楊 丹，劉海峰，涂長(zhǎng)庚，余曉鴻，王科清

（1.國(guó)家電網(wǎng)湖南省電力公司，湖南 長(zhǎng)沙 410007；2.國(guó)家電網(wǎng)湖南省電力公司 電力科學(xué)研究院，湖南 長(zhǎng)沙 410007；3.國(guó)家電網(wǎng)公司華中分部，湖北 武漢 430077；4.國(guó)家電網(wǎng)北京市電力公司 物資公司，北京 100031）

大唐石門電廠是中國(guó)湖南湘西北電網(wǎng)的主力電源之一，隨著電網(wǎng)的發(fā)展，其送出斷面潮流重載問(wèn)題日益突出，嚴(yán)重時(shí)甚至導(dǎo)致電廠出力受限，采取母聯(lián)斷路器開(kāi)環(huán)運(yùn)行方式可以釋放其部分受限出力，但是隨著負(fù)荷的增長(zhǎng)，開(kāi)環(huán)運(yùn)行也無(wú)法保證機(jī)組滿出力外送。

為保證電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，除建立合理的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、安排合理的運(yùn)行方式外，二次系統(tǒng)也必須配備合理的安全穩(wěn)定控制措施，組成一個(gè)完善的防御系統(tǒng)。電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制裝置是保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的“第二道防線”，也是提高受端電網(wǎng)受電能力及提高電廠外送能力的重要手段。通過(guò)配置穩(wěn)控裝置，能夠在確保電網(wǎng)安全的前提下保證電廠外送［1-2］。

1 電廠送出潮流分析

大唐石門電廠通過(guò)石盤Ⅰ，Ⅱ（線型2×LGJ-300）、石崗Ⅰ，Ⅱ線（線型2×LGJ-240+LHGJT-440）4回220kV線路接入電網(wǎng)（石盤Ⅰ，Ⅱ線為同桿并架線路；石崗Ⅰ，Ⅱ線為同桿并架線路），其中，石盤Ⅰ，Ⅱ線既是電廠的重要外送線路也是向常德北部以及湖區(qū)電網(wǎng)供電的主力通道。

1.1 大唐石門正常方式下潮流分析

冬季大負(fù)荷方式下，若大唐石門、創(chuàng)元等火電機(jī)組全開(kāi)滿發(fā)，則大唐石門電廠出力主要通過(guò)石盤Ⅰ，Ⅱ線外送，石崗Ⅰ，Ⅱ線潮流較輕，甚至由崗市向石門電廠方向輸送。如圖1所示，若江埡、皂市、三江口等水電機(jī)組全停，石盤Ⅰ，Ⅱ線潮流均達(dá)到300 MW，超過(guò)熱穩(wěn)定極限；若石盤Ⅰ線跳閘，90%以上的潮流將轉(zhuǎn)移至石盤Ⅱ線，石盤Ⅱ線將嚴(yán)重過(guò)載。按照“N-1原則”，需嚴(yán)格控制石盤Ⅰ，Ⅱ線潮流之和，導(dǎo)致大唐石門電廠出力受限。

圖1 大唐石門送出潮流分布Figure 1 Power flow distribution of Shimen Power Plant

崗市主變是向常德地區(qū)供電的主力通道，冬季大負(fù)荷時(shí)期，下網(wǎng)壓力較大。以2012年12月最大負(fù)荷點(diǎn)為例，常德地區(qū)負(fù)荷1 775MW，崗市主變下網(wǎng)624MW，負(fù)載率達(dá)96%。減輕崗市下網(wǎng)最有效手段即增加常益張地區(qū)220kV并網(wǎng)機(jī)組出力，而大唐石門電廠由于石盤斷面的控制，出力限制在400MW左右，江埡、皂市以及常德、張家界地區(qū)110kV及以下并網(wǎng)的水電廠需長(zhǎng)期大方式運(yùn)行。對(duì)枯水期水電機(jī)組檢修以及水庫(kù)蓄水極為不利。隨著負(fù)荷的不斷增長(zhǎng)，大唐石門出力受限甚至可能造成常德地區(qū)供電緊張。

