稳定控制系统在孤网运行发电厂中的运用探讨

徐国珑

摘 要：文章通过工程实例，分析当电网出现故障时，钢厂与主网脱离转入孤网运行状态下，利用稳控装置立即联切部分负荷，能使孤网运行的发电功率与负荷基本平衡，并且兼有低频低压减载功能，采用此装置可以作为故障联切的后备措施。

关键词：钢铁厂；余热发电；孤网运行；稳控系统；应用技术

前言

越南某集团钢铁厂2期项目全部用电负荷合计约为80MW，由于越南地区电网容量较小，可靠性差，经常停电，对钢铁厂的运行影响很大。为解决该钢铁项目的用电安全稳定问题，完全靠电厂中汽轮发电机组自身的控制调节能力是难以满足要求的，必须有外部负荷控制设备的配合。而外部控制设备又必须满足在最短时间内完成电网失电的判断以及负荷平衡的计算以及切除负荷达到负荷平衡的操作，经过多方比选，本项目考虑采用南瑞稳控所研发的稳定控制装置。

1 稳定问题及控制策略

经过初步分析，该钢铁项目主要存在联网转孤网运行的频率和电压稳定问题，不存在暂态稳定和热稳定问题，主要解决办法和策略为：（1）联网转孤网运行（包括联网110kv线路跳闸和主变跳闸的情况），和发钢厂受电通道断面开断，按容量联切厂内部分负荷。（2）6.3kv母线分列运行时，某主变跳闸，联切该跳闸主变所带负荷。（3）根据母线电压（主变6.3kv侧电压，建议取发电机所在母线）判断系统低频、低压，按各轮次需切容量选切负荷（切负荷原则详见2.5）。

2 稳控系统功能要求

2.1 联网转孤网，联切负荷

装置检测2条进线110kv线路的运行工况，当判出这两回110kv线路两条线路运行时两条线路同时跳闸，或单条线停运时另一条线跳闸，满足频率校验条件，记录当前断面（跳闸前110kv两条进线功率和）功率为P1，切除厂内P1×K1负荷，按最小过切原则。

（1）突变量启动判据

a.电流突变量启动：

任意一相连续5ms满足上式则进入启动状态。

b.功率突变量启动：

连续5ms满足上式则进入启动状态。

特别注意：①在本元件启动后的5s启动周期内，如果检测到新的电流突变量启动或功率突变量启动，则启动周期展宽5s，此后，继续循环判断启动。②在本元件启动后判断出跳闸，启动周期展宽5s。

（2）线路元件跳闸判断

a.元件投运；b.突变量启动；c.|Pt-0.2s|≥Ps1（Ps1事故前功率定值）；d.|Pt|

（3）孤网频率校验

装置实时监测钢厂变电站110kv进线的频率，当频率超出正常范围（设置正常范围频率定值）时，认为钢厂处于孤网状态。设置频率正常上限定值Fmax，设置频率正常下限定值Fmin，当系统频率f>Fmax或f

2.2 分列运行主变跳闸联切负荷

稳控装置同时要检测钢厂变电站2台主变的运行工况，当判出主变跳闸，稳控装置应迅速判断并切除该主变下负荷。切除负荷功率=（主变跳闸前功率P2-跳闸主变6.3kv侧母线上机组功率为P机组功率） K2，按最小过切原则（切负荷原则详见2.5）。

（1）主变元件突变量启动判据逻辑框图

（2）主变元件跳闸逻辑框图

2.3 低频减载功能

低频功能的判别元件为6.3kv母线电压，如果不考虑主变跳闸后的低频低压控制，也可以采集110kv侧母线电压。若两段母线均正常，则需两段母线同时发生低频才认为系统发生低频；若其中一段母线异常（电压消失或频率异常），则取正常的一段母线进行低频判断；若两段母线均异常（电压消失或频率异常），则闭锁低频功能。

