大同电网严重故障安全稳定特性及第三道防线配置原则研究

杨尉薇，郑惠萍，刘新元

（国网山西省电力公司电力科学研究院，山西 太原 030001）

大同电网严重故障安全稳定特性及第三道防线配置原则研究

杨尉薇，郑惠萍，刘新元

（国网山西省电力公司电力科学研究院，山西 太原 030001）

大同电网第三道防线的配置基于大同电网可能出现的极端严重故障，并且需要与现有的安全稳定控制措施相协调。利用电力系统计算分析稳定计算程序，对可能引起大同电网与主网解列的极端严重故障进行分析，制定安控配置策略表，并针对主要存在的频率问题提出三道防线的配置原则。

电力系统；故障；第三道防线；高周切机

0 引言

山西大同电网是典型的大电源、小负荷、高送出的能源基地。属于典型的送端电网，解环运行后仅通过500 kV神雁双回线与山西主网相连，通过500 kV大房三回线与华北主网相连，同时通过单回500 kV线路接受内蒙京隆电厂（2×600MW） 电力。由于大同地区电源众多，送电需求大，这两个送电通道潮流较重，大方式下超过单回100万kV。另一方面，由于大同电网从内蒙受电1 200 MW，进一步加剧了电能外送需求大和送电通道有限的矛盾。在这样的背景下，大同地区电网存在严重故障下与系统解列的风险。当大同与山西主网双回500 kV联络线同时或相继故障跳闸，潮流将转移至大同—房山三回线上，致使大房三回线潮流超过静稳极限，引起线路上配置的失步解列装置动作，跳开联络线，最终导致大同电网孤网。因此制定适用于大电源送端的三道防线配置原则，显得尤为重要。

1 引起大同电网与系统解列的严重故障

大同电网负荷1 824MW，出力9 161MW（含内蒙1 200MW），厂用电590MW，经过神雁双回线和大房三回线外送6 686.1MW。当发生神雁双回线N-2故障时，如没有有效的安全稳定控制措施，神雁双回线潮流将大范围转移至大房三回线。目前大房三回线静稳极限为6 700MW，正常运行时，大房联络线输送功率达到4 900MW，当失去神雁双回外送通道，潮流转移至大房三回线时，大房三回线潮流将可能超过静稳极限，引起大房三回线两侧系统失步。大房三回线配置失步解列装置，在两侧系统失步时解开大房三回联络线，造成大同电网孤网。同理，当大房联络线发生严重故障时如果没有有效的安全稳定措施，潮流将转移至相邻线路或神雁送出通道，线路也会因为过负荷或过负荷引发的后续故障而跳开，线路连锁跳闸最终导致大同电网孤网。

2 严重故障仿真分析

仿真采用电力系统计算分析软件（Bonnevile Power Adminstration，以下简称BPA程序），设置神雁N-2故障，大房N-3故障，仿真分析不同安控切机量下引起大同电网孤网的时刻，并分析孤网后系统频率。

2.1 神雁N-2

设神雁双回线跳闸连锁切机安控切机量1 200 MW，该切机量小于神雁双雁同侧故障时N-2的临界稳定切机量，因此切机动作后大同电网相对华北主网失步，失步断面位于大房联络线上。当大房三回线解列，大同电网损失所有外送通道后，计及大房解列连锁切机2 400MW，功率盈余2 996MW，剩余功率是地区有功负荷的124%，功率不平衡严重。

仿真算例中未配置汽轮机超速保护，如按实际情况配置，大同电网机组将在频率迅速上升的过程中无序跳闸，最终导致大同电网崩溃。频率响应主要指标如表1所示。

表1 未配置高周切机时山西大同电网频率特性Hz

2.2 大房N-3

大房三回线大同侧发生三永故障跳开大房三回线路时，潮流将转移至神雁双回线。如果大房三回线安控装置未正确动作或切机量不足，都会导致神雁双回线潮流过静稳极限，引起大同电网相对山西主网失步。在此情况下也会导致大同电网孤网，频率迅速上升。

由严重故障所导致大同电网稳定问题中可以看出，大同电网三道防线配置的关键问题是功率剩余引起的频率异常升高，因此，其主要研究的对象为高周切机策略的配置，由于地区负荷相对有功出力而言非常小，低频减载在频率剩余时不能很好地发挥作用，因此不研究低频、低压减载的配置。

3 大同电网外送安控系统控制策略描述

安控动作策略是第三道防线配置的重要依据，山西北部外送安全稳定控制系统各站均采用策略表形式。策略表中分切机门坎5挡，当断面功率小于第1挡门坎定值时装置无策略，装置门坎定值应满足：第1挡门坎定值≤第2挡门坎定值≤第3挡门坎定值≤第4挡门坎定值≤第5挡门坎定值。