1.2 大唐石門電廠母聯(lián)開(kāi)環(huán)方式潮流分析

為了釋放大唐石門電廠受限電力，減輕江埡、皂市等電廠的頂峰壓力，通過(guò)改變其接線方式可以提高石盤斷面的輸送能力。

1）開(kāi)環(huán)方案1。

大唐石門電廠1＃機(jī)組及石崗Ⅰ，Ⅱ線置于一組母線，2＃機(jī)組及石盤Ⅰ，Ⅱ線置于另一組母線，母聯(lián)600斷開(kāi)。此方式下雖然石盤斷面重載問(wèn)題得以解決，但是常德地區(qū)盤山、七重堰、窯坡等變電站及湖區(qū)護(hù)城、明山等變電站電壓低落；另一方面，湖區(qū)電網(wǎng)80%以上的電力由220kV崗明、迎沅Ⅰ線獲取，將導(dǎo)致湖區(qū)電網(wǎng)電力供應(yīng)緊張，若江埡電廠小方式運(yùn)行還會(huì)造成崗市零斷面重載，因此，此方式不可取。

2）開(kāi)環(huán)方案2。

大唐石門電廠＃1機(jī)組及石崗、石盤Ⅰ線置于一組母線，＃2機(jī)組及石崗、石盤Ⅱ線置于另一組母線，母聯(lián)600斷開(kāi)。此方式下，潮流分布較正常方式基本沒(méi)有變化，但是石盤Ⅰ線跳閘后，僅60%的潮流轉(zhuǎn)移至石盤Ⅱ線，初始潮流及故障后潮流轉(zhuǎn)移情況如表1所示。此方式下，石盤Ⅰ，Ⅱ線控制功率可提高，且保證了電廠每臺(tái)機(jī)組都通過(guò)兩回220kV線路與系統(tǒng)聯(lián)系，可靠性較高。

采取母聯(lián)開(kāi)環(huán)的方式，釋放了大唐石門電廠的部分受限出力，但是個(gè)別時(shí)段仍無(wú)法保證2臺(tái)機(jī)組滿發(fā)。在500kV常德北變電站投產(chǎn)前，隨著湖區(qū)及常德北部電網(wǎng)負(fù)荷的不斷增長(zhǎng)，石盤斷面重載的情況日益嚴(yán)重。石盤斷面成為制約大唐石門電廠外送的重要瓶頸。

表1 大唐石門開(kāi)合環(huán)方式潮流對(duì)比Table 1 Power flow comparison with the open loop and closed loop operation modes

2 電廠送出穩(wěn)定校核

2.1 正常方式下穩(wěn)定校核

正常方式下，大唐石門電廠外送穩(wěn)定水平較高，重要外送線路石盤Ⅰ，Ⅱ線、石崗Ⅰ，Ⅱ線、盤窯線、盤七線等都能通過(guò)三相故障校核。即使同桿并架的石盤或者石崗雙回發(fā)生異名相故障重合閘不成功而同時(shí)跳閘，大唐石門電廠機(jī)組也能保持穩(wěn)定運(yùn)行。

2.2 檢修方式下穩(wěn)定校核

檢修方式下，重要設(shè)備三相故障可能造成大唐石門電廠功角失穩(wěn)。例如：大唐石門電廠2臺(tái)機(jī)組運(yùn)行，石崗Ⅰ線停運(yùn)方式下，石崗Ⅱ線三相故障跳閘將導(dǎo)致機(jī)組功角失穩(wěn)，其功角曲線如圖2（a）所示；若機(jī)組留5%的旋備，并輔以切機(jī)措施，該方式下所有設(shè)備都能通過(guò)三相故障校核，功角曲線如圖2（b）所示，其中，2＃機(jī)組故障后被切除，1＃機(jī)組能夠保持穩(wěn)定運(yùn)行。

圖2 石崗Ⅱ線三相故障功角曲線Figure 2 Power-angle curves for three-phase fault of transmission line S-GⅡ

3 安全穩(wěn)定控制裝置設(shè)計(jì)方案

電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制裝置是為保證電力系統(tǒng)在遇到大擾動(dòng)時(shí)的穩(wěn)定性而在電廠或者變電站內(nèi)裝設(shè)的控制設(shè)備，實(shí)現(xiàn)切機(jī)、切負(fù)荷、快速減出力、直流功率緊急提升或回降等功能，是保持電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的第二道防線的重要設(shè)施［3］。目前，實(shí)現(xiàn)切機(jī)功能的穩(wěn)控裝置廣泛應(yīng)用于湖南電網(wǎng)，在正常情況下保證了電源的外送，故障情況下通過(guò)切機(jī)等措施確保了電網(wǎng)安全。

