滇東北地區過切機組導致失步的機理研究

何俊峰，張丹

(1.南京南瑞繼保電氣有限公司，南京 211102；2.云南電力調度控制中心，昆明 650011)

滇東北地區過切機組導致失步的機理研究

何俊峰1，張丹2

(1.南京南瑞繼保電氣有限公司，南京 211102；2.云南電力調度控制中心，昆明 650011)

結合電氣量變化三階段理論，對切機后的系統電氣量變化進行了分析，并對滇東北地區過切機組導致失步的問題展開了研究，揭示了過切機組導致地區電網失穩的內在機理。

過切；減速失步；弱聯系

0 前言

滇東北地區是一個電源密集區，集中了大量的水電、火電及小水電，是典型的弱聯系回路，若過切量較大時，系統將發生功角失穩的情況。

大機組跳閘的電氣量變化的三階段理論[1]中指出電力系統內大機組跳閘或某一大電源突然失去，將引起電網內潮流的重新分配，導致某些輸電線路電氣量發生較大變化，其影響可分為三個階段：初始瞬間，系統內其他機組按與跳閘機組電氣距離遠近來分配突然出現的功率缺額，距離越近承擔的越多；隨后由于這些機組輸出的電功率突變，而輸入機械功率不變，則各機組在減速力矩的作用下出現擺動，按轉動慣量的大小重新分配因機組跳閘所缺的功率，慣量較大的機組將承擔的比例較大；第三階段是在經過若干次功率擺動后，系統頻率有所下降，網內參與一次調頻的機組根據各自調速器特性 (如調差系數)最終分配缺額的功率值。

1 切機電氣量變化分析

以外送800 MW，在永多雙回因故跳開后切除溪洛渡電廠一臺機770 MW為例對系統的電氣量變化過程進行分析。0.2 s時500 kV永多甲線三永故障，0.3 s跳永多雙回，0.5 s切溪洛渡一臺機770 MW。見圖1、圖2所示。

圖2 切溪洛渡#10機770 MW后，溪洛渡#16機機械功率曲線

從圖1、2可見在切溪洛渡一臺機瞬間，溪洛渡電廠其他機組由于與所切機組電氣距離最近，承擔了大部分的功率缺額，威信電廠及其他小電源由于電氣距離較遠，在切機瞬間，功率變化較小。之后，由于調速器反應較慢，機組機械功率變化不大，各機組按照機組的慣性進行動態調節。調節過程中大電廠與其他小電源的功角沒有拉開，基本呈現為同調特性。聯絡線者海-迤車雙回的有功功率波動則基本與溪洛渡電廠功率波動方向相反，呈現為反調的特性。

2 過切機組導致失步分析

永多外送800 MW，永多雙回因故障斷開后若切溪洛渡兩臺機1 540 MW，在切溪洛渡兩臺機瞬間，與切一臺機情況類似，溪洛渡電廠其他機組由于與所切機組電氣距離最近，承擔了大部分的功率缺額，威信電廠及其他小電源由于電氣距離較遠，在切機瞬間，功率變化較小。之后，由于調速器反應較慢，機組機械功率變化不大，各機組按照機組的慣性進行動態調節。調節過程中大電廠 (溪洛渡電廠、威信電廠)與其他小電源的功角沒有拉開，基本呈現為同調特性。聯絡線者海-迤車雙回的有功功率波動則基本與溪洛渡電廠功率波動方向相反，呈現為反調的特性。

若繼續增大切機量至臨界功角失穩值之內，機組功率及聯絡線功率波動進一步加劇。由于機組電磁功率波動幅度更大，而機組的機械功率變化不大，導致機組轉速的波動也進一步加劇，滇東北地區機組間的功角差加大，但仍然基本保持同調特性。同時滇東北地區機組功角的變化幅度加劇，機組保持功角穩定的裕度在變小。進一步分析可知，機組轉速出現負偏差的時間和幅度均隨著過切量的增加而增加。

永多外送800 MW，切機量2 310 MW時，機組功率及聯絡線功率波動進一步加劇。由于機組電磁功率波動幅度更大，而機組的機械功率變化不大，導致機組轉速的波動也進一步加劇，溪洛渡電廠、威信電廠及大部分小電源如鹽津、洪石巖等電廠轉速向負偏差方向逐漸發展，直至出現減速失步，小電廠出現減速失步的時間比溪洛渡等大電廠稍早一點。而聯絡線附近電廠小巖頭電廠則出現加速失步。

