疆南750 kV電網延伸前后電源故障低電壓問題分析

辛超山，呂　盼，張增強，宋新甫，付高善

(國網新疆經濟技術研究院，新疆 烏魯木齊　830047)

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疆南750 kV電網延伸前后電源故障低電壓問題分析

辛超山，呂盼，張增強，宋新甫，付高善

(國網新疆經濟技術研究院，新疆 烏魯木齊830047)

疆南電網位于新疆電網南部，網架結構薄弱，網內支撐電源較少，預計2015年年底750 kV主網延伸至疆南電網。主要分析疆南電網電源發生故障跳機后對疆南電網的影響。分析結果表明，喀發3期機組故障對疆南電網影響較大，故障時暫態電壓跌幅達到30～60 kV，電壓跌落嚴重，電網抗風險能力差，嚴重依賴穩控裝置。南部750 kV網架補強后，疆南、阿克蘇地區短路容量水平均大幅提升，南部750 kV庫車—喀什工程建成后電網抗風險能力明顯提升，南部750 kV網架補強后喀發3期電廠機組具備大功率運行的能力。

疆南電網；機組故障；低電壓分析

0　引　言

疆南電網位于新疆電網末端，主要供電范圍為喀什地區、克孜勒蘇自治州和兵團農三師各團場，疆南電網通過220 kV線路與新疆主電網及和田電網聯接，網架結構薄弱，供電可靠性低，低電壓、停電問題嚴重。截至2014年年底，疆南電網已形成以喀什市和阿圖什市為中心，向東約300 km至農三師圖木舒克市，向西約100 km至康蘇鎮，向南約350 km至和田地區皮山縣，供電面積覆蓋兩地州大部分地區的電網，見圖1。

1　故障前電網概況

目前，疆南電網電源支撐以水電為主，且多為徑流式，僅喀發3期2臺350 MW機組為穩定電源支撐。

圖1　疆南電網網架結構圖

正常運行方式下疆南電網開機方式以及各電廠出力情況如表1所示。

故障前近區電網電壓情況如表2所示。

2　故障過程分析

2.1故障過程分析

表1　故障前各機組出力情況

表2　近區母線電壓情況　單位：kV

喀什電廠壓力故障，高排壓比保護跳機邏輯為并網狀態下<1.73延時60 s跳機，故障過程中高排壓比最終下降至1.71附近觸發保護延時，60 s后保護動作，22:34 6號汽輪機跳閘，電子間ETS柜首出記錄為高排壓比低保護動作，6號發電機解列。

經現場檢查確認為進入保護邏輯的調節級壓力取樣管處泄漏，導致調節級壓力突降，高排壓比值突降，最終觸發高排壓比低保護動作，機組跳閘解列。

2.2故障PMU數據分析

喀發3期6號機組跳閘后，南疆片區的下網功率突增，白鹿+徐鹿+棉鹿斷面有功功率增加至603 MW(突增量為291.9 MW)，茲棉斷面有功功率增加至629.8 MW(突增量為226.8 MW)，鹿喀+鹿麥斷面有功功率增加至510.5 MW(突增量為247.5 MW)。金鹿、棉城、喀什變電站的220 kV母線電壓跌落比較嚴重。

穩控動作共切除147.9 MW負荷，各站的電壓恢復，其中金鹿變電站穩控動作切除金鹿變電站93.9 MW負荷后，棉城變電站穩控動作切除棉城變電站46 MW負荷，電壓情況PMU圖如圖2、圖3所示。

在故障的過程中，金鹿變電站的電壓跌落最為嚴重，最大跌幅達到了32.1 kV；喀什變電站由于有電源的支撐，故障中電壓的變化最小為10.3 kV。

圖2　故障中棉城變電站母線電壓PMU圖

圖3　故障中喀什變電站母線電壓PMU圖

故障后，南疆片區電壓跌落，其中喀什3期5號機端電壓跌落了0.46 kV，盛源2號機的機端電壓跌落了0.58 kV，造成機組的勵磁系統動作，機組勵磁電壓增加，勵磁機組的機端電壓恢復，如圖4所示。

圖4　故障過程喀發3期5號機的勵磁電壓

系統切負荷后，喀發3期5號機勵磁電壓由232 V升高至287 V，盛源2號機的勵磁電壓由150.4 V升高至167.3 V，喀發3期5號機機端電壓升高了0.27 kV，盛源2號機端電壓升高0.14 kV。

