電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)用

方 慶

（南京南瑞繼保工程技術(shù)有限公司）

0 引言

電力網(wǎng)絡(luò)的安全與穩(wěn)定是預(yù)防大規(guī)模斷電與電力危機(jī)的重要技術(shù)措施。為了滿足當(dāng)前以及將來國家電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)的區(qū)域交流、互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定的需求，已有的穩(wěn)定性控制技術(shù)正在朝著在線決策、智能化等方向發(fā)展，以確保其能夠與國家的快速發(fā)展以及對電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定的需求相匹配。本文以電網(wǎng)的發(fā)展為基礎(chǔ)，結(jié)合電網(wǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀，總結(jié)了現(xiàn)行的監(jiān)控系統(tǒng)的使用狀況及存在的問題，對在線預(yù)決策和廣域測量系統(tǒng)在穩(wěn)控系統(tǒng)中的最新運(yùn)用進(jìn)行了闡述，并對穩(wěn)控系統(tǒng)的發(fā)展方向進(jìn)行了思考。

1 電網(wǎng)故障原因分析

（1）大部分的電力系統(tǒng)故障都是由閃電造成的，由于電力系統(tǒng)與客戶相連，其網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模十分龐大，在暴雨天氣當(dāng)中被閃電擊中的概率也十分高。盡管線路上都有一個(gè)絕緣的外套，但是絕緣外套也不是萬無一失的，它會(huì)在長期的工作中逐漸磨損，在下雨時(shí)會(huì)引發(fā)閃電，導(dǎo)致線路失效。

（2）電力系統(tǒng)中的過電壓問題。由于電網(wǎng)只是一個(gè)中性站點(diǎn)，不能識(shí)別出接地系統(tǒng)，因此，當(dāng)電網(wǎng)的內(nèi)部電壓出現(xiàn)過電壓時(shí)，會(huì)對電網(wǎng)的正常工作帶來一定的沖擊，如果內(nèi)部過電壓的電壓超出了電網(wǎng)的可接受范圍，還會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)發(fā)生爆炸，給電網(wǎng)的正常工作帶來很大的損害和潛在的災(zāi)難。

（3）同時(shí)，電力系統(tǒng)中設(shè)備的變動(dòng)對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行也有很大的影響。在電力系統(tǒng)中，如果存在著數(shù)量較多的設(shè)備，并且長期處于高負(fù)荷狀態(tài)，就會(huì)造成設(shè)備供電不足。隨著我國工業(yè)的快速發(fā)展，用電量的需求也在不斷增長，造成了用電負(fù)荷的不斷增長，而陳舊的電力系統(tǒng)已不能滿足對社會(huì)各行業(yè)的需求［1-3］。在長期的運(yùn)行之后，在用電高峰期，有可能造成設(shè)備損壞，甚至引發(fā)電力系統(tǒng)故障，給用戶的工作和生活帶來負(fù)面影響。檢修現(xiàn)場作業(yè)實(shí)施基本流程環(huán)節(jié)見表。

2 電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

（1）水電站電網(wǎng)結(jié)構(gòu)

某個(gè)水電站，它的安裝容量是6臺(tái)550MW 的機(jī)組，總共是3.3GW，它用3回500kV的線路來接入系統(tǒng)，它的送電距離將近720km，具有大容量、超高壓、遠(yuǎn)距離送電等特征。3回500kV線路的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定上限只有2.8GW，周邊區(qū)域沒有足夠的負(fù)載，3.3GW 的容量都是由這3回500kV的線路來輸送到主網(wǎng)，所以它具有較低的穩(wěn)定性。這個(gè)水電站的裝機(jī)容量大約是整個(gè)城鎮(zhèn)的三分之一，電力網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)非常不完善。若要通過增設(shè)四號(hào)回線或增設(shè)串接式電容式補(bǔ)償器（以下簡稱串補(bǔ)）來提升輸電容量，則至少要投入一億元，但由于該水電站屬于季節(jié)生產(chǎn)，一年中只有一兩個(gè)月的水運(yùn)高峰，明顯不符合經(jīng)濟(jì)效益，所以必須依靠安全自控器來提升輸電容量。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，在轉(zhuǎn)型期，尤其在大型電站發(fā)電的條件下，3.3GW 功率將被完全送入到主網(wǎng)，此時(shí)，即便在水電站的線端出現(xiàn)了一次暫時(shí)性的單相短路，也會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的不穩(wěn)定。在轉(zhuǎn)型期，這種電網(wǎng)結(jié)構(gòu)無法保障系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定。在其他各種可能的運(yùn)行模式和故障的情形下，也要配備相應(yīng)的安全自動(dòng)裝置，來切斷水電站的機(jī)組及變電站的負(fù)載，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，避免電網(wǎng)崩潰。

