大型企業電網典型穩控方案探討

王 良 任祖怡 夏尚學 徐 柯

(南京南瑞繼保電氣有限公司，江蘇 南京 211102)

大型企業電網典型穩控方案探討

王 良 任祖怡 夏尚學 徐 柯

(南京南瑞繼保電氣有限公司，江蘇 南京 211102)

大型企業電網存在以下典型問題：外部供電通道單一，可靠性差；受電比例高，發生與系統斷開事故后有功缺額較大，頻率穩定控制問題突出；當系統側發生故障時會引發逆功率；當與系統某條聯絡線斷開時，會導致剩余線路過載；大型企業電網與外部電網系統失步或其他原因會造成系統振蕩；備用電源快速切換成功率不高。針對上述問題，提出了一種適用于此類電網的安全自動控制方案。

企業電網；頻率控制；過載控制；系統振蕩

0 引言

大型企業電網對外部電網穩定性、送電通道可靠性要求較高，但很多變電站沒有真正實現雙電源供電，基本上是一運一備方式運行，該類企業電網自身具備一定的發電能力，同時通過一回或多回聯絡線從系統受電，供電通道一旦斷開，就會造成系統功率缺額較大，頻率穩定問題突出。當系統側發生故障時，聯絡線潮流向系統大量送出，此時需要主動斷開與主網的聯系，保證孤網穩定運行。一回聯絡線發生故障時，可能導致剩余一回運行線路過負荷，此時需要按功率缺失額度選切部分負荷，以保持功率平衡。同時，為確保系統穩定，需要在切負荷執行站配置就地低頻低壓減載作為第三道防線。當發生系統振蕩時，需主動將企業電網與外部系統解列，然后通過減負荷等措施確保本地小系統的平衡與穩定。備用電源的切換不及時引起的停機停爐或切換時機不當可能對企業電網系統內設備造成不必要沖擊，需要進行快速、準確的工作電源、備用電源間的切換，從而保持受端系統穩定。

綜上所述，對于該類型電網架構，一方面需要提高系統聯絡線的供電能力以及可靠性；另一方面可以以較少的投資、較快的建設周期建設一套穩定控制、失步解列、備用電源快速切換系統，充分發揮現有電網的供電能力，提高現有電網供電可靠性。

1 大型企業電網典型穩控系統功能

基于上述需要解決的問題，本文提出了一套適用于大型企業電網系統穩定控制的、典型的配置方案。即在企業電網系統與外界電網接口控制站點配置穩定控制主站、在負荷變電站配置穩定控制系統執行站，主站和子站之間通過2M光纖復接通道建立通信聯系，按照分層分布的原則設計整套系統。同時，在企業電網系統與外界電網接口控制站點配置一套失步解列裝置、一套備用電源快速切換裝置。

大型企業電網典型穩控系統主要具備以下功能：

1.1 主站功能

(1) 采集系統聯絡線、主變的高壓側三相電壓、三相電流，接收執行站的可切負荷、機組信息。(2) 檢測系統聯絡線、主變是否跳閘。當發生跳閘時，若事故前功率為受進，則根據事故前受進功率和發令切除執行站一部分負荷；若事故前功率為送出，則需要發令壓機組出力或切機。(3) 若發生聯絡線一回跳閘，另一回過載，則裝置根據過載情況進行精確切負荷，保證地區功率基本平衡。(4) 若系統側發生故障，導致聯絡線潮流向系統大量送出，此時裝置主動跳開聯絡線，同時發令切除執行站一部分負荷，保證孤網穩定運行。(5) 檢測聯絡線的運行情況，當檢測到供電電網與企業電網發生失步振蕩時，將聯絡線解列，并在解列后，根據企業系統內部頻率的情況采取一定措施保證企業系統的穩定。(6) 當檢測到系統進線跳閘并無流時，經過檢同期合熱備用線路，完成備用電源快速切換。

1.2 執行站功能

(1) 采集負荷、機組信息并上送給主站。(2) 接收主站發送的切機、切負荷命令并執行。(3) 配置低頻低壓切負荷的功能，作為第三道防線，當切負荷量不足時，通過就地低頻低壓減載來切除負荷。

2 大型企業電網典型結構下的控制系統動作邏輯

針對大型企業電網典型網架結構(圖1)，正常運行方式是#1聯絡線、#3聯絡線為主供線路，#2聯絡線為熱備線路。企業電網系統與外界電網接口控制站點為系統主站，采集本站聯絡線電壓、電流、開關運行狀態，同時收集執行站的負荷、機組運行狀態信息，根據以上信息實現前述主要功能。

