陜北區域電網安全穩定自動控制系統分析

摘要：現代電力系統的實時性及其復雜性使得對電力系統可靠性、安全性的要求達到了一個空前的高度。在電力系統裝設安全穩定緊急控制裝置，是提高電力系統安全穩定性、防范電網穩定事故、防止發生大面積停電事故的有效措施。安全穩定控制裝置是維持電力系統安全穩定和可靠運行必不可少的第2道防線和第3道防線。同時也應注重安全穩定系統的檢查及維護，避免系統拒動或誤動。

關鍵詞：安全穩定控制裝置；可靠性、安全性；維護

作者簡介：李國鋒（1982-），男，陜西神木人，神華國能（神東電力）集團郭家灣電廠生產技術部電氣A級主管，助理工程師。（陜西

府谷 719408）

中圖分類號：TM761 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）09-0255-02

電網安全穩定運行與否直接關系到國計民生，電網相應的安全穩定保障措施也在不斷完善。總體來講，保障電網安全穩定有三道防線，即：快速可靠的繼電保護，有效的預防性控制措施，確保電網在發生常見的單一性故障時能保持電網的穩定運行；采用穩定控制裝置及切機、切負荷等緊急控制措施，確保電網在發生概率較低的嚴重故障時能維持穩定運行；設置失步解列、頻率及電壓緊急控制裝置，當電網遇到概率較低的多重嚴重故障而穩定性被破壞時，切除故障，防止大面積停電。

一、陜北電網安全穩定控制系統分析

陜北電網主網結構如圖1所示。陜北電網發用電嚴重不平衡，截至2012年底，陜北電網共建成投運2座750kV變電站及11座330kV變電站，變電總容量為8760兆伏安，其中，750kV變電容量為4200兆伏安、330kV變電容量為4560兆伏安。電源方面以火電裝機為主，接入的主要電廠有：清水川電廠（2×300MW）、郭家灣電廠（2×300MW）、神華電廠（2×110MW）、上河電廠（2×135MW）等，總裝機容量為2025MW。另外，在靖邊地區還投運了一些風電、光伏等新能源電站，總裝機容量為196MW，均通過330kV統萬變接入電網。負荷方面近年來雖然增長迅猛，但總體而言仍遠小于區內電源裝機容量，2012年榆林電網年均負荷僅為784MW、延安電網年均負荷約617MW，陜北電網整體上呈現出力嚴重過剩的局面，日均富裕電力約620MW，需向關中主網大量送電進行消納。陜北至關中地區輸電線路長達600km，電網穩定問題較為突出。2013年，雙河電廠投運后，陜北電網送出受阻問題更加嚴重，送出主要受阻于“750kV橫洛雙回+330kV橫綏雙回+統延”斷面N-2動穩水平的限制。神華神東電力郭家灣電廠地處陜北電網最末端，電量送出受限更加嚴重，其中2010～2012年郭家灣電廠讀機組出力系數分別為62.94%、63.89%、61.28%，生產經營成本較大。

陜西關中地區用電負荷需求較大，在某些時間段甚至有拉閘限電的現象，因此，提高陜北電量外送能力就顯得尤為必要。為解決陜北電網送出受阻問題，陜西電力公司組織實施了穩控切機措施，以提高陜北電網送出能力，保證電網安全穩定運行，即在750kV榆橫變和洛川變，330kV榆林、神木、統萬、朱家變以及雙河、清水川、郭家灣等發電廠配置了穩控裝置，并通過雙路2M光纖通道將上述穩控裝置相聯，構成區域型安全穩定控制系統（見圖2）。

陜北電網穩控系統投入運行后，“750kV橫洛雙回+330kV橫綏雙回+統延”斷面的動穩極限將由950MW提高至1550MW，“330kV榆橫+榆龍”、“330kV當榆雙回”、“330kV神當雙回”等斷面的熱穩極限最大可提高至1400MW，送出受阻問題得到顯著緩解。同時，郭家灣電廠發電外送能力也得到了改善。為滿足陜北電網穩控系統的工作要求，郭家灣電廠配備有雙套安全穩定控制裝置，其主要功能包括以下幾個方面：

1.高頻切機功能

當裝置檢測到系統頻率（330kV母線電壓的頻率）升高時，可根據當時機組的出力與允切情況選切相應的機組。郭家灣電廠高頻功能共分為告警和動作切機輪，其中動作輪可由功能控制字單獨投退。當頻率≥告警定值，延時一定時間發高頻告警信號；當頻率≥動作定值，延時一定時間切除本廠“允切壓板投入”且出力最大的一臺運行機組。

2.接收榆林變遠切命令功能

接收并執行榆林變發來的遠切命令。

3.母線頻率上送功能

為便于榆林變判孤網高頻切機，將本廠母線頻率（兩段母線投運且電壓均正常時，取兩段母線頻率較小值；其中一段母線檢修或電壓異常取另一母線頻率；兩段母線均檢修或電壓均異常則置為0）上送至榆林變。