2.3仿真驗證

根據PMU數據信息調整數據包與故障前的電網的方式及潮流信息保持一致，設置1 s后電網發生喀發3期6號機組跳閘故障。當金鹿站電壓跌落至0.99 p.u.以下，在0.2 s后切除金鹿站48.2 MW負荷；當棉城站電壓跌落至0.99 p.u.以下，在0.4 s后切除金鹿站48.2 MW、棉城站的101.3 MW的負荷。

仿真結果表明，在喀發3期6號機組跳閘故障，南疆地區電網功率突增，附近站點220 kV母線的電壓跌落，仿真結論與PMU錄波數據基本吻合。

表3　仿真與實時故障電壓對比　單位：kV

3　750 kV電網延伸前后喀發跳機對近區電網影響

3.1喀發3期6號跳機后穩控不動作仿真分析

仿真喀發3期6號跳機后穩控不動作，故障后金鹿變電站220 kV電壓跌至179.5 kV，在187 kV(220 kV的0.85 p.u.)以下持續700 ms，達到低壓減載裝置動作定值(85%Un/0.5 s)將切負荷，見圖5所示。由于恢復電壓過低，低于正常運行電壓220 kV下限，南疆電網抗干擾能力較弱，易造成靜態穩定破壞，引發南疆電網失穩，大面積失電。若二道防線不動作，三道防線切負荷后疆南電網仍存在一定的垮網風險。

圖5　故障近區電網電壓曲線

3.2改變南疆機組的開機方式情況對比分析

通過同一數據平臺下，分析南部較大電廠不同開機方式下，喀發3期6號跳機故障后對周邊220 kV變電站電壓影響開展對比分析，具體情況如下：

1)全開機方式

在喀發2期、盛源、徐礦電廠全開機的情況下發生喀發3期6號機跳機故障后，金鹿、棉城變電站的母線電壓跌落情況和發電機的勵磁系統動作情況：全開機方式系統短路容量大，機組備用充裕，在喀發3期6號機跳機情況下金鹿變電站電壓跌幅最低至218.9 kV，僅有功功率突變量超出80 MW，不會觸發金鹿變電站穩控策略。

2)電廠單機方式

在喀發2期、盛源、徐礦發電廠都單機運行的情況下發生喀發3期6號機跳機故障后，喀什、金鹿、棉城變電站的母線電壓跌落情況和發電機的勵磁系統動作情況：單機方式系統短路容量變小，機組備用空間下降，在喀發3期6號機跳機情況下金鹿變電站電壓跌幅最低至200.3 kV，其中到達金鹿變電站穩控策略電壓217.8 kV的閾值，金鹿變電站穩控裝置動作切負荷。

3)電廠單機方式下勵磁系統不發揮性能的情況

在喀發2期、盛源、徐礦發電廠都單開機方式下，機組勵磁控制系統調節能力不發揮性能的情況下發生喀發3期6號機跳機故障后，金鹿、棉城變電站的母線電壓跌落情況：該方式系統短路容量最小，機組無功功率備用不足，在喀發3期6號機跳機情況下金鹿變電站電壓跌幅最低至192.5 kV，棉城變電站電壓跌幅最低至203.5 kV，其中金鹿變電站、棉城變電站、喀什變電站穩控策略均動作，穩控裝置通過切負荷抬升系統電壓。

通過對3種方式下發生喀發3期6號機跳機故障后，系統電壓和機組勵磁動作情況的對比可知：在全開機發生機組跳閘故障時，機組勵磁系統動作效果最為有效，對抬升系統電壓能力最強。其中220 kV金鹿、棉城、喀什變電站電壓跌落情況見表4。

上述開機方式下，喀發3期6號機跳機故障后運行機組勵磁調節情況數據見表5。

通過不同開機方式對系統影響對比分析得出以下結論：

1)在喀發、盛源、徐礦3個電廠的單開機方式對系統故障情況下的電壓波動影響明顯，其中在單機勵磁無效方式下穩控動作后電壓跌幅最嚴重，穩控裝置動作后金鹿變電站最低電壓仍然跌至192.5 kV。

