一起電網瓦解事故分析

彭 榕

（新疆天富熱電股份公司電力調度所，新疆 石河子 832000）

1 事故起因

天業電網一吊車工作時與網內 110kV 天聚 II線路碰撞，造成天聚II線的B相和光纜損壞。聚乙烯變的 110kV天聚 I、II線距離Ⅰ段保護均動作跳閘，110kV天聚II線（天業電廠側）距離III段保護動作跳閘，天辰電廠110kV I、II母母聯和110kV III、IV母母聯復壓閉鎖過流保護動作跳閘。天辰電廠母聯1和母聯2跳開后，電網被分為兩個系統。

1）系統一

天辰電廠#7、#10機組通過 110kV 辰創 I、II線、創石I、II線、天石A、B線與天業電廠#1—#6機組聯網，該系統內變電站有：創新變、電石變、聚乙烯變。系統一處于孤網運行狀態，發電339MW，用電 400MW，頻率快速下降。

2）系統二

天辰電廠#8、#9機組通過110kV辰偉I、II線、和偉I、II線、瑞和I、II線與天能電廠#11、#12機組聯網，系統內變電站有：110kV偉業變、和諧變、團結變。系統二通過 220kV線路 1與省網聯網，發電760MW，用電460 MW，上網251.6MW。由于系統二上網251.6MW，此時電網穩控系統啟動。區域穩控動作切#6、#7發電機組（策略為上網過功率切機，定值100MW，動作時限4s），省調穩控系統動作斷開220kV聯絡線，此時系統二也為孤網運行狀態。

3）系統主接線如圖1所示

圖1 系統主接線圖

（1）開關1、開關2為系統開環點。

（2）通過開關站與省調聯網。

2 事故結果

系統一：孤網后發電出力小于用電負荷，區域穩控根據匹配功率動作切除#6、#7機組（無法識別出電網已分為兩個系統），加劇了該系統內的發電出力用電負荷的不平衡，低周減載動作切除110kV創新變、電石變負荷后，系統頻率仍嚴重偏低無法維持，該系統內#1、#2、#3、#4、#5、#10發電機組因主汽門關閉機組跳閘。系統一最終跨網停電。

系統二：區域穩控動作切除系統一#6、#7發電機后，未能緩解系統二的上網，最終省網穩控系統動作斷開220kV聯絡線1（策略為過功率解列上網電機超速保護 OPC動作定值相同，四臺機組 OPC定值130MW，動作時限8s），該系統二內發電出力大于用電負荷，頻率急劇上升，此時該系統內各發同時動作，等機組轉速降至 3000r/min時，調門又同時開啟，反復數次，系統二進入“功率振蕩”狀態，持續數分鐘后 #8、#9、#11、#12發電機組熱工保護動作跳閘。系統二最終垮網停電。

3 保護及自動裝置動作分析

3.1 故障點：110kV天聚II線

3.2 保護動作分析

1）110kV天聚II線光纖差動保護

由于受外力光纜損壞，差動保護未動作。

2）110kV 天聚I、II線（聚乙烯變側）距離保護I段動作：

110kV天聚II線距離保護I段動作正確。

110kV天聚I線距離保護I段誤動。（故障點在相鄰線路）

3）110kV天聚II線（天業電廠側）距離III段保護動作

故障在天聚II線，因故障點離電廠側較遠屬距離 II段保護范圍，該線路保護是許繼 WXH-803 110kV微機線路保護裝置，在主保護拒動的情況下，應實現線路不對稱故障的相繼速動功能，以加速距離II段切除故障（經核實不對稱故障的相繼速動未投）。距離保護III段動作延時0.7s切除故障。

4）天辰電廠110kV母聯1和母聯2復壓閉鎖過流保護動作

由于自備電廠內部電網電源集中，輸電線路較短，故障后短路沖擊電流較大且持續時間較長（距離III段動作時間t=0.7s），而使天辰電廠母聯1、母聯2復壓閉鎖過流保護動作，導致內部電網一分為二，區域穩控因無法用母聯狀態判別電網方式的變化而是按電網正常方式判據對應策略出口動作。

5）區域穩控動作切除#6、#7機組

由于區域穩控按設計邏輯和原則無法做到按天辰電廠母聯狀態判別電網方式變化，而是按現有方式判據和對應策略出口屬按策略動作。

6）四臺機組超速保護OPC動作

按定值動作，但由于定值一致無階梯配合，造成功率振蕩。

4 事故原因分析

1） 吊車作業外力破壞110kV天聚II線和光纜是事故發生的直接原因，致使110kV天聚II線在短路故障情況下主保護不能動作快速切除故障，通過后備保護距離保護III段動作來切除故障點。如此長時間的持續短路電流導致天辰電廠母聯復壓過流保護動作跳閘電網一分為二，同時因系統一內電壓頻率急劇下降，導致很多低壓設備及廠用電系統設備跳閘，也是系統一后期機組跳閘垮網的主要原因。

2）區域穩控裝置由于廠家自身的細節設計原則和設計邏輯，無法配置天辰電廠母聯跳閘后的方式，使得系統二功率上網越線時切系統一的機組；穩控裝置廠家防止誤動亂動的細節設計原則，在切除#6#7機組策略出口后不再執行策略，使得省調穩控動作切除220kV聯絡線；系統孤網后，穩控裝置無法做到識別復雜的電網狀態，不再執行策略。穩控裝置的以上特性，是事故擴大的原因之一。

3）系統二內機組超速保護 OPC定值一致，無階梯配合，使系統二孤網后出現功率振蕩，這是事故擴大的原因之一。

4）天辰電廠110kV母聯1和110kV母聯2復壓過流保護動作跳閘，使電網一分為二。由于穩控無法識別電網的變化，穩控動作切除#6#7機組未達到應有效果，卻適得其反。

5 結論

1）在重要的、易發生事故的110kV線路上配置雙套光纖差動保護，采用不同的光纖路由通道，確保電網事故的第一道防線可靠快速動作切除故障。

2）退出110kV母聯1及母聯2的過電流保護。110kV母聯1和母聯2過電流保護動作開關跳閘（此時將天業電網分為系統一和系統二），且區域穩控系統無法根據方式的變化執行正確切機、切負荷策略是導致事故擴大，最終使電網瓦解的根本原因；母聯過流保護作為后備保護，在電廠及變電站內相關設備主保護完好并投入的情況下，并結合電網的實際運行方式、負荷性質建議退出母聯過流保護。這樣在今后發生類似故障時可以有效避免電網全黑事故的發生。

3）穩控廠家應進一步深入研究，充分發揮穩控的功能，針對此次事故制定相應的穩控策略和解決辦法。穩控策略執行判據一般為電流和功率，由于系統故障，電網被分成系統一、系統二后，因兩個系統的發供電負荷不平衡而導致頻率不同（前面有贅述），如果穩控判據在原有的基礎上增加一個頻率的輔助判據，根據系統一、系統二的頻率，正確的判斷出事故發生時電網的運行方式，頻率高的系統采取切機而頻率低的系統采取切負荷策略，這樣區域穩控裝置就可以有針對性地采取相應的切機、切負荷策略，以保證電網的安全、穩定運行。

4）結合各機組OPC定值允許的上限值，制定出各機組OPC定值的階梯配合整定原則，防止今后發生因OPC定值配合不當引起的“電網功率振蕩”。

[1] 何仰贊,溫增銀,汪馥英,周勤慧.電力系統分析[M].3版.武漢:華中科技大學出版社,2002.1.

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