现代电网运行技术(第四章安控装置)

NorthChinaElectricPowerUniversity电气与电子工程学院现代电网运行技术第三章提高电力系统稳定性的措施五、安全自动控制装置的应用（安全稳定控制装置、稳定控制装置、安控装置、稳控装置、安自装置）第三章提高电力系统稳定性的措施安全自动装置的研究和应用是随着电网的不断发展而发展的一种提高电网安全、稳定水平的辅助技术。这种辅助技术是以提高系统的安全、稳定水平为主要目的，所以我们把这一类装置也叫做安全、稳定控制装置（安自装置或安控装置）。第三章提高电力系统稳定性的措施当我们对系统进行计算分析后，发现系统在某种运行方式存在稳定问题或过负荷等问题，而一次系统无法解决或时间不允许时，我们就要求助于二次系统来解决。第三章提高电力系统稳定性的措施稳定控制早期使用的就是我们前面讲的简单的分散的就地控制。这种技术的发展一是随着电网的发展对安全、稳定控制提出新的要求，二是随着计算机技术的发展，使一些较为复杂的控制功能得以实现。目前，我们国内已经投入运行或正在研究实施的安全稳定控制装置按其实现手段、智能化水平可分为四种类型，第三章提高电力系统稳定性的措施逻辑式切负荷安全稳定控制装置、初级智能型微机切负荷安控装置、较高智能型微机安控装置和高智能微机安控装置。在四类安控装置的实施中，也有时伴有就地控制装置的配合（高频切机、过电压解列等等）。第三章提高电力系统稳定性的措施1、逻辑式安控装置逻辑式切负荷装置的原理较为简单，装置通常以某一个电厂或某一个变电站保护和开关动作信息作为装置的启动信号，根据机组或线路保护和开关动作的多少，经逻辑电路进行逻辑判别，下达若干个命令（切负荷、切机）。第三章提高电力系统稳定性的措施命令一般2～3级，通过载波或微波通道将命令送到执行端，执行端收到切机切负荷命令后，经过逻辑判断（加就地判别）跳开相应的出线开关，切除一定数量的负荷或电源。各点的逻辑装置中，有许多压板可随时投运或退出。第三章提高电力系统稳定性的措施逻辑式远方安控装置是国内使用较早的安全稳定控制装置，它是由晶体管逻辑电路组成。第三章提高电力系统稳定性的措施七十年代湖北电网就开始使用逻辑式安控装置，用于丹江水电机组或送出线发生故障时，遥切湖北东部地区负荷。到八十年代为解决葛洲坝电厂电力送出问题，装设规模更大的逻辑联切装置，当葛洲坝出线发生故障跳闸时，遥切湖北中部和河南中北部负荷，形成了华北电网的逻辑式安全稳定控制装置系统。第三章提高电力系统稳定性的措施逻辑式安控装置最大的缺点是，装置不能采集系统的实际信息，不能根据系统的实际情况进行判别，只能根据保护和开关的动作信号作为启动信号，再根据逻辑判别和就地信号，启动安控装置动作。当系统运行方式变化时，由运行人员进行投退压板。第三章提高电力系统稳定性的措施事例：80年代陕西电网曾经运行一套逻辑判别安控装置，如图：第三章提高电力系统稳定性的措施问题：当碧口水电厂、石泉水电厂2--3台机组运行时，220KV洋周线单相瞬时故障，陕南电网与系统失步；洋周线单相永久或三相故障系统失步，且110KV略马线过负荷。第三章提高电力系统稳定性的措施解决办法：当220KV洋周线单相瞬时故障，需要远方切碧口水电厂1--2台机组和石泉1--2台机组；当220KV洋周线单相永久或三相故障需远方切除碧口1-2台机组和石泉1-2台机组，同时解列110KV略马线。第三章提高电力系统稳定性的措施为解决以上问题，装设逻辑式安控装置。装置共分四套，采用逻辑判别，主站在洋县，当洋周线保护和开关动作，分别向石泉发信（开关量），经勉县变向碧口水电厂发信（开关量）。碧口和石泉水电厂根据开机方式，运行人员投退压板。当3台机运行时投切2台机压板，2台机运行时投1台切机压板。第三章提高电力系统稳定性的措施略马线略阳侧装设过负荷解列装置，采用就地判别，当装置检测出略马线过负荷电流值达到整定值时，装置动作，跳开略马线。该装置为碧口水电厂和石泉水电厂在丰水季节的水电送出起到了很大的作用,但一直未动作。