流域梯級電站群下安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)的應(yīng)用

蔣 立 偉， 侯 小 濤

(國電大渡河瀑布溝水力發(fā)電總廠，四川 雅安 625304)

流域梯級電站群下安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)的應(yīng)用

蔣 立 偉， 侯 小 濤

(國電大渡河瀑布溝水力發(fā)電總廠，四川 雅安 625304)

流域電站安控切機(jī)策略的制定必須考慮到流域電站的安全運行，否則會在正常切機(jī)后導(dǎo)致下游水庫出線機(jī)端情況或需要緊急泄洪的情況發(fā)生。安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)的主要任務(wù)是，當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生某些故障時，按照預(yù)定的控制準(zhǔn)則快速做出反應(yīng)，采取必要措施避免事故擴(kuò)大。安全、可靠穩(wěn)定的安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)將為特高壓電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行提供有力保障，能切實有效的在日益發(fā)展的四川電力系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用。

流域電站；安全穩(wěn)定；控制系統(tǒng)的功能；切機(jī)策略及措施

近年來，作為全國十三大水電基地之一的大渡河流域水電開發(fā)得到了飛速的發(fā)展，特別是大渡河流域梯級電站群也相繼投產(chǎn)發(fā)電，為了緩解川電外送的電力負(fù)荷壓力，四川相繼建成配合川電東送的電壓等級高、輸送距離長、輸送容量大的“四交流、四直流”的跨區(qū)域輸電線路陸續(xù)投入運行。為保證高壓輸電線路的安全穩(wěn)定運行，電力系統(tǒng)中布置了多套安全穩(wěn)定控制裝置來構(gòu)成電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的第二道防線。安全穩(wěn)定控制裝置的安全性、可靠性、穩(wěn)定性既影響著電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，又會影響到流域梯級電站的安全穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運行，安控系統(tǒng)也對川電外送通道的輸送能力起到積極作用。本文以大渡河流域中下游梯級電站群和川電外送安控系統(tǒng)作為主要研究對象，對流域梯級電站群下安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)的應(yīng)用作了簡要分析。

1 流域電站概況

電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，是電力系統(tǒng)安全可靠運行的重要因素。安全穩(wěn)定控制裝置是改善電力系統(tǒng)運行方式以提高系統(tǒng)穩(wěn)定性的裝置，自國家實施西部大開發(fā)和川電東送以來，將西南地區(qū)水電資源輸送到中東部用電需求高地區(qū)顯得尤為重要，電力系統(tǒng)主干網(wǎng)結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，接入系統(tǒng)的高電壓等級電廠越來越多，線路輸送功率越來越高，送電端對受電端的影響也越來越大，這樣就對電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行提出了更高的要求。

瀑布溝水電站為梯級電站群最上級，深溪溝水電站接瀑布溝水電站的尾水，枕頭壩一級水電站在最后一級。

(1)瀑布溝水電站在最上級，是川電東送安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)中的一個子站，也是流域集群電站的總站。瀑布溝水電站位于四川省漢源與甘洛兩縣交界處、大渡河中游。瀑布溝水電站裝有6臺單機(jī)600 MW水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)3 600 MW，多年平均發(fā)電量147.9億kWh。水庫總庫容53.9億m3，具有不完全年調(diào)節(jié)能力。500 kV開關(guān)站通過4回線路輸送至東坡變電站。

(2)深溪溝水電站位于中間一級，位于瀑布溝下游14公里，為瀑布溝水電站的反調(diào)節(jié)電站，水庫總庫容3.2億m3，為日調(diào)節(jié)水庫。瀑布溝電站發(fā)電流量通過徑流時間約12分鐘時間到達(dá)深溪溝水庫。電站裝設(shè)4臺單機(jī)容量為165 MW的軸流轉(zhuǎn)槳式水輪發(fā)電機(jī)組，總?cè)萘繛?60 MW。深溪溝水電站以單回500 kV出線接至瀑布溝500 kV開關(guān)站。