考慮單個(gè)廠站穩(wěn)定控制系統(tǒng)的特點(diǎn)和要求，安全穩(wěn)定控制裝置一般有3種配置方案：?jiǎn)螜C(jī)、雙機(jī)和三機(jī)容錯(cuò)系統(tǒng)［4］。大唐石門電廠安控裝置對(duì)可靠性要求不高，可采取單機(jī)系統(tǒng)配置。

3.1 基本功能

在正常方式下，大唐石門電廠外送主要是熱穩(wěn)定問(wèn)題；檢修方式下則存在功角穩(wěn)定問(wèn)題。同時(shí)，考慮到大唐石門、皂市、三江口等常德地區(qū)水火電群的整體外送，裝置需具備接收遠(yuǎn)方信號(hào)切機(jī)功能。大唐石門電廠穩(wěn)控裝置應(yīng)實(shí)現(xiàn)的基本功能如下：

1）電廠任一出線故障或無(wú)故障跳閘（含線路本側(cè)或?qū)?cè)開(kāi)關(guān)跳閘），啟動(dòng)切機(jī)。

2）同桿并架的石崗（石盤）雙回同時(shí)跳閘啟動(dòng)切機(jī)。

3）自動(dòng)識(shí)別運(yùn)行方式（含正常方式、出線單回檢修方式、開(kāi)環(huán)方式等），并預(yù)留2～3個(gè)特殊方式。

4）開(kāi)環(huán)方式下需識(shí)別機(jī)組及線路所接母線，實(shí)現(xiàn)線路跳閘切另一組母線機(jī)組功能。

5）自動(dòng)判別電廠開(kāi)機(jī)方式及大出力機(jī)組。

6）能夠定義3～4個(gè)不同斷面。

7）預(yù)留接收崗市、盤山方向來(lái)遠(yuǎn)切信號(hào)切本廠機(jī)組的功能。

8）2臺(tái)機(jī)組運(yùn)行時(shí)，保留1臺(tái)機(jī)組不切。

3.2 裝置策略結(jié)構(gòu)表

根據(jù)功能需求，安全穩(wěn)定控制裝置策略結(jié)構(gòu)如表2所示，其中，斷面1定義為石盤Ⅰ，Ⅱ線潮流之和，斷面2定義為石崗Ⅰ，Ⅱ線潮流之和，斷面3定義為大唐石門2臺(tái)機(jī)組出力之和。

3.3 接入電氣量及壓板設(shè)置

根據(jù)裝置基本功能，需接入電氣量：1＃，2＃主變高壓側(cè)的三相電壓、三相電流，四回220kV出線及旁路的三相電流、切換后母線三相電壓、母聯(lián)三相電流；機(jī)組及線路掛母線刀閘位置、母聯(lián)開(kāi)關(guān)位置、保護(hù)動(dòng)作三跳信號(hào)、線路開(kāi)關(guān)位置信號(hào)等。

表2 大唐石門電廠策略結(jié)構(gòu)Table 2 Strategy structural table for Shimen power plant

壓板設(shè)置：總功能壓板、特殊方式壓板、四回線路檢修壓板、四回線路旁代壓板、機(jī)組允切壓板、通道壓板；切換把手。

3.4 裝置邏輯判別原理

1）線路投停判別邏輯。

正常方式下，石崗Ⅰ，Ⅱ線潮流較輕，如果僅根據(jù)線路電流判斷投?？赡茉斐烧`判，因此，需接入線路開(kāi)關(guān)位置信號(hào)進(jìn)行輔助判斷。判別邏輯：①線路檢修壓板未投；②線路電流≥投運(yùn)電流定值Ity；③線路有功功率≥投運(yùn)功率定值Pty；④線路HWJ信號(hào)為1。