4.機組信息上送功能

測量本廠兩臺機組的運行工況，將發電機出口電流、電壓、330kV母線電壓、外送線路電流、電壓等信號上送至榆林變安全穩定控制系統主站。

5.各種功能投退及告警

裝置有安穩切機允許壓板、總功能壓板、機組檢修壓板、通訊通道壓板、高頻切機投退壓板等，通過壓板的通斷可以實現相應保護及自動功能的投退。同時，裝置輸出三組中央信號：一是本地中央信號，包括裝置動作信號、通道中斷信號、系統異常信號、裝置異常信號、直流電源消失；二是遠傳信號，包括裝置動作信號、通道中斷信號、系統異常信號、裝置異常信號、直流電源消失；三是啟動錄波信號，包括一對裝置動作信號接點，可以供裝置動作后啟動故障錄波器用。

郭家灣電廠與清水川電廠將穩控信息上送至榆林安全穩定控制系統主站，通過榆林主站安全穩定控制系統對各廠站上送信息進行智能判斷，可在0.2s內切除清水川、郭家灣兩座電廠總出力不小于需要切除量的若干臺機組，保證電網的穩定性。

二、存在的問題及控制措施

任何事物皆有兩面性，發電廠安全穩定控制系統也是一樣，在增加了電網末端廠站電量外送能力的同時，也給各廠站帶來了一些安全隱患，需要采用相應的控制措施。

1.存在的問題

（1）電網安全穩定控制系統的正常運作需要陜西區域內各個廠站正確的信息上傳和主站軟件的正常運行來保障。作為一套分析判斷系統，每一路信號的正確與否都會對全網的運行方式產生影響，各廠站在安排部分涉網設備檢修停運時，需輔助以大量的安全控制措施，給電網調度部門及廠站執行部門帶來了困難。

（2）如果主站控制系統軟件或硬件出現故障，會導致裝置誤動作出口切機，將造成大面積的電網停電。

（3）廠站內部需將大量電氣量接入安全穩定控制裝置，同時將安全穩定裝置出口跳閘回路引接至高壓斷路器控制箱，電纜敷設量大、距離較長，易造成由于電纜絕緣故障而引發的發電機組跳閘事故。

（4）神華神東電力郭家灣電廠裝機容量為2×300MW，鍋爐為哈爾濱鍋爐廠首臺300MW級循環流化床鍋爐，電廠處于陜西電網末端，按照控制要求在事故情況下，電廠機組是安全穩定控制系統首切的對象，在極端狀況下，電廠存在電廠兩臺機組同時被系統切除的風險。循環流化床機組雙機停運后，啟動氣源及冬季供暖問題將凸顯。

2.控制措施

（1）各廠站要嚴格按照陜西省調度部門下發的運行管理規定編制各自的系統運行規程，在進行設備停服役操作及機組設備狀態轉換時，要依據運行規程開具相應的操作票，在操作過程中要與調度部門進行申請匯報，保證操作的準確性、正確性。同時，要按照調度部門的安排，對安全穩定控制系統開展聯合調試工作。在電網各種工況下，要對廠站的安全穩定裝置動作情況進行逐一試驗，以保證整個系統的完備性及準確性。

（2）定期對安全穩定控制系統進行試驗，可將各廠站安全穩定控制裝置投入信號狀態，通過主站模擬相應的邏輯，開展靜態試驗，對各個電氣量進行檢查，有必要者可要求裝置廠家技術人員進行現場支持，以確保信號傳輸的準確性。同時，各個廠站利用機組檢修機會，對各自安全穩定控制裝置聯跳機組斷路器功能進行動態傳動實驗，保證各廠站安全穩定裝置出口的可靠性。

（3）各廠站將安全穩定控制裝置輸出的中央信號接入控制室或值班室，在裝置告警或動作時，可及時發現，并組織處置，以保證安全穩定系統運行可控、在控。

（4）制定電纜檢查管理制度，定期對廠站電纜溝及電纜橋架進行檢查整治，防止電纜溝內進水凍結、小動物破壞、異物劃破或被熱力管道燙傷而導致絕緣降低，以至于安全穩定控制系統誤出口動作，造成機組非計劃停運。同時，利用機組檢修停運的機會，對所屬系統的信號電纜及控制電纜進行絕緣測試，以保證電纜絕緣、可靠。

（5）郭家灣電廠位于陜北電網的末端，在安全穩定控制邏輯中，有雙機被切除的可能，對于循環流化床機組，兩臺機組被同時切除后，鍋爐啟動蒸汽源及冬季設備防凍問題將非常嚴峻。故郭家灣電廠應對運行規程進行完善，在單臺機組運行的情況下可申請調度部門退出另外一臺機組的安穩切機功能，保證單機穩定運行，但退出安穩切機功能后，將造成機組降負荷至電網穩定限度以下。

（6）加強人員培訓，不斷提高操作及維護人員的技能水平。積極組織各種應急演練，確保事故處置得當有效。

三、結論

陜北區域安全穩定控制系統的投運，大大增加了電網斷面的電量外送能力，提高了末端電廠的機組負荷率，但在某些極端狀況下，也會切除電網末端電廠的發電機組。作為發電企業，發電量是盈利的基礎，在享受電網改造帶來的額外負荷的同時，也應大力整治廠內主輔機設備，提高設備可靠性，保證機組的穩定運行，全力配合調度部門的工作，共同營造和諧的廠網關系，實現共贏。

（責任編輯：孫晴）