山西北部電網安全穩定控制系統配置方案研究

候媛媛　張友民

摘 要：為了使山西北部電網可以安全、穩定的運行，對規劃的平魯500 kV變電站工程投產后的山西北部電網進行安全、穩定方面的計算，校核現有安全穩定控制系統能否滿足電網的運行要求，并據此提出了修改配置方案的建議。該方案對類似電網安全穩定控制系統的設計有一定參考作用。

關鍵詞：安全穩定控制系統；潮流計算；暫態穩定；動態穩定

中圖分類號：TM76 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）16-0014-02

緊急控制的基本思想就是當電網受到大擾動而出現緊急情況時，通過執行切機、切負荷等緊急控制措施，使系統恢復正常的運行狀態。在電力系統裝設安全穩定緊急控制裝置，是提高電力系統的安全性、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。

山西北部電網包括大同、朔州和忻州3個供電區，其中，朔州、忻州220 kV電網聯系緊密，通常以忻朔電網劃分。除了以雁同、朔州、忻州3個500 kV站為支撐的省內電網外，山西北部向外送電的通道有：大同二電廠至房山3回500 kV線路、神頭二電廠至保北2回500 kV線路。目前，山西北部電網分別配置了山西北部外送和忻朔地區2套安全穩定控制系統。

為了保障山西北部電網和相關華北電網的安全、穩定運行，本文主要對規劃500 kV平魯變電站工程投產后北部電網安全穩定控制系統的控制策略進行校驗，并提出相應的修改建議。

1 山西北部電網安全穩定計算分析

平魯500 kV變電站本期規劃建設主變容量2×1 000 MVA，500 kV進出線本期3回，即至五寨500 kV變電站2回、至雁同500 kV變電站1回。待平魯變電工程及部分電源陸續投產后，北部電網負荷和網絡結構將發生較大的變化。山西北部電網規劃地理接線圖如圖1所示。

本文主要對目標年（2015年）北部正常開停機和大發方式下山西北部電網進行故障潮流、暫穩和動穩計算。通過計算發現，系統發生任意N-1或檢修N-1故障時，系統都能保持暫態穩定，但是，部分故障會存在主變或線路過載、動態失穩的現象，需要調整運行方式，采取相關的切機等措施，具體分析如下。

1.1 計算邊界

1.1.1 潮流計算條件

潮流計算的條件是：①按五寨—興縣雙回500 kV通道投產前、后相關數據進行計算。②北部大發方式。如果考慮五寨至興縣西通道，在滿足朔云、忻侯雙等北電南送通道輸送容量限制的前提下，北部電網水、火電需配合停機比例至少控制在44%以上（北部總裝機23 378 MW，不含京隆）；如果五寨至興縣西通道未投，則北部電網水、火電需配合停機比例至少控制在56%以上。③為了完整、有效地討論穩定計算結果，各種方式都要依據斷面潮流極限在北部大發方式上進行調整。

1.1.2 穩定計算條件

該設計暫態穩定計算采用三相短路不重合故障方式檢驗電力系統的穩定情況。采用BPA暫態穩定程序進行計算，其中，發電機采用Eq變化模型，負荷采用感應馬達模型。

500 kV線路保護動作時間（含開關動作時間）為0.1 s，220 kV線路保護動作時間為0.12 s。如果變壓器發生故障，變壓器500 kV側開關0.1 s切除故障，220 kV側開關0.12 s切除故障。

1.2 過載切機

五寨—興縣通道投產：當平魯1臺1 000 MVA的主變500 kV側發生故障時，0.1 s跳500 kV、0.12 s跳220 kV；另1臺主變過載76%，需切除安太堡電廠2×350 MW機組，以滿足電網故障的運行要求。

五寨—興縣通道未投：五朔線路輸送潮流2 200 MW，發生五寨—朔州1回故障，2回同時跳開時，系統穩定但平魯—雁同線路過載47%，需要切除河曲2×600 MW、安太堡1×350 MW

機組，以滿足電網故障的運行要求。

五寨—興縣通道未投：五朔線路輸送潮流2 200 MW，發生五寨—朔州2回500 kV線路1回檢修，另1回故障后跳開，系統穩定但平魯—雁同線路過載29.6%.切除了河曲2×600 MW機組后，可以滿足電網故障的運行要求。