本方案标准化设计了5轮基本轮和3轮特殊轮共计8轮的低频减载，可涵盖实现计算报告的低频减载方案。

判据（低频功能压板需投入）如下：

f≤Flqs t≥Tflqs 低频启动

f≤Fls1 t≥Tfls1 低频第1轮动作

f≤Fls2 t≥Tfls2 低频第2轮动作

……一共5轮

f≤Fle1 t≥Tfle1 低频特殊第1轮动作

f≤Fle2 t≥Tfle2 低频特殊第2轮动作

……一共3轮

注：当频率降低时，若频率变化率0<-df/dt< d（f/t）1时，认为频率下降较慢，则低频1～5轮依次输出，即下一轮低频的判断必须在上一轮低频动作以后；若频率变化率d（f/t）1≤-df/dt< d（f/t）2，且持续时间为Tfld1时，认为频率下降较快，低频1、2轮同时动作，尽早制止频率的下降，接着第3轮动作；若频率变化率d（f/t）2≤-df/dt< d（f/t）b1，且持续时间为Tfld2时，认为频率下降很快，低频1、2、3轮同时动作，尽早制止频率的下降。

第6、7、8轮为特殊轮，独立于其它轮之外，只要频率降低到相应轮级的定值，并持续相应的延时，该轮即可动作。

若频率变化率-df/dt≥d（f/t）b1，则认为由于负荷反馈，高次谐波，电压回路接触不良等原因引起频率变化异常，闭锁低频功能。

低频动作后，根据需切容量百分比计算需切负荷容量，根据负荷优先级选切负荷，按最小过切原则执行。

2.4 低压减载功能

低压功能的判别元件为6kv母线电压，如果不考虑主变跳闸后的低频低压控制，也可以采集110kv侧母线电压。若两段母线均正常，则需两段母线同时发生低压才认为系统发生低压；若其中一段母线异常（电压消失或零序电压异常），则取正常的一段母线进行低压判断；若两段母线均异常（电压消失或零序电压异常），则闭锁低压功能。

本方案标准化设计了5轮基本轮和3轮特殊轮共计8轮的低压减载，可涵盖实现计算报告的低压减载方案。下文描述中，将给出低压减载各轮的建议整定值。

判据（低压功能压板需投入）如下：

U≤Ulqs t≥Tvlqs 低压启动

U≤Uls1 t≥Tvls1 低压第1轮

U≤Uls2 t≥Tvls2 低压第2轮

……一共5轮

U≤Ule1 t≥Tvle1 低压特殊第1轮

U≤Ule2 t≥Tvle2 低压特殊第2轮

……一共3轮

注：当电压降低时，若电压变化率0<-du/dt< d（u/t）1时，认为电压下降较慢，则低压1～5轮依次动作，即下一轮低压的判断必须在上一轮低压动作以后；若电压变化率d（u/t）1≤-du/dt

第6、7、8轮为特殊轮，独立于其它轮之外，只要电压降低到相应轮级的定值，并持续相应的延时，该轮即可动作。

若电压变化率du/dt≥ d（u/t）b1，则认为由于负荷反馈，短路故障，电压回路接触不良等原因引起电压变化异常，闭锁低压功能。

低压动作后，根据需切容量百分比计算需切负荷容量，根据负荷优先级切负荷，按最小过切原则执行。

2.5 切负荷、切机原则

2.5.1 对于切负荷

监测本地6.3kv线路负荷功率，各负荷元件允切状态及优先级定值（范围0～16）。优先级定值1为优先级最高。根据需切量按照优先级由高及低的顺序选切各负荷元件。选切同一优先级负荷时，按照负荷功率由大及小的顺序选择负荷，最后1个选切的元件最优。

2.5.2 对于过切

若只切一个元件，则挑选容量大于可切量且最接近的元件切除。若需切N个元件，先按功率从大到小切除N-1个元件，最后一个选择容量大于可切量且最接近的元件切除。

3 系统配置方案

对于稳控系统来说，为了保证运行时能可靠动作，采取冗余配置模式，具体配置情况如下：

装置提供至少20路负荷线路的采集和跳闸，剩余的特别重要的负荷可不接入装置。

4 其他建议

由于本项目的负荷和机组容量都较小，而且电网如此薄弱，在国内类似频繁断电的情况很少发生，加之采用稳控设备也只是整个钢铁项目稳定供电的一个环节，没有先例可循，为了保证系统方案切实可行，应通过仿真系统计算进行验证，条件具备时还可进行RTDS的实时数字仿真试验以验证装置在各种预想故障下的动作和电网的稳定情况。