（2）設(shè)計(jì)配置的電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)［4-6］

在水電站安裝微機(jī)切機(jī)控制器。在500kV變電所設(shè)置單片機(jī)控制的斷流起動(dòng)機(jī)和斷流負(fù)載設(shè)備，以洪溝作為控制系統(tǒng)的主要設(shè)備。在500kV變電站220kV出線地對端變電所配置微機(jī)切負(fù)荷控制子站，在220kV變電所110kV出線地對端變電所配置微機(jī)切負(fù)荷控制終端站，在其終端設(shè)備都具有低頻、低壓切負(fù)荷功能。500kV變電站的安全自動(dòng)化設(shè)備為兩級結(jié)構(gòu)，220kV和110kV的微機(jī)切負(fù)荷子站采用單微機(jī)系統(tǒng)，都設(shè)有單獨(dú)的閉鎖，以防發(fā)生故障。500kV各安控站之間采用雙向信息傳送，500kV站與220kV的微機(jī)切負(fù)荷子站、220kV站與110kV的微機(jī)切負(fù)荷終端站之間僅考慮單向信息傳送。所有的數(shù)據(jù)傳輸都使用了一種電力線載波通信的方式，在500kV的兩個(gè)站點(diǎn)以及500kV與220kV的站點(diǎn)之間都使用了復(fù)用的載波機(jī)，220kV與110kV站點(diǎn)之間使用了專門的遠(yuǎn)處跳閘信號(hào)傳輸設(shè)備。

（3）安全控制自動(dòng)化設(shè)備的設(shè)計(jì)程序

以各個(gè)分區(qū)電源及網(wǎng)架的規(guī)劃和設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，進(jìn)行該系統(tǒng)二次規(guī)劃和設(shè)計(jì)，通常與五年計(jì)劃相結(jié)合，旨在對本區(qū)域的安全穩(wěn)定狀況有一個(gè)全面的認(rèn)識(shí)，并對即將建立的某些廠站在接入系統(tǒng)后存在的安全穩(wěn)定問題，給出一種安全自動(dòng)設(shè)備的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。與新建廠站的接入系統(tǒng)二次設(shè)計(jì)相結(jié)合，對其進(jìn)行了進(jìn)一步的分析和討論，并根據(jù)安全穩(wěn)定導(dǎo)則的三道防線的要求，對其進(jìn)行了初步的配置。在經(jīng)過了計(jì)算論證之后，新建廠站確實(shí)需要配置安全自動(dòng)設(shè)備，因此需要另外設(shè)立專題，展開對安全自動(dòng)設(shè)備的可能性的研究。同時(shí)，需要電力調(diào)度部門對其進(jìn)行更深入的計(jì)算和分析，從而對其給出具體配置方案、通道要求及投資估算。審核合格后，根據(jù)需要編制投標(biāo)文件，對所需設(shè)備進(jìn)行投標(biāo)。將專項(xiàng)工程列入廠站初步設(shè)計(jì)及施工設(shè)計(jì)，以配合廠站建設(shè)同步投產(chǎn)。交直流混聯(lián)電網(wǎng)連鎖故障預(yù)警及控制方法及系統(tǒng)與流程，如圖所示。

圖 交直流混聯(lián)電網(wǎng)連鎖故障預(yù)警及控制方法及系統(tǒng)與流程

3 提高配電網(wǎng)運(yùn)行水平的措施

（1）根據(jù)情況增加配電網(wǎng)管理與維修的力度

對配電網(wǎng)進(jìn)行檢修和管理，健全相關(guān)的管理制度，可以使其在運(yùn)營中所遇到的問題及時(shí)被檢測出來，減少配電網(wǎng)的意外事件，確保其安全穩(wěn)定地運(yùn)轉(zhuǎn)。因此，應(yīng)該對配電網(wǎng)的維修規(guī)劃進(jìn)行合理的修改，實(shí)行“一條龍”的維修，把可靠性管理與生產(chǎn)規(guī)劃有機(jī)地聯(lián)系在一起，對停電時(shí)間的把控要做到科學(xué)化、合理化，避免出現(xiàn)反復(fù)的停電。