(3)枕頭壩一級水電站在最后一級，電站安裝有4臺電機(jī)180 MW的軸流轉(zhuǎn)槳式水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量為720 MW，枕頭壩一級水電站以單回500 kV線路接至深溪溝水電站，通過深溪溝再送至瀑布溝500 kV開關(guān)站。

整個布坡潮流斷面送出的最大容量可達(dá)到4 980 MW，為了充分發(fā)揮瀑布溝水庫的庫容較大且調(diào)節(jié)能力強(qiáng)特點，在正常情況下，流域梯級電站水庫統(tǒng)一調(diào)度，以保證日調(diào)節(jié)水庫深溪溝、枕頭壩的入庫、出庫平衡，實現(xiàn)梯級流域電站群水庫優(yōu)化經(jīng)濟(jì)運行。

2 瀑布溝安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)的功能

2.1 流域電站安控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

瀑布溝水電站安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)由瀑布溝水電站、枕頭壩水電站、深溪溝水電站、東坡變電站、桃鄉(xiāng)變電站、尖山變電站的安控及其通道的總稱。其中瀑布溝水電站安控裝置既是德陽安控系統(tǒng)、川電東送安控系統(tǒng)、復(fù)奉-賓金安控系統(tǒng)、復(fù)龍-錦屏安控系統(tǒng)的四川網(wǎng)內(nèi)切機(jī)執(zhí)行站，也分別受譚家灣安控裝置、洪溝安控裝置、資陽安控裝置、瀘州安控裝置的切機(jī)命令，又是瀑布溝水電站安控裝置、枕頭壩水電站安控裝置、深溪溝水電站安控裝置所構(gòu)成流域梯級電站群安控系統(tǒng)的主站。地理接線示意圖及安控系統(tǒng)布置結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 地理接線示意圖及安控系統(tǒng)布置圖

2.2 流域電站安控系統(tǒng)功能

(1)瀑布溝電站安控裝置判別瀑布溝電站4回出線運行方式及故障情況，按控制策略聯(lián)切瀑布溝電廠機(jī)組。并接受執(zhí)行東坡變電站安控裝置、譚家灣變電站安控裝置、洪溝變電站安控裝置、資陽變電站安控裝置、尖山變電站安控裝置、瀘州變電站安控裝置、桃鄉(xiāng)變電站安控裝置發(fā)來的切機(jī)命令并執(zhí)行，以及向以上各站發(fā)送流域電站群各站可切機(jī)組功率信息；瀑布溝站安控系統(tǒng)可向枕頭壩水電站、深溪溝水電站發(fā)送全切機(jī)組命令；瀑布溝兩套安控裝置為并列運行方式。

(2)枕頭壩水電站安控裝置向瀑布溝電站安控裝置上送可切機(jī)組功率信息；接收瀑布溝電站安控裝置發(fā)來的全切命令并執(zhí)行；兩套安控裝置為并列運行方式。

(3)枕頭壩水電站安控裝置向瀑布溝電站安控裝置上送可切機(jī)組功率信息；接收瀑布溝電站安控裝置發(fā)來的全切命令并執(zhí)行；兩套安控裝置為并列運行方式。流域梯級電站及安控系統(tǒng)功能見圖2。

圖2 流域梯級電站及安控系統(tǒng)功能

3 安控系統(tǒng)切機(jī)策略及措施

3.1 安控系統(tǒng)切機(jī)策略

對于流域梯級電站群的安控裝置切機(jī)來說，瀑布溝安控系統(tǒng)作為四川電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的重要組成部分，瀑布溝安控系統(tǒng)在相關(guān)電網(wǎng)發(fā)生故障時按照主站發(fā)來的切機(jī)命令執(zhí)行來切除對應(yīng)電站的可切機(jī)組。為了在電網(wǎng)發(fā)生故障時快速切除故障，在滿足電力系統(tǒng)電網(wǎng)需求的情況下，該流域梯級電站安控切機(jī)必須遵循以下原則：

(1)在瀑布溝電站安控系統(tǒng)接收到外部切機(jī)命令執(zhí)行時，枕頭壩全站機(jī)組和深溪溝全站機(jī)組等效為瀑布溝的2臺機(jī)組，切機(jī)順序為枕頭壩、深溪溝、瀑布溝。