五寨—興縣通道未投：發生朔州—云頂山500 kV線路故障，朔州—云頂山、朔州—忻州500 kV線路跳開時，系統穩定但朔州—神二線路過載34%.切除神電2×600 MW、河曲1×600 MW機組后，可以滿足電網故障的運行要求。

1.3 動態失穩切機

五寨—興縣通道投產：發生平魯—五寨雙回500 kV線路1回故障，雙回同時跳開時，平魯站附近神頭二期電廠、木瓜界電廠、右玉熱電、安太堡電廠和附近的風電機組動態失穩。僅切除安太堡1×350 MW機組后，系統恢復穩定，但平魯—雁同線路過載49%.如果切除神頭二期電廠1×1 000 MW、木瓜界1×660 MW機組后，則系統穩定且無過載線路。

五寨—興縣通道投產：發生雁同—神二2回500 kV線路1回雁同側故障，雙回線路跳開時，系統動態失穩。分析結果是：①大同電網正常開、停機方式，大二、京隆、塔山、恒北機組全切也無法恢復穩定。②結合調整運行方式，潮流中關停塔山1×600 MW后，大同停機比例約為29%.此時，穩定計算中切塔山2×600 MW、京隆2×600 MW、大二3×600 MW共7臺機組后，系統恢復穩定。

2 安穩裝置配置現狀及適應性分析

2.1 安穩裝置配置現狀

目前，山西北部電網分別配置了山西北部外送和忻朔地區2套安全穩定控制系統。其中，山西北部外送安全穩定控制系統共涉及10個廠站的裝置。按照各廠站裝置功能上的差異，可將裝置分為 3 類：①控制主站——500 kV雁同站、大同二廠、神頭二廠；②切機執行站——河曲電廠、塔山電廠、京隆電廠、恒北電廠；③測量站——房山站、保北站、神頭一廠。山西北部外送安全穩定控制系統及其所屬的廠站均由華北電力調控分中心調度，主要解決北部電網發生大房雙回或大房三回500 kV線路故障、掉閘等嚴重事故造成大同和華北電網失穩時采取切機措施時的問題。

忻朔地區安全穩定控制系統是由朔州500 kV站主站（含從站）、平朔電廠子站、河曲電廠子站、神二電廠子站、神泉電廠子站和云頂山500 kV站子站組成。此套穩控系統的主要功能是控制忻朔電網斷面潮流，在500 kV線路檢修故障方式和朔州主變N-1情況下發生失穩或過載故障時，采取切機（包括220 kV層面風機和平朔電廠機組）措施，以保證系統運行的穩定性。

2.2 安全穩定控制系統適應性分析

對北部電網的故障潮流和穩定計算結果進行分析，現有的安全穩定控制系統的工程安穩裝置基本可以滿足2015年電網運行的要求。平魯500 kV站的建設新增了雁同—平魯—五寨通道，這對北部大同電網的穩定有著非常重要的意義。通過以上分析，計算此次需調整的相應安穩裝置配置。

本期平魯站接入系統后，平魯至五寨雙回線路發生N-2故障，平魯至雁同1回500 kV線路過載，平魯站配置2套安全穩定控制系統（內設聯切裝置）作為主站；神頭二期電廠、木瓜界電廠、安太堡電廠配置2套安穩控制系統作為執行站，切除機組；雁同站配置一子站作為其測量站，上送其開關位置。

平魯站1臺主變N-1故障，另1臺主變會出現過載的情況。平魯站本期配置的2套安穩系統需要配置實現主變過載聯切功能。

平魯站接入系統后，在正常方式下和大雁檢修、大房檢修方式下，雁同—神二雙回500 kV線路發生N-2故障，雁同至大二雙回500 kV線路N-2故障都會使系統失穩，需要切除塔山電廠、京隆電廠、大二電廠的部分機組。原有的山西北部外送安穩控制系統需要升級改造，修改切機策略。

如果五寨至興縣雙回500 kV線路沒有與平魯站同期建設，會發生五寨至朔州雙回線N-2故障；五寨至朔州1回線檢修，另1回故障；朔云線、朔忻線等3條線外送通道斷開。在以上故障情況下均會使平魯至雁同500 kV線路過載，平魯站安全穩定主站需要增加與忻朔地區安全穩定控制系統——朔州500 kV站主站的通信功能。將朔州500 kV站作為忻朔地區安全穩定控制系統的1個主站，由朔州主站負責切除河曲電廠、神泉電廠機組，平魯主站切除木瓜界、安太堡機組。