（2）提高電力系統(tǒng)配電網(wǎng)的自動(dòng)化運(yùn)行水平

在配電網(wǎng)的運(yùn)營管理中，將電子計(jì)算機(jī)技術(shù)與信息管理技術(shù)運(yùn)用到其中，既可以提升其運(yùn)營的穩(wěn)定性，又可以達(dá)到對其運(yùn)營費(fèi)用進(jìn)行控制，減少其運(yùn)營的難度。所以，在對配電網(wǎng)進(jìn)行改造與維修的時(shí)候，應(yīng)該加強(qiáng)對配電網(wǎng)的信息化與數(shù)字化的建設(shè)，并逐漸使其達(dá)到自動(dòng)化、綜合化與智能化的程度，用先進(jìn)的電子計(jì)算機(jī)技術(shù)來取代傳統(tǒng)的手工的方式來進(jìn)行管理，從而可以將由于人為失誤而造成的配電網(wǎng)的運(yùn)營故障降到最低。在保證配電系統(tǒng)安全可靠的前提下，提出了一種新的配電系統(tǒng)自適應(yīng)控制策略，可顯著提升配電系統(tǒng)的快速響應(yīng)能力，縮短配電系統(tǒng)的短路范圍，縮短短路周期，保證配電系統(tǒng)的安全可靠。

4 電網(wǎng)安全應(yīng)用案例

鄭州聯(lián)變超限斷電負(fù)載穩(wěn)定控制系統(tǒng)選用某公司RCS-992A型穩(wěn)定控制設(shè)備，該設(shè)備為模塊化、主從式的設(shè)計(jì)，整個(gè)設(shè)備是以各種不同的功能相互獨(dú)立的模塊組合而成。整體的穩(wěn)定控制系統(tǒng)是通過主機(jī)RCS-992A，從機(jī)RCS-990A，通訊復(fù)接設(shè)備MUX-22A、MUX-64B和MUX-2M等一起組成的，根據(jù)具體的穩(wěn)定控制系統(tǒng)的規(guī)模和復(fù)雜程度來確定設(shè)備的數(shù)目和連接模式。主站、子站和執(zhí)行站設(shè)備的硬件配置基本上相同，但是在穩(wěn)定控制系統(tǒng)比較大的時(shí)候，主站需對其進(jìn)行擴(kuò)充（用來與子站和執(zhí)行站連接），而子站則很少有用來與主站和執(zhí)行站進(jìn)行通訊的，而執(zhí)行站則只需要一個(gè)通信界面來與主站或子站進(jìn)行通訊。每臺(tái)工作站包括一個(gè)主工作站和幾個(gè)副工作站，必要時(shí)也設(shè)有一個(gè)信號(hào)復(fù)接設(shè)備。

子站的主機(jī)負(fù)責(zé)與其他站的設(shè)備通訊，接收來自本站點(diǎn)地從設(shè)備采集到的數(shù)據(jù)及判別結(jié)果，實(shí)施穩(wěn)定控制，從站的主機(jī)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集與計(jì)算，判斷一條線（主變、機(jī)組）是否在運(yùn)行，判斷一條線（主變、機(jī)組、母線）是否在運(yùn)行，以及判斷一條線（主變、機(jī)組、母線）是否在跳閘及出現(xiàn)的情況等，并且完成主站發(fā)出的指令；此外，還要求在不依賴于設(shè)備的情況下，對設(shè)備進(jìn)行穩(wěn)態(tài)的調(diào)節(jié)，例如，對變壓器和輸電線路進(jìn)行超負(fù)荷識(shí)別等。鄭州聯(lián)變與環(huán)翠變、謝莊變、石佛變、索河變、常莊變和魯莊變等多臺(tái)穩(wěn)定控制設(shè)備之間的一條線路相連，構(gòu)成了鄭州電網(wǎng)超負(fù)荷遠(yuǎn)程停電穩(wěn)定控制體系。該區(qū)域穩(wěn)定控制系統(tǒng)鄭州變?yōu)橹髡?，其余均為各地區(qū)電網(wǎng)切換負(fù)載的執(zhí)行站。兩臺(tái)機(jī)之間使用光纖通訊，2M的界面模式。鄭州變在500kV供電至220kV時(shí)，在主變?nèi)纬?fù)荷運(yùn)行后，將切斷負(fù)載指令送至6個(gè)執(zhí)行臺(tái)，石佛變?yōu)榈谌喆芜h(yuǎn)切負(fù)荷子站。

5 結(jié)束語

當(dāng)前，我國各地的電力系統(tǒng)與獨(dú)立網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)工作已逐漸展開，為提升網(wǎng)絡(luò)在事故干擾下的安全、穩(wěn)定工作，只要兩邊系統(tǒng)能夠分別保持自身同步，并且保證兩個(gè)系統(tǒng)之間的供求關(guān)系能夠維持在一個(gè)相對均衡的狀態(tài)下，就必須要在聯(lián)絡(luò)線路上都安裝雙重化的、相互獨(dú)立的、能夠同時(shí)對兩個(gè)不同的開關(guān)進(jìn)行控制的開關(guān)，才能更好地防止事故擴(kuò)大，避免系統(tǒng)崩潰。