電網安全穩定控制系統設計應用

方 慶

（南京南瑞繼保工程技術有限公司）

0 引言

電力網絡的安全與穩定是預防大規模斷電與電力危機的重要技術措施。為了滿足當前以及將來國家電網規劃建設的區域交流、互聯網系統的安全、穩定的需求，已有的穩定性控制技術正在朝著在線決策、智能化等方向發展，以確保其能夠與國家的快速發展以及對電網的安全、穩定的需求相匹配。本文以電網的發展為基礎，結合電網的發展現狀，總結了現行的監控系統的使用狀況及存在的問題，對在線預決策和廣域測量系統在穩控系統中的最新運用進行了闡述，并對穩控系統的發展方向進行了思考。

1 電網故障原因分析

（1）大部分的電力系統故障都是由閃電造成的，由于電力系統與客戶相連，其網絡的規模十分龐大，在暴雨天氣當中被閃電擊中的概率也十分高。盡管線路上都有一個絕緣的外套，但是絕緣外套也不是萬無一失的，它會在長期的工作中逐漸磨損，在下雨時會引發閃電，導致線路失效。

（2）電力系統中的過電壓問題。由于電網只是一個中性站點，不能識別出接地系統，因此，當電網的內部電壓出現過電壓時，會對電網的正常工作帶來一定的沖擊，如果內部過電壓的電壓超出了電網的可接受范圍，還會導致電網的網絡發生爆炸，給電網的正常工作帶來很大的損害和潛在的災難。

（3）同時，電力系統中設備的變動對電力系統的穩定運行也有很大的影響。在電力系統中，如果存在著數量較多的設備，并且長期處于高負荷狀態，就會造成設備供電不足。隨著我國工業的快速發展，用電量的需求也在不斷增長，造成了用電負荷的不斷增長，而陳舊的電力系統已不能滿足對社會各行業的需求［1-3］。在長期的運行之后，在用電高峰期，有可能造成設備損壞，甚至引發電力系統故障，給用戶的工作和生活帶來負面影響。檢修現場作業實施基本流程環節見表。

2 電網安全穩定控制系統的設計

（1）水電站電網結構

某個水電站，它的安裝容量是6臺550MW 的機組，總共是3.3GW，它用3回500kV的線路來接入系統，它的送電距離將近720km，具有大容量、超高壓、遠距離送電等特征。3回500kV線路的動態穩定上限只有2.8GW，周邊區域沒有足夠的負載，3.3GW 的容量都是由這3回500kV的線路來輸送到主網，所以它具有較低的穩定性。這個水電站的裝機容量大約是整個城鎮的三分之一，電力網絡結構非常不完善。若要通過增設四號回線或增設串接式電容式補償器（以下簡稱串補）來提升輸電容量，則至少要投入一億元，但由于該水電站屬于季節生產，一年中只有一兩個月的水運高峰，明顯不符合經濟效益，所以必須依靠安全自控器來提升輸電容量。經研究發現，在轉型期，尤其在大型電站發電的條件下，3.3GW 功率將被完全送入到主網，此時，即便在水電站的線端出現了一次暫時性的單相短路，也會導致整個系統的不穩定。在轉型期，這種電網結構無法保障系統的安全、穩定。在其他各種可能的運行模式和故障的情形下，也要配備相應的安全自動裝置，來切斷水電站的機組及變電站的負載，以確保系統的穩定運轉，避免電網崩潰。

（2）設計配置的電網安全穩定控制系統［4-6］

在水電站安裝微機切機控制器。在500kV變電所設置單片機控制的斷流起動機和斷流負載設備，以洪溝作為控制系統的主要設備。在500kV變電站220kV出線地對端變電所配置微機切負荷控制子站，在220kV變電所110kV出線地對端變電所配置微機切負荷控制終端站，在其終端設備都具有低頻、低壓切負荷功能。500kV變電站的安全自動化設備為兩級結構，220kV和110kV的微機切負荷子站采用單微機系統，都設有單獨的閉鎖，以防發生故障。500kV各安控站之間采用雙向信息傳送，500kV站與220kV的微機切負荷子站、220kV站與110kV的微機切負荷終端站之間僅考慮單向信息傳送。所有的數據傳輸都使用了一種電力線載波通信的方式，在500kV的兩個站點以及500kV與220kV的站點之間都使用了復用的載波機，220kV與110kV站點之間使用了專門的遠處跳閘信號傳輸設備。