(2)切機(jī)時執(zhí)行原則為枕頭壩全切、深溪溝全切、瀑布溝切機(jī)順序為1、2、3、4、5、6號機(jī)組。

綜合考慮梯級電站切機(jī)原則和電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的實際情況，最終設(shè)置瀑布溝電站安控切機(jī)原則如下：

(1)所有切除機(jī)組均按照容量過切原則執(zhí)行，瀑布溝安控系統(tǒng)總體可將枕頭壩全廠機(jī)組看做瀑布溝的一臺機(jī)組，深溪溝相同也看成瀑布溝的一臺機(jī)組，此時整個電站群等效為8臺機(jī)組。那么此時優(yōu)先級的設(shè)定見表1。

(2)枕頭壩電站和深溪溝電站將所有可切除機(jī)組的信息上送至瀑布溝主站，允切壓板未投入或機(jī)組停機(jī)態(tài)下機(jī)組不可切除。當(dāng)按照故障切除容量切機(jī)時，枕頭壩電站和深溪溝電站全切均按照容量過切原則執(zhí)行，瀑布溝電站保留一臺機(jī)組不被切除。

3.2 安控系統(tǒng)策略分析

瀑布溝電站作為流域梯級電站群的主站，根據(jù)電力系統(tǒng)故障類型和相應(yīng)電站對應(yīng)的切機(jī)方式；假如以現(xiàn)在固定化的切機(jī)順序不變，那么在實際電站運行時存在一定的風(fēng)險，將無法滿足梯級電站安全、穩(wěn)定運行要求；另外加之水庫調(diào)節(jié)能力的限制，會導(dǎo)致日調(diào)節(jié)庫容電站出現(xiàn)緊急泄洪和水庫漫壩的發(fā)生。

當(dāng)枕頭壩電站機(jī)組全部滿負(fù)荷運行且所有機(jī)組均投允切壓板，深溪溝機(jī)組全部滿負(fù)荷運行且所有機(jī)組均投允切壓板，此時枕頭壩庫區(qū)水位620 m。深溪溝庫區(qū)水位658 m，此時電力系統(tǒng)故障時，當(dāng)瀑布溝此時收到切機(jī)容量為1 000 MW時，同時切除枕頭壩和深溪溝兩站全部機(jī)組，瀑布溝機(jī)組不切，此時枕頭壩瞬間減少負(fù)荷720 MW，等同于水庫流量瞬間增加1 320 m3/s，此時枕頭壩瞬間減少負(fù)荷66 MW，等同于水庫流量瞬間增加2 400 m3/s，此時枕頭壩和深溪溝電站應(yīng)進(jìn)行緊急緊急泄洪和告知瀑布溝減少負(fù)荷措施來控制水位。

4 結(jié) 語

流域電站安控切機(jī)策略的制定必須考慮到流域電站的安全運行，否則會在正常切機(jī)后導(dǎo)致下游水庫出線機(jī)端情況或需要緊急泄洪的情況發(fā)生。安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)的主要任務(wù)是，當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生某些故障時，按照預(yù)定的控制準(zhǔn)則快速做出反應(yīng)，采取必要措施避免事故擴(kuò)大。安全、可靠穩(wěn)定的安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)將為特高壓電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行提供有力保障，能切實有效的在日益發(fā)展的四川電力系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用。

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[2] 宋錦海，李雪明主編．新一代分布式穩(wěn)定控制裝置FWK-300及其應(yīng)用[J]．電力系統(tǒng)自動化，2005.

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[4] 許正亞主編，電力系統(tǒng)安全自動裝置[S].中國水利水電出版社，2006.

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TV212.4；[TM622]；TL503.6

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1001-2184(2017)05-0121-03

2017-09-29

蔣立偉(1966-)，男，廣西全州人，工程師，學(xué)士，從事水電站技術(shù)與管理工作；

侯小濤(1986-)，男，吉林榆樹人，助理工程師，學(xué)士，從事水電站運行維護(hù)技術(shù)與管理工作.

(責(zé)任編輯卓政昌)