济南电网应对大面积停电事故有关问题研究

汪 湲 ，马 强 ，黄光政 ，吕天光

（1.山东电力集团公司，山东 济南 250001；2.济南供电公司，山东 济南 250012；3.山东大学电气工程学院，山东 济南 250002）

0 引言

近二十年来，国内外电力系统大面积停电事故时有发生，均造成了严重后果。随着电力系统规模的日益扩大，系统的动态行为愈加复杂，运行条件变得更加苛刻，更难预测，由局部故障引发大面积停电事故的风险有所增加。国内外电力系统的运行实践充分说明，已经采用的新设备和新技术固然能为系统的安全稳定运行提供有力保障，但无法从根本上避免大停电事故的发生。大部分恶性停电事故的扩大，大都因为缺乏行之有效和恰当的恢复方案使得恢复过程被延误造成的。为了减少停电事故造成的损失，电力部门对恢复控制愈加重视。我国从1998年开始要求各省公司制定区域电网黑启动方案，并在2000年颁布的《电力系统安全稳定控制技术导则》中增加了恢复控制一章。由此可见，研究区域电网应对大面积停电事故的有关问题并制定相关应急启动措施对于电力系统安全稳定运行具有重要的理论和现实意义。

1 济南电网恢复供电应急启动原则

济南电网是山东电网的重要组成部分，现有大型火电厂3座，机组12台，装机容量3 570 MW；地方电厂24座，装机容量1 053.2 MW。除个别地方电厂具备全黑状态下自启动能力外，其余发电机组启动均需借助外部电源。3座大型发电厂周边均有具备自启动能力或借助外供电能够快速启动的地方电厂。基于济南电网上述特点，在确定恢复供电应急启动路经时制定下列原则。

1.1 化整为零、分片启动

当电网事故引发系统失去安全运行能力而进入“黑状态”时，不可能在短时间内将电网恢复到正常方式和对全部负荷的供电。应根据电网结构的特点，合理划分区域，各区域必须安排一至两台具备黑启动能力机组，并合理分布［1］。各区域分别启动，条件成熟时进行并列，进而恢复全网的正常运行。启动过程中，一是速度要快，二是恢复或重新构建新的运行方式的过程必须是有序的，三是新的运行方式必须是一个稳定的方式［2］。

基于以上思路，按照各电厂最低启动时所需负荷，确定以3个大型火电厂为中心，以对重要负荷的恢复为路径的原则，将济南电网划分为3个应急启动子系统。这3个子系统基本覆盖了济南电网主网架，同时对电铁等重要负荷有多个子系统覆盖，可多途径恢复供电。各子系统在重要区域的相互重叠保证了恢复路径的多选性，可有效提高应急启动的灵活性和可靠性。

1.2 先主后次、有序供电

交流消失后，各厂站的站用电由直流蓄电池供给。由于蓄电池的容量和供电时间有限，若停电时间太长可能导致开关无法操作，从而延误恢复。因此，在电网全停后，调度应及时将连接应急启动电源到最重要厂站必经通道上的有关开关合上，保证通道的畅通。在各子系统应急启动电源建立后，应首先恢复重要厂站的站用电，以及调度中心和电信部门的供电以保证通讯畅通。

在电网恢复的初期，为保证应急启动电源在低负荷水平下稳定运行，需及时恢复部分负荷。但负荷恢复速度过快又可能造成电网频率和电压的重新崩溃，也可能因负荷分配不合理造成线路潮流过重引发低频振荡，导致启动过程失败。因此，需根据负荷的重要程度制定恢复轮次，在频率、电压稳定的前提下逐级恢复。

此外，由于对应急启动机组以及应急启动过程的不可预知性，需对应急启动电源留出备用容量，增加负荷分配方案的可操作性。同时，由于各子系统应急启动电源不但需满足本子系统需要，还可能作为相邻子系统的启动电源，因此在制定负荷分配方案时需为相邻子系统留有备用。

子系统的划分。根据上述原则，将全停后的济南电网划分为3个子系统，各子系统内均有独立的应急启动电源。

子系统一（黄台电厂片区）如图1所示，子系统二（章丘电厂片区）如图2所示，子系统三（石横电厂片区）如图3所示。

2 济南电网应急启动措施概述

考虑电网崩溃后，所有发电厂从机端解列，线路开关并不会跳闸，所有线路的保护和安控装置保持在投入位置，以此作为应急启动的初始状态。

图1 黄台电厂片区系统图

图2 章丘电厂片区系统图

图3 石横电厂片区系统图

2.1 子系统一应急启动措施

以明湖热电厂1～3号机组（15 MW+12 MW+30 MW）作为主要启动电源，经北郊站启动北郊热电厂5号机组（60 MW）后，再经水屯站为黄台电厂7号机组（330 MW）提供厂用电源。同时，令济钢燃电乙站启动6号燃油机组，经历城站为黄台电厂7号机组提供厂用电源。两路启动路经同时进行，互为备用。黄台电厂7号机组启动后，逐步恢复 8～10 号机组（3×330 MW）运行，同时恢复省调、地调及黄台电厂周边220 kV变电站运行。小系统建立后，应逐步增加电厂出力并逐级恢复负荷，保证安控装置的可靠投入，并分别经黄济Ⅰ线、许清线与子系统二、子系统三并列运行，提高小系统的稳定水平。小系统稳定后，逐步恢复对黄台片区内东门、美里湖、清河、韩仓站及所带负荷的供电。