在切機初期，由于有功功率的缺額主要由被切機組附近機組承擔，220 kV聯絡線電氣距離遠，因而聯絡線上的有功及無功功率的變化均比較小，之后有功功率在機組之間及聯絡上波動，隨著聯絡線無功的增加，聯絡點兩端母線電壓下降，但尚能維持，此時小巖頭機組仍與滇東北機組基本保持同步，總體呈現減速特征；當聯絡線無功增加到臨界值時，母線電壓快速下降，導致小巖頭機組出力無法送出，機組遂從減速轉為加速，并最終導致加速失步。

進一步的分析表明，若去除聯絡線附近的小巖頭電廠，則滇東北地區電廠全部表現為減速失步。此外，若在切除機組的同時聯切聯絡線即迤者雙回線，則滇東北地區表現為低頻，但可以保持功角穩定。

因此過切時出現的加速失步現象并不是系統失穩的主要原因。過切導致系統失穩的主要原因是系統失去大量電源后，機組的機械功率的調節速度無法跟上；同時由于500 kV永多雙回斷開后，滇東北地區與主網的聯絡線為220 kV線路，且距離較長，是典型的弱聯系，聯絡線上的功率波動與滇東北地區機組的波動基本為反向，即滇東北地區與主網通過弱聯系回路進行功率振蕩，隨著過切量的增加，聯絡線上的功率振蕩逐步加強；弱聯系回路由于輸電距離長能力的限制并不能完全彌補機械功率缺額，最終導致機組出現減速失步。

滇東北地區增加了一條500 kV送出通道，這樣當永多雙回應故斷開時，滇東北地區與主網仍能保持500 kV線路的連接，對原來因過切機組導致系統失穩的情況大有裨益。提高了滇東北地區抗大擾動的能力。

圖3 投產前后永多雙回斷開切機2 310 MW者迤甲線有功曲線

圖4 投產后永多雙回斷開切機2 310 MW功率曲線

3 結束語

1)500kV永多斷面斷開后，滇東北地區電網與主網僅通過220 kV弱聯系回路連接是過切導致失步的前提條件。

2)過切機組時，昭通地區與主網之間存在功率振蕩；隨著機組過切量的增加，振蕩逐步增強；弱聯系回路提供的有功功率由于輸電距離長，輸電能力有限，越來越無法彌補機組機械功率的缺額，最終導致機組出現減速失步，部分小機組由于增加的電磁功率超過承受能力而率先失步，失步之后電磁功率的波動加劇，進一步加速了大機組的失步過程。

3)在與主網聯絡線附近的電廠，存在由于母線電壓嚴重跌落導致電磁功率無法送出從而造成機組加速失步的情況，但這不是昭通地區機組失穩的主要原因，昭通地區大部分機組仍表現為減速失步。

4)機組過切到減速失步有一段較長的時間，這是減速失步不同于加速失步的一個特點。若過切的同時或短暫延時后斷開昭通地區與主網的聯絡線即迤者雙回，則昭通地區仍能保持穩定運行，但表現為低頻，需要有足夠的低頻減載量的配合方能使頻率回到額定值附近。

5)制定穩定控制策略時會將過切量控制在一定范圍之內，但不排除在外送主回路斷開時大電廠機組全跳或誤跳的可能性。此時需要在弱聯系回路上配置振蕩解列裝置，當外送主回路斷開且發生機組嚴重過切時，若能可靠動作，可以保持地區電網的暫態功角穩定。

6)增加了一條500 kV送出通道后，滇東北地區與主網的聯系緊密，永多雙回斷面斷開后滇東北地區與主網仍能保持500 kV通道聯系，此時系統允許的過切機組量大為提高。

[1] 蔡敏，孫光輝，吳小辰，等.穩定控制所用交流設備跳閘判據的分析及應用 [J].電力系統自動化，2007，31 (8)：46-51.

Study on Mechanism of Out-of-step by Excessive Shedding of Generations in Northeastern Yunnan

HE Junfeng1，ZHANG Dan2
(1.Nanjing Nari Electric co.，LTD.，Nanjing 211102，China；2.Yunnan Electric Power Dispatching and Controlling Center，Kunming 650011，China)

the paper Analyze the electric quantities when shedding generations according to the theory of three-stage of electric quantities when lost of generation.The author then studied and get the mechanism of the problem of out-of-step when excessively shedding generations.

excessive shedding of generations；deceleration out-of-step；weak ties

TM62

B

1006-7345(2015)05-0037-03

2015-04-11

何俊峰 (1978)，男，碩士，工程師，南京南瑞繼保電氣有限公司，主要從事電力系統分析工作 (e-mail)hejf＠nrec.com

張丹 (1980)，男，碩士，高級工程師，云南電力調度控制中心，主要從事電力系統及其自動化專業工作。