滇東北地區(qū)過(guò)切機(jī)組導(dǎo)致失步的機(jī)理研究

何俊峰，張丹

(1.南京南瑞繼保電氣有限公司，南京 211102；2.云南電力調(diào)度控制中心，昆明 650011)

滇東北地區(qū)過(guò)切機(jī)組導(dǎo)致失步的機(jī)理研究

何俊峰1，張丹2

(1.南京南瑞繼保電氣有限公司，南京 211102；2.云南電力調(diào)度控制中心，昆明 650011)

結(jié)合電氣量變化三階段理論，對(duì)切機(jī)后的系統(tǒng)電氣量變化進(jìn)行了分析，并對(duì)滇東北地區(qū)過(guò)切機(jī)組導(dǎo)致失步的問(wèn)題展開(kāi)了研究，揭示了過(guò)切機(jī)組導(dǎo)致地區(qū)電網(wǎng)失穩(wěn)的內(nèi)在機(jī)理。

過(guò)切；減速失步；弱聯(lián)系

0 前言

滇東北地區(qū)是一個(gè)電源密集區(qū)，集中了大量的水電、火電及小水電，是典型的弱聯(lián)系回路，若過(guò)切量較大時(shí)，系統(tǒng)將發(fā)生功角失穩(wěn)的情況。

大機(jī)組跳閘的電氣量變化的三階段理論[1]中指出電力系統(tǒng)內(nèi)大機(jī)組跳閘或某一大電源突然失去，將引起電網(wǎng)內(nèi)潮流的重新分配，導(dǎo)致某些輸電線路電氣量發(fā)生較大變化，其影響可分為三個(gè)階段：初始瞬間，系統(tǒng)內(nèi)其他機(jī)組按與跳閘機(jī)組電氣距離遠(yuǎn)近來(lái)分配突然出現(xiàn)的功率缺額，距離越近承擔(dān)的越多；隨后由于這些機(jī)組輸出的電功率突變，而輸入機(jī)械功率不變，則各機(jī)組在減速力矩的作用下出現(xiàn)擺動(dòng)，按轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的大小重新分配因機(jī)組跳閘所缺的功率，慣量較大的機(jī)組將承擔(dān)的比例較大；第三階段是在經(jīng)過(guò)若干次功率擺動(dòng)后，系統(tǒng)頻率有所下降，網(wǎng)內(nèi)參與一次調(diào)頻的機(jī)組根據(jù)各自調(diào)速器特性 (如調(diào)差系數(shù))最終分配缺額的功率值。

1 切機(jī)電氣量變化分析

以外送800 MW，在永多雙回因故跳開(kāi)后切除溪洛渡電廠一臺(tái)機(jī)770 MW為例對(duì)系統(tǒng)的電氣量變化過(guò)程進(jìn)行分析。0.2 s時(shí)500 kV永多甲線三永故障，0.3 s跳永多雙回，0.5 s切溪洛渡一臺(tái)機(jī)770 MW。見(jiàn)圖1、圖2所示。

圖2 切溪洛渡#10機(jī)770 MW后，溪洛渡#16機(jī)機(jī)械功率曲線

從圖1、2可見(jiàn)在切溪洛渡一臺(tái)機(jī)瞬間，溪洛渡電廠其他機(jī)組由于與所切機(jī)組電氣距離最近，承擔(dān)了大部分的功率缺額，威信電廠及其他小電源由于電氣距離較遠(yuǎn)，在切機(jī)瞬間，功率變化較小。之后，由于調(diào)速器反應(yīng)較慢，機(jī)組機(jī)械功率變化不大，各機(jī)組按照機(jī)組的慣性進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)過(guò)程中大電廠與其他小電源的功角沒(méi)有拉開(kāi)，基本呈現(xiàn)為同調(diào)特性。聯(lián)絡(luò)線者海-迤車(chē)雙回的有功功率波動(dòng)則基本與溪洛渡電廠功率波動(dòng)方向相反，呈現(xiàn)為反調(diào)的特性。

