原則為等功率因數(無功分配值與機組有功成一定比例)，但在實際運行中發現該電站在深度進相運行時存在各機組無功分配不平衡問題。因此根據實際情況，該電廠于2011年3月增加了機組進相運行的特殊分配策略，即當AVC全廠總無功分配值為負值時，各機組的無功分配值按照機組有功實際向上調節區間成比例分配。

模擬工況：2014-02-21T16:35，2，4號機組發電且參加AVC，有功功率分別為46 MW和55 MW，2，4號機組有功最大可調節值均為310 MW，AVC電壓曲線設定值為538 kV，I母AB線電壓538.5 kV，II母AB線電壓539 kV。

正常無功分配值的計算如下所示：

2號機組無功分配值(單位，Mvar)：

4號機組無功分配值(單位，Mvar)：

其中：-76是機組無功實發；5是AVC調壓系數，單位為Mvar/kV；538是母線電壓設定值(曲線)；538.5是母線電壓實測值；(310-46)表示2號機組有功向上調節范圍，(310-55)表示4號機組有功向上調節范圍。

(3) 按照該算法，機組的無功分配值在正常情況下無問題。但檢查AVC的分配子程序時，發現中間變量Ptmpdelta在申請變量后、使用前沒有賦初始零值，造成計算公式演變成如下形式。

2號機組無功分配值(單位，Mvar)：

4號機組無功分配值(單位，Mvar)：

由于Ptmpdelta沒有賦初始零值，雖然在絕大部分情況下其值為0，但在某些特殊工況(如增加6號機組的AGC/AVC配置，即增加了參數個數和數組規模)下，Ptmpdelta可能為正值。

(4) 在模擬2014-02-21工況時，通過在程序中申請變量后打印Ptmpdelta數值，發現Ptmpdelta數值大小不定，造成機組無功分配值出現異常。

根據分配公式，當Ptmpdelta為負值時，2，4號機組無功分配值將比實際分配的數值要小(絕對值則是大)；而當Ptmpdelta為正值時，2，4號機組無功分配值將比實際分配的數值要大(絕對值則是小)。因此，當Ptmpdelta為隨機負數時，即可解釋模擬工況的現象；Ptmpdelta為隨機正數時，即可解釋母線電壓異常升高現象。

3 整改措施

(1) 完善監控程序設計和測試環節。在使用Ptmpdelta的程序段時，首先要賦予Ptmpdelta的初值為0，以消除機組無功分配值可能偏大或偏小的bug；其次要求廠家全面排查AGC及AVC代碼，確保涉網程序代碼不存在類似問題。

(2) 增加監控系統動作指令輸出監視功能，以便于系統運行異常后進行分析。

(3) 加強入網設備管理，做好及時報送入網設備相關材料的審批及備案工作。原則上不允許未經嚴格測試的代碼在現場運行。若現場更改代碼，必須經過供應商嚴格的程序審核和測試程序，并由供應商蓋章認可。

(4) 電廠需完善現場運行規程，明確AGC、AVC等程序異常退出運行后的核查和事故處理原則。當原因未查明時，不得擅自投入有關功能，避免出現不可控事件。

(5) 加強PMU等涉網自動化設備的相關技術培訓，不斷提高專業技術人員分析和解決實際問題的能力，以防止AVC、AGC等自動控制功能退出后運行人員無法正常實施調控。

4 結束語

AVC監控系統在電廠中得到廣泛應用，該系統通過AVC的執行終端向勵磁調節器發出控制信號，以增減勵磁調節器電壓的給定值來改變發電機勵磁電流，進而調節發電機無功出力，使其維持在電網電力調度通信中心下達的電壓指令(或無功指令)附近，實現電壓無功自動調控。但在實際應用中，調控指令軟件方面仍存在缺陷。

通過對該異常運行事故的分析與現場排查，證明設備本體和產品軟件對安全生產有重要影響，設計瑕疵或修改升級均會給設備安全運行埋下隱患。此次事故后，該電廠對機組相關設備的監控軟件管理缺陷進行了整改。截至目前未再發生此類事故，徹底消除了發電和電網的安全隱患。

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5 王 瑋．電網監控系統遙控操作防誤研究[J]．電力安全技術，2014(3)．

2014-07-26。

張憲寶(1986-)，男，工程師，主要從事電力系統繼電保護工作，email：huagong2010@yeah.net。