3 結論與建議

3.1 結論

平魯500 kV站接入系統后，無論五寨至興縣雙回500 kV線路是否同期建設，平魯站都需要配置2套安全穩定控制系統，神頭二電廠、木瓜界、安太堡電廠、雁同500 kV站需要配置配套的穩定控制系統子站。

山西北部外送安全穩定控制系統中的雁同站策略需要修改。

五寨至興縣雙回500 kV線路沒有同期建設，忻朔地區安全穩定控制系統朔州站的穩控策略需要修改。

3.2 建議

由于山西北部地區電源裝機較多，負荷相對較小，目前，存在北部電網窩電、朔州主變嚴重過載和220 kV電網N-1過載的問題。受北電南送通道輸送能力的限制，目前只能通過調整運行方式控制電源出力來保證電網的安全運行。建議加快五寨—興縣西部通道的建設。

為了滿足忻朔地區風電場的接入和送出，解決朔州主變過載、大同電網穩定的問題，建議加快推進平魯500 kV變電站的建設，將北部部分電源通過平魯至特高壓通道外送。

參考文獻

[1]宋錦海，李雪明，姬長安，等.安全穩定控制裝置的發展現狀及展望[J].電力系統自動化，2005，29（23）.

[2]朱浩駿.電網安全穩定控制系統的應用與發展[J].沿海企業與科技，2009（10）.

[3]中國電機工程學會繼電保護專委會.DL/T 723—2000 電力系統安全穩定控制技術導則[S].北京：中國電力出版社，2001.

[4]楊俊鋒.廣東電網安全穩定水平及安全穩定控制系統配置研究[D].廣州：華南理工大學，2005.

〔編輯：白潔〕

忻朔地區安全穩定控制系統是由朔州500 kV站主站（含從站）、平朔電廠子站、河曲電廠子站、神二電廠子站、神泉電廠子站和云頂山500 kV站子站組成。此套穩控系統的主要功能是控制忻朔電網斷面潮流，在500 kV線路檢修故障方式和朔州主變N-1情況下發生失穩或過載故障時，采取切機（包括220 kV層面風機和平朔電廠機組）措施，以保證系統運行的穩定性。

2.2 安全穩定控制系統適應性分析

對北部電網的故障潮流和穩定計算結果進行分析，現有的安全穩定控制系統的工程安穩裝置基本可以滿足2015年電網運行的要求。平魯500 kV站的建設新增了雁同—平魯—五寨通道，這對北部大同電網的穩定有著非常重要的意義。通過以上分析，計算此次需調整的相應安穩裝置配置。

本期平魯站接入系統后，平魯至五寨雙回線路發生N-2故障，平魯至雁同1回500 kV線路過載，平魯站配置2套安全穩定控制系統（內設聯切裝置）作為主站；神頭二期電廠、木瓜界電廠、安太堡電廠配置2套安穩控制系統作為執行站，切除機組；雁同站配置一子站作為其測量站，上送其開關位置。

平魯站1臺主變N-1故障，另1臺主變會出現過載的情況。平魯站本期配置的2套安穩系統需要配置實現主變過載聯切功能。

平魯站接入系統后，在正常方式下和大雁檢修、大房檢修方式下，雁同—神二雙回500 kV線路發生N-2故障，雁同至大二雙回500 kV線路N-2故障都會使系統失穩，需要切除塔山電廠、京隆電廠、大二電廠的部分機組。原有的山西北部外送安穩控制系統需要升級改造，修改切機策略。

如果五寨至興縣雙回500 kV線路沒有與平魯站同期建設，會發生五寨至朔州雙回線N-2故障；五寨至朔州1回線檢修，另1回故障；朔云線、朔忻線等3條線外送通道斷開。在以上故障情況下均會使平魯至雁同500 kV線路過載，平魯站安全穩定主站需要增加與忻朔地區安全穩定控制系統——朔州500 kV站主站的通信功能。將朔州500 kV站作為忻朔地區安全穩定控制系統的1個主站，由朔州主站負責切除河曲電廠、神泉電廠機組，平魯主站切除木瓜界、安太堡機組。

3 結論與建議

3.1 結論

平魯500 kV站接入系統后，無論五寨至興縣雙回500 kV線路是否同期建設，平魯站都需要配置2套安全穩定控制系統，神頭二電廠、木瓜界、安太堡電廠、雁同500 kV站需要配置配套的穩定控制系統子站。