2)全開機方式時故障期間各發電廠機組勵磁器控制效果均攤，對各220 kV變電站的電壓支撐能力明顯變強，變電站電壓在6 s內便可快速恢復穩定運行。

3.3未來南部網架補強后抗風險能力分析

隨著750 kV庫車—阿克蘇—巴楚—喀什輸電線路及其配套工程的投運，南部電網750/220 kV斷面供電能力加強，南部220 kV喀什變電站、金鹿變電站、棉城變電站、麥蓋提變電站的短路電流水平均有所提高，喀發3期機組出力300 MW故障跳閘對系統電壓影響減弱。

表4　不同開機方式下故障電壓對比　單位：kV

表5　不同開機方式下勵磁電壓對比　單位：kV

圖6　750 kV網架延伸后局部電網圖

圖6為南部750 kV庫車—阿克蘇—巴楚—喀什工程建成投運后潮流情況，在無穩定控制措施下斷面能力得到提升，其中楚喀+楚伽+鹿麥斷面800 MW下網時喀發3期機組300 MW出力跳閘對系統電壓跌落可以控制在0.9 p.u.以上。

表6　南疆下網80萬千瓦喀發故障近區電壓(kV)

南部750 kV工程補強至喀什后，在不采取穩控措施下，喀發3期機組300 MW出力發生故障跳閘后對系統的電壓影響程度降低，其中疆南電網斷面均在300 MW時發生跳閘故障后變電站電壓變化情況見表6。

表7　南疆電網跳閘故障后變電站電壓

在無穩控措施下，喀發3期6號機組出力300 MW故障跳閘后金鹿變電站220 kV電壓均下降最大，其中在2015年網架情況下最低跌至179.7 kV(跌幅57.3 kV)，南部750 kV庫車—喀什工程建成后電壓最低跌至220.3 kV(跌幅16.7 kV)，表明南部750 kV網架補強后喀發3期電廠機組具備大功率運行的能力。

4　結　論

1)在本次喀發3期6號機組跳閘故障中穩控裝置正確及時動作，切除147.9 MW負荷后系統恢復穩定運行，金鹿、棉城、喀什變電站的電壓恢復到225 kV以上的運行水平，保證了電網的安全穩定。建議疆南電網的開機方式應以保證電網安全為前

提，在運行中盡量留足機組的旋轉備用，增加電壓的支撐點。

2)南疆地區短路容量僅為烏北變電站的16%～25%，在小負荷期間火電廠、水電廠開機減少進一步降低220 kV短路容量，在南疆斷面下發生喀發3期大機組跳閘故障時暫態電壓跌幅達到30～60 kV，電壓跌落嚴重，電網抗風險能力差，嚴重依賴穩控裝置。

3)南部750 kV網架補強后，疆南、阿克蘇地區短路容量水平均大幅提升。喀發3期6號機組出力300 MW故障跳閘后金鹿變電站220 kV電壓降幅最大，其中在2015年網架情況時最低跌至179.7 kV(跌幅57.3 kV)，南部750 kV庫車—喀什工程建成后電壓最低跌至220.3 kV(跌幅16.7 kV)，表明南部750 kV網架補強后喀發3期電廠機組具備大功率運行的能力。

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辛超山(1989)，碩士，從事電網規劃相關工作。

Southern Xinjiang power grid is located in southern area of Xinjiang power grid, its grid structure is weak and it has less support power network, its 750 kV main grid is expected to be extended to southern Xinjiang power grid by the end of 2015. The impact after a fault trip in southern Xinjiang power grid on its own power grid is analyzed. The analysis results show that the failure of third stage units in Kashi Power Plant has a greater influence on southern Xinjiang power grid, at that time the transient voltage declines to 30～60 kV during the failure, the voltage drop is severe, the anti-risk ability of power grid is poor, and it heavily depends on the stability control device. After the reinforcement of 750 kV power grid in southern area, the short-circuit capacity levels are significantly improved in southern Xinjiang and Aksu prefecture, after the completion of 750 kV Kuche-Kashi project, its ability to resist the risks has improved significantly, and after the reinforcement of 750 kV southern grid, the third stage units of Kashi Power Plant have the ability to run with high power.

southern Xinjiang power grid; unit failure; low voltage analysis

TM72

B

1003-6954(2016)03-0045-04

2016-01-07)