2 過(guò)切機(jī)組導(dǎo)致失步分析

永多外送800 MW，永多雙回因故障斷開(kāi)后若切溪洛渡兩臺(tái)機(jī)1 540 MW，在切溪洛渡兩臺(tái)機(jī)瞬間，與切一臺(tái)機(jī)情況類(lèi)似，溪洛渡電廠其他機(jī)組由于與所切機(jī)組電氣距離最近，承擔(dān)了大部分的功率缺額，威信電廠及其他小電源由于電氣距離較遠(yuǎn)，在切機(jī)瞬間，功率變化較小。之后，由于調(diào)速器反應(yīng)較慢，機(jī)組機(jī)械功率變化不大，各機(jī)組按照機(jī)組的慣性進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)過(guò)程中大電廠 (溪洛渡電廠、威信電廠)與其他小電源的功角沒(méi)有拉開(kāi)，基本呈現(xiàn)為同調(diào)特性。聯(lián)絡(luò)線者海-迤車(chē)雙回的有功功率波動(dòng)則基本與溪洛渡電廠功率波動(dòng)方向相反，呈現(xiàn)為反調(diào)的特性。

若繼續(xù)增大切機(jī)量至臨界功角失穩(wěn)值之內(nèi)，機(jī)組功率及聯(lián)絡(luò)線功率波動(dòng)進(jìn)一步加劇。由于機(jī)組電磁功率波動(dòng)幅度更大，而機(jī)組的機(jī)械功率變化不大，導(dǎo)致機(jī)組轉(zhuǎn)速的波動(dòng)也進(jìn)一步加劇，滇東北地區(qū)機(jī)組間的功角差加大，但仍然基本保持同調(diào)特性。同時(shí)滇東北地區(qū)機(jī)組功角的變化幅度加劇，機(jī)組保持功角穩(wěn)定的裕度在變小。進(jìn)一步分析可知，機(jī)組轉(zhuǎn)速出現(xiàn)負(fù)偏差的時(shí)間和幅度均隨著過(guò)切量的增加而增加。

永多外送800 MW，切機(jī)量2 310 MW時(shí)，機(jī)組功率及聯(lián)絡(luò)線功率波動(dòng)進(jìn)一步加劇。由于機(jī)組電磁功率波動(dòng)幅度更大，而機(jī)組的機(jī)械功率變化不大，導(dǎo)致機(jī)組轉(zhuǎn)速的波動(dòng)也進(jìn)一步加劇，溪洛渡電廠、威信電廠及大部分小電源如鹽津、洪石巖等電廠轉(zhuǎn)速向負(fù)偏差方向逐漸發(fā)展，直至出現(xiàn)減速失步，小電廠出現(xiàn)減速失步的時(shí)間比溪洛渡等大電廠稍早一點(diǎn)。而聯(lián)絡(luò)線附近電廠小巖頭電廠則出現(xiàn)加速失步。

在切機(jī)初期，由于有功功率的缺額主要由被切機(jī)組附近機(jī)組承擔(dān)，220 kV聯(lián)絡(luò)線電氣距離遠(yuǎn)，因而聯(lián)絡(luò)線上的有功及無(wú)功功率的變化均比較小，之后有功功率在機(jī)組之間及聯(lián)絡(luò)上波動(dòng)，隨著聯(lián)絡(luò)線無(wú)功的增加，聯(lián)絡(luò)點(diǎn)兩端母線電壓下降，但尚能維持，此時(shí)小巖頭機(jī)組仍與滇東北機(jī)組基本保持同步，總體呈現(xiàn)減速特征；當(dāng)聯(lián)絡(luò)線無(wú)功增加到臨界值時(shí)，母線電壓快速下降，導(dǎo)致小巖頭機(jī)組出力無(wú)法送出，機(jī)組遂從減速轉(zhuǎn)為加速，并最終導(dǎo)致加速失步。

進(jìn)一步的分析表明，若去除聯(lián)絡(luò)線附近的小巖頭電廠，則滇東北地區(qū)電廠全部表現(xiàn)為減速失步。此外，若在切除機(jī)組的同時(shí)聯(lián)切聯(lián)絡(luò)線即迤者雙回線，則滇東北地區(qū)表現(xiàn)為低頻，但可以保持功角穩(wěn)定。

因此過(guò)切時(shí)出現(xiàn)的加速失步現(xiàn)象并不是系統(tǒng)失穩(wěn)的主要原因。過(guò)切導(dǎo)致系統(tǒng)失穩(wěn)的主要原因是系統(tǒng)失去大量電源后，機(jī)組的機(jī)械功率的調(diào)節(jié)速度無(wú)法跟上；同時(shí)由于500 kV永多雙回?cái)嚅_(kāi)后，滇東北地區(qū)與主網(wǎng)的聯(lián)絡(luò)線為220 kV線路，且距離較長(zhǎng)，是典型的弱聯(lián)系，聯(lián)絡(luò)線上的功率波動(dòng)與滇東北地區(qū)機(jī)組的波動(dòng)基本為反向，即滇東北地區(qū)與主網(wǎng)通過(guò)弱聯(lián)系回路進(jìn)行功率振蕩，隨著過(guò)切量的增加，聯(lián)絡(luò)線上的功率振蕩逐步加強(qiáng)；弱聯(lián)系回路由于輸電距離長(zhǎng)能力的限制并不能完全彌補(bǔ)機(jī)械功率缺額，最終導(dǎo)致機(jī)組出現(xiàn)減速失步。