圖1 企業電網系統關口站接線簡圖

2.1 聯絡線跳閘控制策略

(1) 線路發生無故障跳閘[1]，且檢測到開關TWJ；(2) 線路發生無故障跳閘，且頻率下降超過“頻率變化量閉鎖df”定值；(3) 線路發生故障跳閘[2]。

當滿足上述3個條件中任意1個時，裝置判斷聯絡線跳閘，此時根據事故前斷面潮流方向及大小，發令到執行站，切除相應容量的負荷或機組。

2.2 聯絡線逆功率控制策略

(1) 功率方向為企業系統向外送出；(2) 聯絡線斷面功率和大于“逆功率動作功率”定值；(3) 系統頻率降低，且低于“逆功率低頻門檻”定值(可經“低頻輔助判據投”控制字投退)；(4) 上述3個條件連續滿足時間大于“逆功率延時”定值。

當上述4個條件均滿足時，判斷為逆功率動作，裝置發令跳開與供電系統的聯絡線，并根據事故前斷面功率和，發令到執行站，切除相應容量的負荷或機組。

2.3 聯絡線過載控制策略

(1) 功率方向為外部系統向企業系統送入；(2) 聯絡線電流大于“過載動作電流”定值；(3) 上述2個條件連續滿足時間大于“過載動作延時”定值。

若以上3個條件均滿足，則判斷為過載動作，根據過載時刻的斷面功率，發令到執行站，切除一部分負荷，維持功率的基本平衡。

2.4 系統振蕩控制策略

在關口站專門配置一臺失步解列裝置，該裝置采用ucosφ原理[3]，將ucosφ的變化范圍分為7個區，振蕩發生時振蕩中心電壓逐級穿過若干個區域。通過監測振蕩中心電壓的變化軌跡來區分失步振蕩、短路故障。

當檢測到電力系統或企業電網發生失步振蕩時，將聯絡線斷面解列，解列后，穩控系統根據企業系統內部頻率的情況采取一定措施保證企業系統的穩定；若解列后系統頻率穩定，則不采取措施，若系統出現低頻，則穩控系統根據啟動前送入功率，選切適量的負荷線路，若系統出現高頻，則根據啟動前送出功率，選切適量的機組。

2.5 備用電源切換控制策略

2.5.1 充電條件

(1) 兩段母線均有壓；(2) “備用電源有壓”控制字退出，或#2聯絡線線電壓Ux大于“有壓幅值”；(3) 1DL、3DL合位且2DL分位。

上述條件均滿足，經“自投充電時間”后充電完成。

2.5.2 放電條件

(1) #2聯絡線檢修或2DL合位，立刻放電；(2) #1聯絡線、#3聯絡線均檢修，立刻放電；(3) 1DL或2DL或3DL開關拒動，立刻放電；(4) 1DL或2DL或3DL開關異常，延時放電；(5) “備用電源有壓”控制字投入，且#2聯絡線線電壓Ux小于“有壓幅值”經“后備失電延時”定值后報警，并放電；(6) 有閉鎖備投開入，立刻放電。

2.5.3 動作過程

充電條件滿足后，當檢測到如下條件：(1) #1聯絡線、#3聯絡線電流均小于“線路無流幅值”；(2) 2條母線均無壓；(3) #1、#3聯絡線開關均在跳位；(4) “后備失電閉鎖”退出或#2聯絡線電壓大于“有壓幅值”。

當滿足條件(1)、(2)、(4)時(無壓+無流)，或者滿足條件(1)、(3)、(4)時(跳位+無流)則啟動，經“備投動作延時”動作，跳1DL、3DL，合閘條件滿足后合2DL。

3 結語

針對此類典型的企業電網系統所存在的上述問題，在不改變一次接線結構的情況下，本文提出的綜合解決方案，能夠有效改善系統運行穩定性，對于提高該類電網的供電可靠性、抵御各種故障給企業電網帶來的穩定風險，具有重要的實際應用價值。

[1] 蔡敏，孫光輝，吳小辰，等.穩定控制所用交流設備跳閘判據的分析及應用[J].電力系統自動化，2007(9)

[2] 竇乘國，任祖怡，孫光輝，等.穩定控制系統用交流線路故障跳閘判據的研究及應用[A].2008年中國電機工程學會年會論文集[C]，2008

[3] 宗洪良，任祖怡，鄭玉平，等.基于ucosφ的失步解列裝置[J].電力系統自動化，2003(19)

2014-09-15

王良(1980—)，男，遼寧撫順人，工程師，主要從事電力系統繼電保護與安全穩定控制的研究工作。