第三章提高电力系统稳定性的措施2、初级智能型微机安控装置初级智能型安控装置有一个主装置和若干个子装置组成，主装置具有一定的人工智能，由计算机来实现，当系统发生故障时，它可根据实际运行情况，经过一定的智能判断，决定是否要启动切机或切负荷装置发出切机或切负荷命令。第三章提高电力系统稳定性的措施如判断事故前故障元件的输送功率，且三相开关跳开，或功率突变量。第三章提高电力系统稳定性的措施各子装置仍然是逻辑式的，装在切机或切负荷的执行端，由一定的逻辑电路组成，当装置收到经通道传送的切机或切负荷指令后，经过逻辑判断，跳开相应的线路开关，切除一定量的机组或负荷。第三章提高电力系统稳定性的措施初级智能型微机安控装置与逻辑式安控装置比较：由于它具备一定的智能化，当系统运行方式变化时，它能适应运行方式的变化并根据实际潮流情况做出正确判断，给生产运行人员带来很大方便。第三章提高电力系统稳定性的措施但是，由于初级智能型微机安控装置只采集一个点的状态信息（主站安装处），不能采集系统多处状态信息，而且只接收或传送单方向的跳闸信号，主站给子站发信，不知子站是否收到，所以它对系统的判别是不全面的。第三章提高电力系统稳定性的措施不能进行优化切机或切负荷。由于切机或切负荷量是由离线仿真计算得到的，必然与实际运行情况有误差，因此一般偏于保守，且负荷量较大。另外，该装置使用范围有一定的局限性，不能很好的完成区域电网的稳定控制。第三章提高电力系统稳定性的措施事例：2001年甘肃碧口地区电网220KV碧成线安全自动装置就属于该型安控装置，如图：第三章提高电力系统稳定性的措施碧口地区电网存在如下稳定问题：1）当220KV碧成线在一定的输送功率下，发生单相瞬时故障，需立即切除碧口电厂一台机，方可保持该系统的稳定。2）当碧成线因故障三相跳开，碧口水电厂频率过高，需切除并入碧成线运行机组的其中一台，可保持碧口水电厂机组的稳定。第三章提高电力系统稳定性的措施3）在碧成线重负荷方式下，成县变一台变压器故障跳开，需碧口水电厂压出力或切出碧口水电厂1台机组。4）当碧成线按静稳定水平运行时，该系统发生任意故障均会造成碧口水电厂机组与甘肃主网失稳，需解列碧成线。5）在碧成线重负荷，江洛、长道负荷较轻时，若110KV江天、长七线其中一回线跳闸，会造成另一回线路过负荷，必要时需跳开非故障线路。第三章提高电力系统稳定性的措施为了解决以上问题，保证碧口电厂在丰水期功率顺利送出，在碧成线装设了安全自动装置，考虑到该地区的通信通道为载波通道，可靠性相对较差，但计算机技术已得到长足的发展，确定采用初级智能型微机安控装置。第三章提高电力系统稳定性的措施1）为解决碧口单相瞬时故障时碧成线的稳定问题，提高碧成线暂态稳定水平，在碧口电厂装设连锁切机装置。功能：监视碧成线输送功率，当碧成线P≥某一功率值（160MW），若碧成线发生单相瞬时故障，在继电保护和开关动作的同时（单相跳开），联切碧口水电厂一台机。第三章提高电力系统稳定性的措施2）为解决碧成线因故障三相跳开后，碧口水电厂频率过高问题，在碧口水电厂装设高频切机装置。该装置取频率上线为51.5HZ(当地值),，当机组频率达到整定值时，切碧口水电厂一台机组。第三章提高电力系统稳定性的措施3）为解决丰水期碧成线按静稳定水平运行时，该系统发生任意故障时的稳定问题，在碧口水电厂装设振荡解列装置。当碧口水电厂机组与主系统间发生振荡时，解列碧成线。第三章提高电力系统稳定性的措施4）为解决碧成线在重负荷下，成县变一台主变故障，另一台主变过负荷问题，在成县变电站装设过载远方切机装置；在碧口水电厂振荡解列装置增设切机和压出力功能。功能：监视该站两台主变的运行状态，当其中一台跳闸时，另一台主变出现过载，则根据过载情况通过载波通道向碧口水电厂振荡解列装置发出压出力或切机命令；当发出压出力或切机命令后，如果在规定的时间内过载没有消除（可能通道等有问题），则直接跳开过载主变的220KV侧开关。