滇東北地區(qū)增加了一條500 kV送出通道，這樣當(dāng)永多雙回應(yīng)故斷開(kāi)時(shí)，滇東北地區(qū)與主網(wǎng)仍能保持500 kV線路的連接，對(duì)原來(lái)因過(guò)切機(jī)組導(dǎo)致系統(tǒng)失穩(wěn)的情況大有裨益。提高了滇東北地區(qū)抗大擾動(dòng)的能力。

圖3 投產(chǎn)前后永多雙回?cái)嚅_(kāi)切機(jī)2 310 MW者迤甲線有功曲線

圖4 投產(chǎn)后永多雙回?cái)嚅_(kāi)切機(jī)2 310 MW功率曲線

3 結(jié)束語(yǔ)

1)500kV永多斷面斷開(kāi)后，滇東北地區(qū)電網(wǎng)與主網(wǎng)僅通過(guò)220 kV弱聯(lián)系回路連接是過(guò)切導(dǎo)致失步的前提條件。

2)過(guò)切機(jī)組時(shí)，昭通地區(qū)與主網(wǎng)之間存在功率振蕩；隨著機(jī)組過(guò)切量的增加，振蕩逐步增強(qiáng)；弱聯(lián)系回路提供的有功功率由于輸電距離長(zhǎng)，輸電能力有限，越來(lái)越無(wú)法彌補(bǔ)機(jī)組機(jī)械功率的缺額，最終導(dǎo)致機(jī)組出現(xiàn)減速失步，部分小機(jī)組由于增加的電磁功率超過(guò)承受能力而率先失步，失步之后電磁功率的波動(dòng)加劇，進(jìn)一步加速了大機(jī)組的失步過(guò)程。

3)在與主網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線附近的電廠，存在由于母線電壓嚴(yán)重跌落導(dǎo)致電磁功率無(wú)法送出從而造成機(jī)組加速失步的情況，但這不是昭通地區(qū)機(jī)組失穩(wěn)的主要原因，昭通地區(qū)大部分機(jī)組仍表現(xiàn)為減速失步。

4)機(jī)組過(guò)切到減速失步有一段較長(zhǎng)的時(shí)間，這是減速失步不同于加速失步的一個(gè)特點(diǎn)。若過(guò)切的同時(shí)或短暫延時(shí)后斷開(kāi)昭通地區(qū)與主網(wǎng)的聯(lián)絡(luò)線即迤者雙回，則昭通地區(qū)仍能保持穩(wěn)定運(yùn)行，但表現(xiàn)為低頻，需要有足夠的低頻減載量的配合方能使頻率回到額定值附近。

5)制定穩(wěn)定控制策略時(shí)會(huì)將過(guò)切量控制在一定范圍之內(nèi)，但不排除在外送主回路斷開(kāi)時(shí)大電廠機(jī)組全跳或誤跳的可能性。此時(shí)需要在弱聯(lián)系回路上配置振蕩解列裝置，當(dāng)外送主回路斷開(kāi)且發(fā)生機(jī)組嚴(yán)重過(guò)切時(shí)，若能可靠動(dòng)作，可以保持地區(qū)電網(wǎng)的暫態(tài)功角穩(wěn)定。

6)增加了一條500 kV送出通道后，滇東北地區(qū)與主網(wǎng)的聯(lián)系緊密，永多雙回?cái)嗝鏀嚅_(kāi)后滇東北地區(qū)與主網(wǎng)仍能保持500 kV通道聯(lián)系，此時(shí)系統(tǒng)允許的過(guò)切機(jī)組量大為提高。

[1] 蔡敏，孫光輝，吳小辰，等.穩(wěn)定控制所用交流設(shè)備跳閘判據(jù)的分析及應(yīng)用 [J].電力系統(tǒng)自動(dòng)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，碩士，工程師，南京南瑞繼保電氣有限公司，主要從事電力系統(tǒng)分析工作 (e-mail)hejf＠nrec.com

張丹 (1980)，男，碩士，高級(jí)工程師，云南電力調(diào)度控制中心，主要從事電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)工作。