發電廠安穩控制系統分析

楊小東

摘 要：本文介紹了安全穩定控制系統，詳細分析了某發電公司2*660MW超臨界空冷機組安穩控制系統改造方案中存在的問題，給出了安穩控制系統改造的改進措施，為今后同類型安穩控制系統改造提供了參考。

關鍵詞：安穩控制系統；控制模式；改造；改進措施

中圖分類號：TM76 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）16-0153-02

電力系統的主要任務就是向用戶提供不間斷的、電壓和頻率穩定的電能。它的性能指標主要包括安全性、可靠性和穩定性。電力系統可靠性是指符合要求長期運行的概率，它表示長期連續不斷地為用戶提供充足電力服務的能力。安全性指電力系統承受可能發生的各種擾動而不對用戶中斷供電的風險程度。穩定性是指經歷擾動后電力系統保持完整運行的持續性。按照信息采集和傳遞以及決策方式的不同，電力系統安全穩定控制模式可以分為以下幾種：一是就地控制模式。在這種控制模式中，控制裝置安裝在各個廠站，彼此之間不進行信息交換，只能根據各廠站就地信息進行切換和判斷，解決本廠站出現的問題。二是集中控制模式。這種控制模式擁有獨立的通信和數據采集系統，在調度中心設置有總控，對系統運行狀態進行實時檢測，根據系統的運行狀態制定相應的控制策略表，發出控制命令并實施對整個系統的安全穩定控制。三是區域控制模式。區域控制型穩定控制系統是針對一個區域的電網安全穩定問題而安裝在多個廠站的安全穩定控制裝置，能夠實現站間運行信息的相互交換和控制命令的傳送，并在較大范圍實現電力系統的安全穩定控制。

安全穩定控制系統（簡稱“穩控系統”）是保證電網安全穩定遠行的重要防線。它是當系統出現緊急狀態后，通過執行各種緊急控制措施，使系統恢復到正常運行狀態下的控制系統。電力系統安全穩定控制包括預防控制、緊急控制和恢復控制。按照電網規模和各廠站之間的功能可以將安全穩定控制系統分為就地型穩定控制、區域穩定控制系統和混合型穩定控制三類。

就地型穩定控制：就地型穩定控制裝置單獨安裝在一個廠站，與其他安全穩定控制裝置之間不交換信息，且沒有通信聯系，解決的是本廠站母線、主變或出線故障時出現的穩定問題。根據電力系統中某個地方的就地信息進行分析判別，一旦滿足設定的啟動、動作值時便發出動作命令；同時，將就地信息作為反饋量，根據反饋量的實際大小進一步做出相應的動作，實現作為系統的第三道防線的功能，盡量減小故障范圍，減少損失。由于就地型穩定控制裝置只對就地信息進行采樣分析，不考慮其他信息，因此可能給系統帶來一些負面效應。一般的低頻和低壓緊急控制裝置、失步解列裝置等都屬于就地型安全穩定控制裝置。就地型穩定控制裝置的結構：（1）控制決策確定裝置。控制決策確定裝置內設有預先設置好的控制策略表。其主要任務是接收被保護組件（通常為廠站的母線、主變、出線）的故障信息和網絡信息（通常只是本廠機組和出線潮流），確定控制策略，向執行裝置發出控制命令。（2）執行裝置。執行裝置負責接收控制命令，執行切機、快關汽門、電氣制動、切負荷等操作。就地型穩定控制裝置通常只應用于可等值為單機-無窮大的系統中。當今的電力系統中已經難以找到單機-無窮大系統的典型模式，在一個廠站用就地型穩定控制裝置就能解決電網穩定性的情況已經很少。

區域穩定控制系統：區域穩定控制系統是指為了解決一個區域電網的穩定問題而安裝在兩個或者兩個以上的廠站的安全穩定控制裝置，經信息信道和通信接口設備聯系在一起而組成的系統。區域穩定控制系統通常由一個主站、若干個子站和若干個終端站。其系統結構：

