昌吉- 古泉1100 千伏特高壓直流故障調度應對措施研究

陳天宇 孫 儀 李有亮 楊 子

（國網安徽省電力有限公司 調度控制中心，安徽 合肥230000）

1 特高壓直流概述

隨著2018 年底投產的1100 千伏特高壓直流線路，安徽電網形成世界上首個1100 千伏及以上特高壓交直流混聯電網，交直流系統交互響應復雜，安徽電網結構形態和系統特性發生了重大變化。

隨著受端電網網架逐步完善，2019 年接受安徽電網接受直流受電的能力為600 萬千瓦，2020 年提高至900 萬千瓦，2020年后可以滿受1200 萬千瓦。直流功率的持續提升，一旦因外力破壞、山火等原因造成直流單極或雙極閉鎖，將造成安徽電網電力平衡嚴重失衡、相關廠站電壓大幅變化、交流主電網潮流大范圍轉移，出現系統頻率跌落和部分斷面超穩定限額等問題。為確保受端電網安全穩定運行，迅速準確高效開展應急處置，需進行相關系統故障應對措施研究。

2 特高壓直流閉鎖對安徽電網的影響

特高壓直流雙極閉鎖，將對華東電網及安徽電網造成較大影響。主要包括：

（1）事故導致的大額功率失缺，可能造成系統頻率大幅跌落。

（2）事故瞬間電壓大幅度變化。直流雙極閉鎖后由于無功大量剩余，換流站近區交流系統的母線電壓升高。

古泉換流站近區電網潮流圖

（3）事故引起潮流大范圍轉移。在皖電東送機組送華東潮流較大時，因安徽電網僅分攤一部分直流輸送功率，直流閉鎖后聯絡線潮流減小。經校核，此方式下特高壓直流閉鎖故障不會造成安徽省內線路超過短時輸送能力，不存在連鎖跳閘風險。特高壓直流閉鎖后，若相關斷面潮流重載，超過斷面限額，需要30 分鐘內控制到斷面限額內。

3 配合華東電網的直流故障處理概述

3.1 華東電網直流事故支援原則

特高壓直流單極或雙極閉鎖故障造成送電功率大幅度失去情況下，華東電網動態ACE 將自動啟動，全網旋轉備用共享。在動態ACE 失效至故障直流復役結束，按以下原則依次處理：

（1）若故障直流饋入省市在事故發生后向華東網調提出支援申請，華東網調應緊急調出福建、華東直代管電廠除應預留旋轉備用外的富余電力支援事故省市。若支援后事故省市仍存在缺口，由事故省市向華東網調提出備用共享電力支援具體數值，華東網調在各省市間按分攤比例進行分攤。

（2）各省市可根據聯絡線口子修改后的本省市發用電平衡最新情況，自愿進行省間雙邊交易。若雙邊交易后，某省市仍存在供電缺口，可向華東網調提請在全網范圍，甚至由華東網調提請國調在全國范圍尋求供電資源。若經全網協調，某省市仍無法實現電力平衡，由該省市自行按照超供電能力拉限電或緊急需求側管理流程在本省市范圍內控制負荷，確保發用電平衡，運行備用滿足運行要求。

（3）次日至送電恢復，由事故省市向華東電力調控分中心日計劃層面提出備用共享電力支援具體數值，華東電力調控分中心在各省市間按分攤比例進行分攤。

3.2 華東電網旋轉備用要求

華東全網旋轉備用總量取電網當時運行的最大單機容量與最大直流雙極送電功率之和，同時不小于全網預測最高負荷的2%，特高壓直流送電功率大于300 萬千瓦時，直流部分按照實際送電功率留取。各省市旋轉備用緊急情況下可由華東分中心跨省統一調度使用。