如果①滿足且②③④中任一條件滿足，即判為投運(yùn)；若線路判為投運(yùn)但④不滿足，裝置發(fā)出線路HWJ不一致異常告警信號(hào)。

2）線路跳閘判別邏輯。

線路跳閘可以分為線路故障跳閘、線路本側(cè)無(wú)故障跳閘、線路對(duì)側(cè)無(wú)故障跳閘。

故障跳閘可以采用電氣量加跳閘開(kāi)關(guān)量進(jìn)行綜合判斷，判據(jù)完善可靠，即保護(hù)三跳信號(hào)為1，線路HWJ信號(hào)為0，電流突增量大于定值，電壓突降量大于定值，4個(gè)條件同時(shí)滿足時(shí)判為線路故障跳閘。

線路無(wú)故障跳閘判據(jù)一般采用電氣量，較易滿足，在聯(lián)絡(luò)線功率變化較大，特別是在功率反向時(shí)，可能出現(xiàn)電流突變，且電流和功率絕對(duì)值很小的情況。所以采用純電氣量的判別方式，受原理的限制，存在著不能正確判別是否跳閘的情況［5］。因電廠外送線路故障后潮流轉(zhuǎn)移集中，可以引入相鄰線路電流突變量作為防誤判據(jù)，判別邏輯如圖3所示。

圖3 線路無(wú)故障跳閘判別邏輯圖Figure 3 Logic diagram for tripping discretion without any fault

3.5 其他重要功能

1）裝置具有TV，TA斷線告警功能。

2）具有較強(qiáng)的抗干擾能力。交直流系統(tǒng)操作、大氣過(guò)電壓、系統(tǒng)諧波、無(wú)線電等不會(huì)引起拒動(dòng)、誤動(dòng)及死機(jī)。

3）裝置死機(jī)后具備快速自動(dòng)復(fù)位功能。

4）配有RS485以及以太網(wǎng)通訊口，方便接入省調(diào)調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)集中管理系統(tǒng)。

5）面板信號(hào)燈可準(zhǔn)確反映裝置的運(yùn)行、啟動(dòng)、動(dòng)作、通道及異常情況。

4 配置穩(wěn)控后效果

冬季枯水期大負(fù)荷方式下，石門電廠外送斷面重載問(wèn)題最為突出。采取母聯(lián)600開(kāi)關(guān)開(kāi)環(huán)運(yùn)行的方式可以釋放電廠部分受限出力，若輔以穩(wěn)控切機(jī)措施，石門電廠外送基本不受限。

故障前，石盤Ⅰ，Ⅱ線潮流之和為500MW，如圖4（a）所示；石盤Ⅰ線跳閘，如果不采取措施，石盤Ⅱ線潮流達(dá)399MW，超熱穩(wěn)定極限運(yùn)行，如圖4（b）所示；穩(wěn)控裝置正確動(dòng)作，切除2＃機(jī)組后，石盤Ⅱ線潮流為286MW，在熱穩(wěn)定極限功率之內(nèi)，如圖4（c）所示。經(jīng)計(jì)算，石門電廠2＃機(jī)組對(duì)石盤Ⅱ線潮流的靈敏度高達(dá)38%，故障后通過(guò)穩(wěn)控裝置切除機(jī)組對(duì)降低石盤Ⅱ線潮流非常有效。

5 結(jié)語(yǔ)

圖4 穩(wěn)措實(shí)施后石盤Ⅰ線跳閘前、后潮流分布Figure 4 Power Flow distribution of transmission line S-PⅠafter the operation of stability control equipment

合理的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)是電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)。隨著電源、負(fù)荷的增長(zhǎng)，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)可能在短期內(nèi)無(wú)法滿足電源外送及負(fù)荷增長(zhǎng)的需求。在電力系統(tǒng)中采用合理的、性能完善的安全穩(wěn)定控制裝置，是提高系統(tǒng)輸送能力，保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要措施［6-8］。

大唐石門電廠通過(guò)配置安全穩(wěn)定控制裝置，在重要送出線路跳閘時(shí)啟動(dòng)切除機(jī)組，提高了電廠的外送穩(wěn)定水平，減少了電廠受限出力，對(duì)減輕500 kV崗市主變下網(wǎng)壓力，合理安排周邊水電機(jī)組運(yùn)行方式，確保常德地區(qū)電力的可靠供應(yīng)具有重要意義。

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