（1）主站。主站通常設在樞紐變電站或與樞紐變電站在同一位置的發電廠內。它的主要任務是匯總各個子站的運行工況信息，對區域電網進行狀態估計，識別出區域電網的運行方式，對區域電網給定的預想事故集進行動態安全估計，在線形成安全穩定控制策略表（或預先裝設好離線計算得到的控制策略表），并將有關運行方式信息和控制策略表傳送到各個子站。在接收到主站及出線發生故障時，根據控制策略表，向主站和各子站發出控制命令同時通過各站控制命令傳送到終端控制站。

（2）子站。子站裝設在較重要的變電站或與變電站相關聯的發電廠內。子站的主要任務是采集子站運行工況信息，并傳送給主站。在接收到本站及本站出線發生故障時，根據子站內的控制策略表，向主站及各子站發出控制命令的同時通過各站將控制命令傳送到終端站。

（3）終端站。終端站接收各站傳來的控制命令，執行就地控制，并將控制結果信息傳給上級站。

混合型穩定控制系統：隨著電網結構的發展，電力系統的第二道防線和第三道防線。很多情況下在一個系統或裝置上實現，混合型安全穩定控制裝置便具備這種功能：即區域型安全穩定控制和就地型安全穩定控制結合在一個系統內實現，可以克服兩種系統單獨使用時的不足。混合型穩定控制系統一般設有一個主站、幾個子站，主站一般設在樞紐變電所或處于樞紐位置的發電廠，負責匯總各站的運行工況信息，識別區域電網的運行方式，并將有關運行方式信息傳送到各個子站。

1 問題提出

某發電公司機組位于松白電網，吉林省電網西北部，東北電網中西部，地區內風電裝機量大，為大型支撐電源。一期2×660MW超臨界空冷機組，發變組組采用單元接線，500kV一次系統主接線為四角形接線方式1回出線（白甜#2線），安穩裝置采用北京四方CSS-100BE數字式安全穩定控制裝置。安全穩定控制裝置A套、B套雙重化配置，A套和B套系統可互為主輔運行，正常一套為主，一套為輔，兩套系統完全相同。

2017年扎魯特±800kV特高壓直流輸電工程及送端電網配套工程投產后，為解決扎青直流系統故障后東北電網存在的穩定問題，建設了魯固直流東北側高頻緊急控制系統。該系統采用分層分布式的架構，包括穩控主站、穩控信息匯集子站和穩控執行站。穩控主站及信息匯集站布置于扎魯特換流站，執行站布置于高嶺、黑河及各風電匯集站、水電廠、火電廠，分布在整個東北三省一區。整個系統目前按照最大接入2個直流站點、60個風電站點、30個火電站點、20個水電站點進行設計。

該發電公司作為其中一個火電站執行站，也配合進行了安穩系統的改造。改造方案中安穩切機出口為跳開發變組出口開關、跳開發變組滅磁開關，此方案能滿足電網發生穩定問題時的切機要求，但對電廠執行站來說此方案存在嚴重問題。事例如下：

某電廠2012年07月03日00時39分，1、2號機組正常運行，220kV系統穩控裝置A、B投入運行，其切機出口方式為跳開發變組出口開關，1號機組負荷174MW。2號機組工況為負荷231.4MW，機跟隨運行，主汽壓力14.2Mpa，主汽溫541℃，再熱汽壓2.42Mpa，再熱汽溫540℃，爐膛壓力-84pa，給水流量751t/h，蒸汽流量702 t/h，汽包水位-23mm，2B、2C給水泵運行，2A、2B引風機，2A、2B送風機，2A、2B一次風機運行，2A、2B、2C磨煤機運行，總煤量118t/h。6kV2A段母線電壓6.27kV，6kV2B段母線電壓6.29kV。