當省市旋轉備用小于規定額度的75%時，必須在30 分鐘內將其恢復到規定額度。當電網系統頻率下降到49.80～49.90Hz 范圍內，當且僅當電網確實無足夠的旋轉備用可調時，華東網調應立即根據當時省市超用電數值發布超用限電命令并要求10 分鐘內將聯絡線功率控制在允許范圍之內。當該省市少用或聯絡線ACE 值及頻率恢復到允許范圍后，網調可視情況發布送電命令直至全部恢復限電容量。

3.3 華東電網頻率緊急協調控制系統控制策略

華東電網頻率緊急協調控制系統是集成直流調升、抽蓄切泵、快速切除可中斷負荷等多項控制措施，應對單回或多回跨區直流同時或相繼失去給華東電網帶來的功率缺額沖擊，提高華東電力系統整體頻率穩定水平的重要安全穩定控制系統。華東頻率協控系統的主要功能是監測各直流系統、各抽蓄電廠及江蘇可切負荷的實時運行狀態，當單回或多回跨區直流同時或相繼失去給華東電網帶來功率缺額沖擊時，按事先制定的控制策略，優先進行多直流功率緊急提升控制，直流控制容量不足時再采取抽蓄切泵控制，最后采取快速切除可切負荷控制措施。

華東頻率協控系統正常投跳時，動態ACE 功能自動設定最大分攤功率為協控系統欠切支援功率；但目前為防止事故后頻率過調的發生，動態ACE 總下發量被設定為最大150 萬千瓦，由四省一市分攤。

頻率協同控制系統啟動門檻值：

（1）電網瞬時失去功率390 萬以下（避過單一直流單極閉鎖），不會啟動頻率協控系統僅動態ACE 動作；

（2）電網瞬時失去功率在390～780 萬間（受端，避過單一直流雙極閉鎖），采取：

a.自動提升區域內各直流功率，直流自動提升功率總值約在220 萬千瓦左右；

b.切抽蓄電廠中抽水機組(發電機組不切)；

c.動態ACE 動作，最大150 萬千瓦；

（3）當電網瞬時失去功率大于780 萬，除以上動作外，自動切可中斷負荷。（目前系統布在江蘇，可切約100 萬）

（4）故障后，無法彌補直流的功率損失,則華東電話通知各省調分攤值，各省調自行以動態ACE 后受電值減去調整值控制。

4 直流事故處置原則

4.1 確保電網安全原則：直流閉鎖后，應把確保電網安全放在首位，防止設備過載后發生連鎖故障、電網瓦解，確保電網頻率、電壓在合格范圍內，嚴格控制1100 千伏/500 千伏線路和斷面限額，必要時采取調控負荷批量控制手段。

4.2 控制供電影響原則：應挖掘一切可用的電力資源，盡可能減少特高壓直流事故對電網的影響，最大限度滿足電網供電需求。

4.3 負荷有序恢復原則：應根據電網潮流和電力平衡恢復狀況合理、有序安排負荷恢復。采取批量控制拉路的負荷未接調度指令嚴禁擅自送出。

4.4 吉泉直流低端大功率（300 萬千瓦以上）送電期間，易過載斷面及控制策略如下表1 所示。

表1 高端大功率控制策略

4.5 吉泉直流高端大功率（300 萬千瓦）送電期間，易過載斷面及控制策略如表2 所示。

5 直流閉鎖處置措施

故障現象：1100 千伏特高壓直流兩側站內極Ⅰ、極Ⅱ雙極中性母線區域內的發生接地故障，站外接地極之間接地極線斷線故障，或極Ⅰ、極Ⅱ線路發生山火均可導致直流雙極閉鎖，跳開站內所有交流斷路器。

表2 高端大功率控制策略

故障后方式說明：直流雙極閉鎖，損失功率900 萬千瓦，系統頻率下降，電壓大幅度變化。華東頻率協控系統動作，分別調升其余直流系統功率，切除華東電網部分處于抽水狀態的抽蓄機組。動態ACE 動作，四省一市根據動態ACE 指令加出省內機組備用，華東動態ACE 總值自動分配最大值為150 萬千瓦。