（3）安全控制自動化設備的設計程序

以各個分區電源及網架的規劃和設計為基礎，進行該系統二次規劃和設計，通常與五年計劃相結合，旨在對本區域的安全穩定狀況有一個全面的認識，并對即將建立的某些廠站在接入系統后存在的安全穩定問題，給出一種安全自動設備的系統設計。與新建廠站的接入系統二次設計相結合，對其進行了進一步的分析和討論，并根據安全穩定導則的三道防線的要求，對其進行了初步的配置。在經過了計算論證之后，新建廠站確實需要配置安全自動設備，因此需要另外設立專題，展開對安全自動設備的可能性的研究。同時，需要電力調度部門對其進行更深入的計算和分析，從而對其給出具體配置方案、通道要求及投資估算。審核合格后，根據需要編制投標文件，對所需設備進行投標。將專項工程列入廠站初步設計及施工設計，以配合廠站建設同步投產。交直流混聯電網連鎖故障預警及控制方法及系統與流程，如圖所示。

圖 交直流混聯電網連鎖故障預警及控制方法及系統與流程

3 提高配電網運行水平的措施

（1）根據情況增加配電網管理與維修的力度

對配電網進行檢修和管理，健全相關的管理制度，可以使其在運營中所遇到的問題及時被檢測出來，減少配電網的意外事件，確保其安全穩定地運轉。因此，應該對配電網的維修規劃進行合理的修改，實行“一條龍”的維修，把可靠性管理與生產規劃有機地聯系在一起，對停電時間的把控要做到科學化、合理化，避免出現反復的停電。

（2）提高電力系統配電網的自動化運行水平

在配電網的運營管理中，將電子計算機技術與信息管理技術運用到其中，既可以提升其運營的穩定性，又可以達到對其運營費用進行控制，減少其運營的難度。所以，在對配電網進行改造與維修的時候，應該加強對配電網的信息化與數字化的建設，并逐漸使其達到自動化、綜合化與智能化的程度，用先進的電子計算機技術來取代傳統的手工的方式來進行管理，從而可以將由于人為失誤而造成的配電網的運營故障降到最低。在保證配電系統安全可靠的前提下，提出了一種新的配電系統自適應控制策略，可顯著提升配電系統的快速響應能力，縮短配電系統的短路范圍，縮短短路周期，保證配電系統的安全可靠。

4 電網安全應用案例

鄭州聯變超限斷電負載穩定控制系統選用某公司RCS-992A型穩定控制設備，該設備為模塊化、主從式的設計，整個設備是以各種不同的功能相互獨立的模塊組合而成。整體的穩定控制系統是通過主機RCS-992A，從機RCS-990A，通訊復接設備MUX-22A、MUX-64B和MUX-2M等一起組成的，根據具體的穩定控制系統的規模和復雜程度來確定設備的數目和連接模式。主站、子站和執行站設備的硬件配置基本上相同，但是在穩定控制系統比較大的時候，主站需對其進行擴充（用來與子站和執行站連接），而子站則很少有用來與主站和執行站進行通訊的，而執行站則只需要一個通信界面來與主站或子站進行通訊。每臺工作站包括一個主工作站和幾個副工作站，必要時也設有一個信號復接設備。

子站的主機負責與其他站的設備通訊，接收來自本站點地從設備采集到的數據及判別結果，實施穩定控制，從站的主機負責數據的采集與計算，判斷一條線（主變、機組）是否在運行，判斷一條線（主變、機組、母線）是否在運行，以及判斷一條線（主變、機組、母線）是否在跳閘及出現的情況等，并且完成主站發出的指令；此外，還要求在不依賴于設備的情況下，對設備進行穩態的調節，例如，對變壓器和輸電線路進行超負荷識別等。鄭州聯變與環翠變、謝莊變、石佛變、索河變、常莊變和魯莊變等多臺穩定控制設備之間的一條線路相連，構成了鄭州電網超負荷遠程停電穩定控制體系。該區域穩定控制系統鄭州變為主站，其余均為各地區電網切換負載的執行站。兩臺機之間使用光纖通訊，2M的界面模式。鄭州變在500kV供電至220kV時，在主變三次超負荷運行后，將切斷負載指令送至6個執行臺，石佛變為第三輪次遠切負荷子站。

5 結束語

當前，我國各地的電力系統與獨立網絡的互聯工作已逐漸展開，為提升網絡在事故干擾下的安全、穩定工作，只要兩邊系統能夠分別保持自身同步，并且保證兩個系統之間的供求關系能夠維持在一個相對均衡的狀態下，就必須要在聯絡線路上都安裝雙重化的、相互獨立的、能夠同時對兩個不同的開關進行控制的開關，才能更好地防止事故擴大，避免系統崩潰。