山西北部外送安全穩定控制系統中的雁同站策略需要修改。

五寨至興縣雙回500 kV線路沒有同期建設，忻朔地區安全穩定控制系統朔州站的穩控策略需要修改。

3.2 建議

由于山西北部地區電源裝機較多，負荷相對較小，目前，存在北部電網窩電、朔州主變嚴重過載和220 kV電網N-1過載的問題。受北電南送通道輸送能力的限制，目前只能通過調整運行方式控制電源出力來保證電網的安全運行。建議加快五寨—興縣西部通道的建設。

為了滿足忻朔地區風電場的接入和送出，解決朔州主變過載、大同電網穩定的問題，建議加快推進平魯500 kV變電站的建設，將北部部分電源通過平魯至特高壓通道外送。

參考文獻

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[4]楊俊鋒.廣東電網安全穩定水平及安全穩定控制系統配置研究[D].廣州：華南理工大學，2005.

〔編輯：白潔〕

忻朔地區安全穩定控制系統是由朔州500 kV站主站（含從站）、平朔電廠子站、河曲電廠子站、神二電廠子站、神泉電廠子站和云頂山500 kV站子站組成。此套穩控系統的主要功能是控制忻朔電網斷面潮流，在500 kV線路檢修故障方式和朔州主變N-1情況下發生失穩或過載故障時，采取切機（包括220 kV層面風機和平朔電廠機組）措施，以保證系統運行的穩定性。

2.2 安全穩定控制系統適應性分析

對北部電網的故障潮流和穩定計算結果進行分析，現有的安全穩定控制系統的工程安穩裝置基本可以滿足2015年電網運行的要求。平魯500 kV站的建設新增了雁同—平魯—五寨通道，這對北部大同電網的穩定有著非常重要的意義。通過以上分析，計算此次需調整的相應安穩裝置配置。

本期平魯站接入系統后，平魯至五寨雙回線路發生N-2故障，平魯至雁同1回500 kV線路過載，平魯站配置2套安全穩定控制系統（內設聯切裝置）作為主站；神頭二期電廠、木瓜界電廠、安太堡電廠配置2套安穩控制系統作為執行站，切除機組；雁同站配置一子站作為其測量站，上送其開關位置。

平魯站1臺主變N-1故障，另1臺主變會出現過載的情況。平魯站本期配置的2套安穩系統需要配置實現主變過載聯切功能。

平魯站接入系統后，在正常方式下和大雁檢修、大房檢修方式下，雁同—神二雙回500 kV線路發生N-2故障，雁同至大二雙回500 kV線路N-2故障都會使系統失穩，需要切除塔山電廠、京隆電廠、大二電廠的部分機組。原有的山西北部外送安穩控制系統需要升級改造，修改切機策略。

如果五寨至興縣雙回500 kV線路沒有與平魯站同期建設，會發生五寨至朔州雙回線N-2故障；五寨至朔州1回線檢修，另1回故障；朔云線、朔忻線等3條線外送通道斷開。在以上故障情況下均會使平魯至雁同500 kV線路過載，平魯站安全穩定主站需要增加與忻朔地區安全穩定控制系統——朔州500 kV站主站的通信功能。將朔州500 kV站作為忻朔地區安全穩定控制系統的1個主站，由朔州主站負責切除河曲電廠、神泉電廠機組，平魯主站切除木瓜界、安太堡機組。

3 結論與建議

3.1 結論

平魯500 kV站接入系統后，無論五寨至興縣雙回500 kV線路是否同期建設，平魯站都需要配置2套安全穩定控制系統，神頭二電廠、木瓜界、安太堡電廠、雁同500 kV站需要配置配套的穩定控制系統子站。

山西北部外送安全穩定控制系統中的雁同站策略需要修改。

五寨至興縣雙回500 kV線路沒有同期建設，忻朔地區安全穩定控制系統朔州站的穩控策略需要修改。

3.2 建議

由于山西北部地區電源裝機較多，負荷相對較小，目前，存在北部電網窩電、朔州主變嚴重過載和220 kV電網N-1過載的問題。受北電南送通道輸送能力的限制，目前只能通過調整運行方式控制電源出力來保證電網的安全運行。建議加快五寨—興縣西部通道的建設。

為了滿足忻朔地區風電場的接入和送出，解決朔州主變過載、大同電網穩定的問題，建議加快推進平魯500 kV變電站的建設，將北部部分電源通過平魯至特高壓通道外送。

參考文獻

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〔編輯：白潔〕