装置动作严格按照切机顺序切除机组，同一顺序机组先切出力较大机组，装置不通过调整切不同机组来符合切机量。所以，装置实际切除机组要大于定值中容量，最恶劣情况可能多切600MW。由于机组实际出力可能远小于机组额定容量，例如对应切机容量1 200MW，装置通常切机为3台600MW机组，极端情况会切除4台600MW机组（出力300 MW），最乐观情况为仅切除2台600MW机组。

大同装置有最大切机容量限制，装置在切机时保证不会切机超过2 000MW，装置尽量切除最接近但不超过2 000MW机组。

各站装置策略表如表2所示。

表2 各站装置策略表MW

大房三回或神雁双掉故障切机顺序如下。

a） 京隆电厂1台600 MW机组（保留1台600MW机组）。

b） 塔山电厂1台600 MW机组（保留1台600MW机组）。

c） 同二电厂2台600 MW机组（保留1台600MW机组）。

d）京隆电厂剩余的1台600MW机组（不保留机组）。

e) 同二电厂1台600MW机组（保留1台600MW机组）。

f）塔山电厂剩余的1台600MW机组（不保留机组）。

g）同二电厂剩余的1台600MW机组（不保留机组）。

h） 同二电厂200 MW机组（保留1台200 MW机组）。

4 大同电网严重故障下二、三道防线配置原则

山西大同电网孤网运行安全稳定性按照满足《电力系统安全稳定导则》三级稳定标准进行计算分析。山西大同电网与主网解列孤网运行，作为解决孤网运行的安全稳定控制措施。

首先考虑采取连锁或远方切机措施，即严重故障时的紧急连锁切机措施，快速切除机组，使系统恢复稳定，针对大同电网，具体优先选择切除风电机组，当风电机组容量不足时切除部分火电机组，原则上每个电厂保留1台机组运行，此为第一级安全稳定控制措施。

在连锁切机正常动作不能满足有功功率平衡或连锁切机部分或全部拒动的情况下，考虑采取高周切机措施，即解列后发电机高周切机，当频率达到定值时，经过延时切除发电机，最终到达有功功率平衡，系统频率恢复到可接受范围之内，此为第二级稳定措施。

除此之外，还必须考虑系统远方连锁切机、高周切机与火电机组103%等超速限制保护功能的协调配合，避免导致103%超速限制保护动作引起电网频率骤降的连锁事故，即火电机组汽轮机控制与电网安全运行的协调。具体操作如下：火电机组在挂网运行方式下,超速保护控制单元OPC（Over Speed ProtectController）的103%超速功能闭锁或增加动作延时，保留110%超速保护，尽量通过第一、二级措施保证电网频率稳定且OPC不动作，此为第三级稳定措施。

针对大同电网严重故障的第一级控制措施与第二级控制措施应该各自有效且相互独立，第一级控制措施以第二级控制措施为补充。解决山西大同地区电网孤网运行导致解列电网频率升高问题的安全稳定措施必须协调配合一致。

5 结论

本文基于实际数据的仿真，验证了大同电网与系统解列的严重故障下，有可能引发大同电网发生孤网的情形。针对这一情形，制定各站装置策略表及切机方案，防止孤网情况发生，并且对严重故障下孤网运行导致的高频问题，制定了合理的安全稳定控制措施的配置原则，确保大同电网第三道防线牢固、可靠，保证大同电网严重故障时，可维持独立电网稳定运行。

Security and Stability Characteristics of Serious Malfunction and the Configuration Principles of Third Line Defence in Datong Power Grid

YANGW eiwei，ZHENG Huiping，LIU Xinyuan
（State Grid Shanxi Electric Power Research Institute of SEPC，Taiyuan，Shanxi 030001，China）

Based on extremely seriousmalfunction thatmay occur in Datong powergrid,the third line defence ofDatong power grid must be configured and coordinated with the existing security and stability controlmeasures.Using power system stability calculation program,this paper analysed the extremely seriousmalfunction,and formulated strategy table of security control configuration.Finally, against frequency problem,this paper proposed the configuration principlesof the third line defence.

fault;powersystem；the third lineofdefence；removalunitofhigh cycle

TM712

A

1671-0320（2015）02-0031-03

2015-01-07，

2015-02-12

杨尉薇（1985），女，山西运城人，2010年毕业于太原理工大学电力系统及其自动化专业，硕士，工程师，从事电力系统分析工作；

郑惠萍（1972），女，湖北当阳人，1993年毕业于太原理工大学电力系统及其自动化专业，高级工程师，从事电力系统分析工作；

刘新元（1986），男，山西汾阳人，2011年毕业于华北电力大学大学电力系统自动化专业，硕士，从事电力系统分析工作。