機組緩降時安全穩定控制系統機組跳閘判據研究

南京國電南自電網自動化有限公司 方 健 奚漢江 陳海榮 孫 丹

現階段，隨著電網結構的不斷加強，很多地區、兵團或者企業都新建了自身的自備電網[1]，這些自備電網通常與主網（國家電網、南方電網）存在弱聯系或者無聯系[2-3]。弱聯系時，主網為了保證電網安全，對于自備電網的上網功率和下網負荷有著嚴格的限定[4]。

1 自備電網機組緩慢停機

本文以新疆安全穩定問題為例，新疆某地區電網為地區局域電網，目前最高電壓等級為220kV，該地區安全穩定控制系統由1個主站、14個子站和12個執行站組成。主站穩控系統采用雙套主/輔運運行。在2021年8月12日12時33分06秒某電廠2號機組發生由于機組原動力系統異常引起機組功率緩慢下降，最終停機的故障。

圖1 機組緩慢停機事故動作事件報告

現有機組跳閘判據如圖2：

圖2 原機組跳閘判據

圖2中，P-0.2s是裝置啟動前200ms機組有功功率， 是機組跳閘前功率、應小于對穩定有影響的輸送功率值；Pt是機組實時有功功率，Ps2是跳閘后功率、應稍大于0且大于零功率時的最大漂移值；投運電流Is1應略大于機組停運時的電流漂移值。|Δ|=|Ik-Ik-N|≥Imk（1），其中，Imk為電流突變量啟動門檻，Ik是當前點電流采樣值，N是每周波采樣點數，Ik-N是一個周波前電流采樣值；ts1是5個條件均滿足的延時定值；以上所有條件均滿足時判為跳閘。

圖3 機組緩慢停機事故模擬量錄波

緩慢停機時電流電壓波形如圖2。此時不滿足電流變化量公式(1)條件，無法按照常規機組跳閘判據來執行安全穩定控制策略。導致自備電網網內機組跳閘未切負荷，與主網并網點下網功率增加，超過主網下網功率限額。

2 現有判據分析

針對于上述問題，現有機組緩降判據[5]如下：

該判據在判別出機組緩降的過程中需要用到頻率或電壓輔助判據，當自備電網孤網運行時網內機組停機，頻率和電壓有較明顯變化[6]。當自備電網與主網聯網運行時，主網對于自備電網的頻率和電壓有較強的支撐作用，自備電網網內機組停機時頻率和電壓幾乎沒有波動。

圖4 機組緩慢停機判據

以上判據中包含“未發生機組快速停機”，利用機組電氣量跳閘閉鎖緩慢停機判據，機組啟動前功上率PG。當機組發生正常電氣量跳閘時，只按照機組跳閘判據執行穩控措施切負荷總量P=PG，切負荷量與系統功率缺額平衡，正確動作；但是當機組先緩慢停機再跳閘時，安全穩定控制策略就會同時執行機組緩慢停機切負荷策略和機組跳閘切負荷策略，緩慢停機切負荷量：P1=PG，機組跳閘切負荷P2=PG，切負荷總量P1+P2=2PG，重復動作使得切負荷量為跳機量的兩倍，引起系統高頻，最終導致系統頻率失穩[7]。

當機組正常情況下需要停機維護時，機組的電氣量變化特性和緩慢停機故障相似，以上策略無法識別機組主動停機還是故障停機。因此在機組停機維護時，需要退出緩慢停機判別功能。這變相增加運維人員工作量，增加操作量也就增加了風險點[8]。

3 機組跳閘判據優化

當機組緩慢停機時，根據故障錄波(見圖5)可以看出熱工保護[9]在187.2ms動作，這時機組緩慢停機，不判電流變化量條件，采用熱工保護開入作為原動力異常標志開入判出機組跳閘。

圖5 機組緩慢停機事故開關量錄波

針對于故障現象和現有判據的不足，優化后的機組跳閘判據如圖6，經測試，利用2021年8月12日12時33分06秒故障波形進行回放，新機組跳閘判據能夠準確判斷出機組跳閘。

圖6 優化機組跳閘判據

此判據能夠彌補現有機組緩降判據的不足：無論自備電網是孤網還是聯網運行都能夠適用；從事故本身出發，故障現象都是機組跳閘，優化原有判據而不是新增機組緩降判據，避免多條安全穩定控制措施打架的問題；在機組正常停機維修時，機組電氣量不滿足電流變化量，也不存在熱工保護動作，故不會誤判機組跳閘，能夠正確識別主動停機和故障停機，不需要多余防誤措施，減少運維成本。

4 結語

本文在現有機組跳閘判據上優化判別條件，能夠準確識別機組緩降故障，使得機組跳閘判據適應性更廣泛、更準確。為同類型自備電網的安全穩定控制判據提供了參考意見。