00時39分22秒，2號主變出口2202斷路器跳閘，鍋爐、汽機、滅磁開關、6kV 2A/2B段快切均未動作，高低壓旁路未自動開啟，機組負荷由232MW下降至17.27MW，定子電壓由20.045kV上升至20.094kV，定子電流由6802A降至664.9A，主汽壓力由14.18MPa上升至16.4MPa，主汽流量由702t/h下降至191.51t/h，汽包水位由-28mm下降至-207mm，汽機轉速最高升至3186轉/分鐘，OPC動作后降至2835轉/分鐘，切機后頻率升至52.1Hz，OPC動作后下降至47.2Hz，6kV2A段母線電壓由6.27kV下跌至5.67kV后恢復至6.27kV，6kV2B段母線電壓由6.29kV下跌至5.99kV后恢復至6.29kV，00時40分40秒，手動鍋爐MFT，汽機跳閘，6kV 2A/2B段快切動作。檢查NCS報警“穩控裝置A動作”“穩控裝置B動作”，至網控室就地檢查穩控裝置A、B柜動作信號為“切本站2號機”，發變組保護A、B柜動作信號為“外部重動4保護動作”。經值長聯系調度確認，穩控裝置切機原因為750KV向外輸電線路跳閘。

在這個動作過程中，其實在發變組出口斷路器跳閘后，機組大連鎖并沒有動作，負荷下降到17MW，轉速也開始下降（OPC動作），鍋爐沒有MFT。因此存在以下幾個因素可能造成設備損壞：

（1）OPC動作后，汽輪機已進入臨界轉速，振動變大；（2）轉速在2835時，頻率為47.25Hz左右，低頻運行威脅汽輪機及廠用設備的安全；（3）主汽壓力由14.18MPa快速上升至16.4MPa，旁路未打開，當時三臺磨煤機運行，即使緊急停用2臺磨，也難以避免鍋爐超壓運行；（4）汽包水位在2秒左右時間內已經由-28mm低至-207mm，如壓力繼續上升，極有可能造成汽包低水位。

2 原因分析

通過此事例可以分析判斷，安穩出口只跳開發變組出口開關、滅磁開關，發變組解列滅磁，不啟動機組大連鎖，汽輪機、鍋爐不跳閘，機組快速甩負荷，機組存在以下重大風險：

（1）發變組解列滅磁，機組快速甩負荷，汽輪機存在超速風險；（2）汽輪機OPC動作，汽輪機進入臨界轉速，造成汽輪機振動急劇增大；（3）OPC動作后，鍋爐未切除燃料和給水，旁路無法開啟，鍋爐汽壓迅速升高，造成鍋爐超壓運行。

3 解決方案

若要徹底消除以上重大風險，安穩出口切機時，應動作發變組跳閘，啟動機組大連鎖、汽輪機ETS動作、鍋爐MFT動作。啟動汽輪機ETS動作，汽輪機主汽門直接關閉，汽輪機OPC不會動作，汽輪機轉速下降，避免汽輪機超速和震動增大。啟動鍋爐MFT動作，切除燃料和給水，有效控制汽壓，避免鍋爐超壓。有效避免了汽輪機超速風險、汽輪機振動風險、鍋爐超壓運行的風險。

綜合以上分析，需對安穩控制系統改造方案進行改進。將原改造方案中安穩切機出口為跳開發變組出口開關、跳開發變組滅磁開關改為跳開發變組出口開關、安穩啟動發變組跳閘。

改進后，發生電網安全穩定問題時，安穩切機出口跳開發變組出口開關，同時啟動發變組跳閘，機組大連鎖啟動，汽輪機ETS動作，鍋爐MFT動作。同時，在啟動發變組跳閘時，發變組保護會再次出口發變組開關跳閘與安穩跳開發變組出口開關配合，構成雙保險有效保證發變組可靠解列，提高了安穩動作的可靠性，這樣改進后既能更好的實現電網切機，同時也保證機組的安全穩定。

4 問題提出的意義

（1）電廠安穩系統設置提供建議。（2）為電廠安穩系統改造提供了改造方案方面的參考。

參考文獻

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