主要斷面潮流超穩定限額，同時全省發用電平衡存在較大缺口。調度處置按控制要求、分兩個階段開展。

5.1 事故后第一階段（0～30 分鐘內）

控制要求：本階段主要是快速消除超載超限情況，主要控制近區500kV 線路潮流（具體限額以華東網調通知為準）。

處理要點：通過快速加出全省機組備用、開啟備用水電機組、向華東網調申請受電支援；手段用足后，斷面仍超限，必要時按過載斷面靈敏度要求，在地區或者供區執行批量負荷控制，進行拉限電；30 分鐘內，把斷面潮流控制在穩定限額以內；同時聯系上級調度申請事故支援，并在斷面限額不超的前提下快速加出備用。

處理過程：

（1）華東頻率協控系統動作，調升跨區直流功率，切除部分處于抽水狀態的抽蓄機組（低谷方式）。動態ACE 動作，四省一市根據動態ACE 指令加出省內機組備用。特別要注意動態ACE 動作總量不夠，主動聯系網調，修改受電計劃，避免按ACE自動調節造成頻率恢復速度緩慢和長期低頻率運行。

（2）立即關注相關500kV 斷面潮流。通知全省范圍內發電機組緊急加出力，全省水電備用開足。

（3）向華東網調申請事故支援，重點增加皖電東送機組出力，增加省際電力支援。

（4）通過以上加出省內備用及華東、省際支持，若斷面仍超限，要求事故發生后10 分鐘內，根據斷面控制要求，確定拉限電數量，要求接令地調15 分鐘內執行到位。各地調要確保重要用戶供電，拉電條次多時要求批量負荷控制完成。

（5）密切關注特高壓換流站周邊500kV 變電站的500kV 交流母線電壓，確保電壓在合格范圍之內。

（6）應在事故發生后10 分鐘內向華東調控分中心提出電力支援具體數值。

5.2 事故后第二階段（30 分鐘后）

控制要求：調出各省及華東直代管除旋轉備用外的富余電力后，仍存在的電力缺口，第45 分鐘至次日或直流恢復，一定比例由安徽承擔。該階段主要是控制省際聯絡線功率，確保發用電平衡。

處理要點：根據各斷面限額加足機組出力，并通過申請省際事故支援、區外購電、華東電網及全國范圍內的供電資源、事故拉限電，做好省際聯絡線功率控制，恢復備用。在此基礎上落實各地區用電指標，并視直流的恢復和全省發用電平衡情況，逐步恢復拉限電負荷。

處理過程：

（1）根據相關斷面限額加出機組出力。

（2）與國調、華東網調聯系，尋求電力支援。電力支援后仍存在的電力缺口，努力向電力富余省市爭取雙邊交易，尋求華東全網及全國范圍內的供電資源。

（3）以上手段用足，仍無法實現電力平衡并留出備用，根據外購電情況、負荷變化情況、旋轉備用要求，確定事故后第二階段拉限電數量，在第二階段一開始，發令至各地調（全省范圍）執行直流事故第二階段拉限電。

（4）各地區將第二階段拉限電指令執行到位，全省發用電平衡并留出備用。

（5）根據電網實際可用電力資源將用電指標曲線下發至各地調執行。

（6）各地區按照用電指標曲線調整拉限電負荷，確保重要用戶可靠供電。

（7）視直流的恢復和全省發用電平衡情況，逐步恢復拉限電負荷并取消用電指標，恢復正常電網方式。

（8）若直流暫不能恢復送電，后續視直流的恢復和全省發用電平衡情況，執行相應的有序用電方案。

6 結論

基于安徽特高壓交直流混聯電網運行的情況，本文提出了昌吉- 古泉特高壓直流雙極閉鎖后調度的應對措施，分析了事故后大電網的風險點及穩定情況；并針對性的考慮了不同方式下線路潮流大小，備用容量是否充足等問題，并對運行情況展開分析。隨著受進電力不斷加大、電網建設發展條件的變化，后續將持續特高壓直流故障后及近區線路故障的調度處置措施，推動實現安徽電網安全穩定運行。