滇东北地区过切机组导致失步的机理研究

何俊峰，张丹

(1.南京南瑞继保电气有限公司，南京 211102；2.云南电力调度控制中心，昆明 650011)

滇东北地区过切机组导致失步的机理研究

何俊峰1，张丹2

(1.南京南瑞继保电气有限公司，南京 211102；2.云南电力调度控制中心，昆明 650011)

结合电气量变化三阶段理论，对切机后的系统电气量变化进行了分析，并对滇东北地区过切机组导致失步的问题展开了研究，揭示了过切机组导致地区电网失稳的内在机理。

过切；减速失步；弱联系

0 前言

滇东北地区是一个电源密集区，集中了大量的水电、火电及小水电，是典型的弱联系回路，若过切量较大时，系统将发生功角失稳的情况。

大机组跳闸的电气量变化的三阶段理论[1]中指出电力系统内大机组跳闸或某一大电源突然失去，将引起电网内潮流的重新分配，导致某些输电线路电气量发生较大变化，其影响可分为三个阶段：初始瞬间，系统内其他机组按与跳闸机组电气距离远近来分配突然出现的功率缺额，距离越近承担的越多；随后由于这些机组输出的电功率突变，而输入机械功率不变，则各机组在减速力矩的作用下出现摆动，按转动惯量的大小重新分配因机组跳闸所缺的功率，惯量较大的机组将承担的比例较大；第三阶段是在经过若干次功率摆动后，系统频率有所下降，网内参与一次调频的机组根据各自调速器特性 (如调差系数)最终分配缺额的功率值。

1 切机电气量变化分析

以外送800 MW，在永多双回因故跳开后切除溪洛渡电厂一台机770 MW为例对系统的电气量变化过程进行分析。0.2 s时500 kV永多甲线三永故障，0.3 s跳永多双回，0.5 s切溪洛渡一台机770 MW。见图1、图2所示。

图2 切溪洛渡#10机770 MW后，溪洛渡#16机机械功率曲线

从图1、2可见在切溪洛渡一台机瞬间，溪洛渡电厂其他机组由于与所切机组电气距离最近，承担了大部分的功率缺额，威信电厂及其他小电源由于电气距离较远，在切机瞬间，功率变化较小。之后，由于调速器反应较慢，机组机械功率变化不大，各机组按照机组的惯性进行动态调节。调节过程中大电厂与其他小电源的功角没有拉开，基本呈现为同调特性。联络线者海-迤车双回的有功功率波动则基本与溪洛渡电厂功率波动方向相反，呈现为反调的特性。

2 过切机组导致失步分析

永多外送800 MW，永多双回因故障断开后若切溪洛渡两台机1 540 MW，在切溪洛渡两台机瞬间，与切一台机情况类似，溪洛渡电厂其他机组由于与所切机组电气距离最近，承担了大部分的功率缺额，威信电厂及其他小电源由于电气距离较远，在切机瞬间，功率变化较小。之后，由于调速器反应较慢，机组机械功率变化不大，各机组按照机组的惯性进行动态调节。调节过程中大电厂 (溪洛渡电厂、威信电厂)与其他小电源的功角没有拉开，基本呈现为同调特性。联络线者海-迤车双回的有功功率波动则基本与溪洛渡电厂功率波动方向相反，呈现为反调的特性。

若继续增大切机量至临界功角失稳值之内，机组功率及联络线功率波动进一步加剧。由于机组电磁功率波动幅度更大，而机组的机械功率变化不大，导致机组转速的波动也进一步加剧，滇东北地区机组间的功角差加大，但仍然基本保持同调特性。同时滇东北地区机组功角的变化幅度加剧，机组保持功角稳定的裕度在变小。进一步分析可知，机组转速出现负偏差的时间和幅度均随着过切量的增加而增加。

永多外送800 MW，切机量2 310 MW时，机组功率及联络线功率波动进一步加剧。由于机组电磁功率波动幅度更大，而机组的机械功率变化不大，导致机组转速的波动也进一步加剧，溪洛渡电厂、威信电厂及大部分小电源如盐津、洪石岩等电厂转速向负偏差方向逐渐发展，直至出现减速失步，小电厂出现减速失步的时间比溪洛渡等大电厂稍早一点。而联络线附近电厂小岩头电厂则出现加速失步。