第三章提高电力系统稳定性的措施5）为解决碧成线重负荷情况下，110KV江天、长七线一回线跳闸，另一回线可能过负荷问题，在江洛和长道变电站各装设一套过载解列装置。功能：监视江天线、长七线运行状态，当由于一回线跳闸引起另一回线路过载时，根据过载情况向线路的本站侧发告警或解列命令。如果在规定的时间内过载没有消除，则发出命令跳开该线路的背侧线路。第三章提高电力系统稳定性的措施为解决以上5种问题，碧成线安全自动装置包括：碧口水电厂振荡解列、过频切机、线路保护动作联切机组、接收成县变信号压出力或切机装置；成县变电站过载远方压出力、切机装置；长道和江洛变电站过载解列装置。以上装置均为微机型装置。由于装置只接收或传送单方向的动作信号，因此为初级智能型安控装置。第三章提高电力系统稳定性的措施3较高级智能（中级智能）型安全稳定控制系统——依赖于计算机和通讯较高级智能型微机切负荷稳定控制系统是一个集中、分散型控制系统，一般由一个主站和若干个子站、终端站（没有控制功能，只有执行功能）构成。第三章提高电力系统稳定性的措施主站设在枢纽变电站或处于枢纽位置的大型发电厂，负责汇总各站的运行工况信息，进行分析，识别区域电网运行方式。并根据已存入的控制策略表相比较，进行实时判断和决策，向各子站、终端站发出控制命令，指示各子站对控制对象进行控制（切机、切负荷等）。第三章提高电力系统稳定性的措施较高级智能型微机切负荷控制系统对通道要求较高，通道分为命令通道和数据通道，所有命令都是双方向工作，用于主站向子站下达控制命令，子站向主站传送执行情况（主要开关量信息）。第三章提高电力系统稳定性的措施较高级智能型微机安控系统采用“控制策略表”进行实时决策，控制系统的智能化和很高的实时性是靠存放在主站计算机内的一张“控制策略表”来实现的。所谓控制策略表，是事先对电网各种可能的运行方式和故障类型进行预想，并进行大量的离线方式计算，求出相应的控制措施，然后制成表格形式存放在计算机中。第三章提高电力系统稳定性的措施当电网发生故障时，计算机利用采集到的正常运行方式和故障信息，采取“对号入座”的方式直接查找控制策略表，求得相应的控制措施，给各子站发出相应的切机或切负荷命令。第三章提高电力系统稳定性的措施为了增加切机或切负荷控制系统的可靠性，不论是主站还是子站，控制启动都分为通道正常和不正常两种情况。通道正常时，控制由主站发出的信号启动，并用当地信号进行校核。通道不正常时，各装置以当地信号校核条件作为启动条件。第三章提高电力系统稳定性的措施比较：较高级智能型微机安控系统与逻辑式、初级式安控装置相比较，由于它是多点采集信息并按照控制策略表进行实时判断，因此它能较全面的对电网运行方式和故障状态进行实时识别，由控制策略表得到的控制量相对较精确、智能水平相对较高。第三章提高电力系统稳定性的措施但控制策略表的确定是通过离线仿真计算分析及实际运行经验确定的，因此和实际系统运行方式有一定的差距，使实际控制不可避免的存在误差。并且当电网发展变化时，需要对控制策略表进行修正，工作量非常大，往往会出现控制策略表的修正赶不上电网变化情况，使控制措施之间的协调和优化难于实现。第三章提高电力系统稳定性的措施a）南方互联电网安全稳定控制系统（1994年投入使用），如图：第三章提高电力系统稳定性的措施南方电网天广和天贵500KV线路，将天生桥和岩滩等水电厂的电力送到广东、贵州等地。500KV线路除平--岩--来环网外，有两条联络线为单回线，500KV平--岩--来线路还和220KV线路构成电磁环网，电网联系薄弱，稳定问题较为严重。第三章提高电力系统稳定性的措施问题：1）当系统受到故障扰动后，容易发生失步振荡。2）在有电磁环网的区段，500KV线路断开后，220KV线路将出现暂态稳定、电压稳定及过负荷问题。3）天--平或来--梧联络线因故断开，将使送端电网频率升高，广东、广西电网或广东电网频率降低，如处理不及时可能出现电网频率崩溃事故。第三章提高电力系统稳定性的措施为解决以上问题，南方电网装设了较高级安控系统。系统设