子系统一启动步骤1：启动黄台电厂7号机组，图4所示。

图4 黄台电厂7号机组启动路径图

子系统一启动步骤2：逐级启动黄台片区，图5所示。

图5 黄台电厂片区逐级启动路径图

启动过程中黄台片区各变电站电压情况如表1。

表1 启动过程中黄台片区各变电站电压

2.2 子系统二应急启动方案

以琅沟热电厂1～3号机组（5 MW+12 MW+30 MW）及明水热电1～3号机组（6 MW+15 MW+12 MW）作为主要启动电源，经明水站为章丘电厂1号机组（145 MW）提供厂用电源。 章丘电厂1号机组启动后，逐步恢复 2～4号机组（145 MW+2×330 MW）运行，并逐级恢复章丘电厂周边220 kV变电站运行。小系统建立后，应逐步增加电厂出力并逐级恢复负荷，保证安控装置的可靠投入，并经黄济Ⅰ线与子系统一并列运行，提高小系统的稳定水平。济南站220 kV母线带电后，待500 kV主网架启动后经济南站主变与500 kV系统并网。

子系统二启动步骤1：启动章丘电厂1号机组，图6所示。

图6 章丘电厂1号机组启动路径图

子系统二启动步骤2：逐级启动章丘片区，图7所示。

图7 章丘电厂片区逐级启动路径图

章丘片区启动后各变电站电压情况如表2。

表2 章丘片区启动后各变电站电压情况

2.3 子系统三应急启动方案

以琦泉热电厂 1～5号机组（6×3 MW+12×2 MW）作为主要启动电源，经北土站、平阴站为石横甲站4号机组（315 MW）提供厂用电源。石横甲站4号机组启动后，逐步恢复1～3号机组（3×315 MW）运行，并逐级恢复周边220 kV变电站运行。小系统建立后，应逐步增加电厂出力并逐级恢复负荷，保证安控装置的可靠投入，并经清美线与子系统一并列运行，经邢姚Ⅰ线与子系统二并列，提高小系统的稳定水平。长清站220 kV母线带电后，待500kV主网架启动后经长清站主变与500kV系统并网。

子系统三启动步骤1：启动石横电厂4号机组，图8所示。

图8 石横电厂4号机组启动路径图

子系统三启动步骤2：逐级启动平阴片区，图9所示。

图9 石横电厂片区逐级启动路径图

平阴片区启动后各变电站电压情况如表3。

表3 平阴片区启动后各变电站电压情况

3 应急启动过程中需注意的问题

电网应急启动过程中会出现空载线路及变压器充电、变压器带小负荷、小网独立运行、不同启动子系统间并列等多种情况，应注意有功、无功功率平衡，防止发生自励磁和电压失控及频率的大幅度波动。

3.1 初始可控状态的设定

在系统崩溃后，启动电源点及快速通道上的变电站自行拉开各电压等级出线开关，快速通道上非同期点开关需置于合闸状态。其他失压厂站应拉开母联开关和其他电源开关，但每组母线上保留一个可能来电的电源开关，这样有助于简化网络结构、实现快速恢复。

3.2 恢复过程

在恢复初期，为保证各子系统启动电源在最低负荷水平下稳定运行，保持合适的电压水平，需及时接入一定容量负荷，同时尽快向本子系统中的其他电厂送电，以加速全系统的恢复。电源点机组的启动和用户端负荷的恢复应交替进行，并密切监视频率及电压变化。对负荷的送电应考虑系统容量与冲击负荷的关系，留出出力裕度。

3.3 机组逆功率保护

在启动初期，系统规模较小，为了保证系统稳定或具有一定备用启动容量，启动电源点一般安排了2台及以上机组同时并网，并有一个并列空载的过程。因未带负荷，机组的励磁电流、功角等很难达到完全一致，逆功率保护容易误动。因此，启动过程中应将该保护临时改为只投信号，待机组运行稳定并带有一定负荷后再行恢复跳闸功能。

3.4 直流系统运行情况

事故发生后，直流系统浮冲装置因交流电源消失而自动退出运行，仅靠蓄电池供电。因此，事故处理应注意节约直流电源，尽量采取手动操作。对于利用直流系统起励的机组，可将直流母线联络，使多组蓄电池并联运行。对于变电站，应提前对直流系统容量进行校验。

3.5 启动通道上主变调压系统操作机构选择

对启动通道中有关线路或主变充电时，可能出现工频过电压，因此应通过调整启动机组机端电压和变压器分接头的方式来防止电压越限［3］。在启动通道上的主变调压系统的操作机构应改为直流电动机，或配置应急柴油发电机。

3.6 调度命令的执行

启动过程中，省调与地调应及时沟通，统一调度命令口径，防止调度命令的错误执行。

4 结语

电网的安全稳定运行关乎人民生活、经济发展和社会稳定，是电网企业首要的社会责任。随着电力系统规模的日益扩大，特别是特高压电网的发展，需要进一步研究特高压联网情况下区域电网应对大面积停电事故的有关问题和措施，进一步提高措施的可操作性，为有关人员处理事故提供科学和有效依据，防止事故扩大，确保电网安全稳定运行。