在切机初期，由于有功功率的缺额主要由被切机组附近机组承担，220 kV联络线电气距离远，因而联络线上的有功及无功功率的变化均比较小，之后有功功率在机组之间及联络上波动，随着联络线无功的增加，联络点两端母线电压下降，但尚能维持，此时小岩头机组仍与滇东北机组基本保持同步，总体呈现减速特征；当联络线无功增加到临界值时，母线电压快速下降，导致小岩头机组出力无法送出，机组遂从减速转为加速，并最终导致加速失步。

进一步的分析表明，若去除联络线附近的小岩头电厂，则滇东北地区电厂全部表现为减速失步。此外，若在切除机组的同时联切联络线即迤者双回线，则滇东北地区表现为低频，但可以保持功角稳定。

因此过切时出现的加速失步现象并不是系统失稳的主要原因。过切导致系统失稳的主要原因是系统失去大量电源后，机组的机械功率的调节速度无法跟上；同时由于500 kV永多双回断开后，滇东北地区与主网的联络线为220 kV线路，且距离较长，是典型的弱联系，联络线上的功率波动与滇东北地区机组的波动基本为反向，即滇东北地区与主网通过弱联系回路进行功率振荡，随着过切量的增加，联络线上的功率振荡逐步加强；弱联系回路由于输电距离长能力的限制并不能完全弥补机械功率缺额，最终导致机组出现减速失步。

滇东北地区增加了一条500 kV送出通道，这样当永多双回应故断开时，滇东北地区与主网仍能保持500 kV线路的连接，对原来因过切机组导致系统失稳的情况大有裨益。提高了滇东北地区抗大扰动的能力。

图3 投产前后永多双回断开切机2 310 MW者迤甲线有功曲线

图4 投产后永多双回断开切机2 310 MW功率曲线

3 结束语

1)500kV永多断面断开后，滇东北地区电网与主网仅通过220 kV弱联系回路连接是过切导致失步的前提条件。

2)过切机组时，昭通地区与主网之间存在功率振荡；随着机组过切量的增加，振荡逐步增强；弱联系回路提供的有功功率由于输电距离长，输电能力有限，越来越无法弥补机组机械功率的缺额，最终导致机组出现减速失步，部分小机组由于增加的电磁功率超过承受能力而率先失步，失步之后电磁功率的波动加剧，进一步加速了大机组的失步过程。

3)在与主网联络线附近的电厂，存在由于母线电压严重跌落导致电磁功率无法送出从而造成机组加速失步的情况，但这不是昭通地区机组失稳的主要原因，昭通地区大部分机组仍表现为减速失步。

4)机组过切到减速失步有一段较长的时间，这是减速失步不同于加速失步的一个特点。若过切的同时或短暂延时后断开昭通地区与主网的联络线即迤者双回，则昭通地区仍能保持稳定运行，但表现为低频，需要有足够的低频减载量的配合方能使频率回到额定值附近。

5)制定稳定控制策略时会将过切量控制在一定范围之内，但不排除在外送主回路断开时大电厂机组全跳或误跳的可能性。此时需要在弱联系回路上配置振荡解列装置，当外送主回路断开且发生机组严重过切时，若能可靠动作，可以保持地区电网的暂态功角稳定。

6)增加了一条500 kV送出通道后，滇东北地区与主网的联系紧密，永多双回断面断开后滇东北地区与主网仍能保持500 kV通道联系，此时系统允许的过切机组量大为提高。

[1] 蔡敏，孙光辉，吴小辰，等.稳定控制所用交流设备跳闸判据的分析及应用 [J].电力系统自动化，2007，31 (8)：46-51.

Study on Mechanism of Out-of-step by Excessive Shedding of Generations in Northeastern Yunnan

HE Junfeng1，ZHANG Dan2
(1.Nanjing Nari Electric co.，LTD.，Nanjing 211102，China；2.Yunnan Electric Power Dispatching and Controlling Center，Kunming 650011，China)

the paper Analyze the electric quantities when shedding generations according to the theory of three-stage of electric quantities when lost of generation.The author then studied and get the mechanism of the problem of out-of-step when excessively shedding generations.

excessive shedding of generations；deceleration out-of-step；weak ties

TM62

B

1006-7345(2015)05-0037-03

2015-04-11

何俊峰 (1978)，男，硕士，工程师，南京南瑞继保电气有限公司，主要从事电力系统分析工作 (e-mail)hejf＠nrec.com

张丹 (1980)，男，硕士，高级工程师，云南电力调度控制中心，主要从事电力系统及其自动化专业工作。