電網自動切負荷分析論文

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摘要：分析了浙江臺州南部電網穩定性問題，從仿真計算中得出了自動切負荷裝置的設計原則，并對裝置的實現方案、判據要求和防誤動等作了進一步討論。

關鍵詞：自動切負荷裝置設計原則防誤

1前言

隨著浙江電網負荷的日益增長，電網網架結構上存在的缺陷逐漸暴露出來，在某些方式下已經成為局部電網運行的安全隱患，臺州南部電網就是其中的存在比較突出問題的局部電網之一。臺州南部電網由桔鄉、澤國、海門、龍門四個220kV變電所組成，向南通過臺桔2355、臺國2350、臺門2348與臺州電廠Ⅱ段母線相連，通過澤溫2365與溫州電廠相連，如圖1所示。近期，臺州、溫州地區負荷增長迅猛，在臺州電廠220kVⅡ段母線單母差或母差停用方式下，如發生Ⅱ段母線故障，臺南四個220kV變電所僅靠澤溫2365線單線通過溫州電廠轉供，而此時溫州地區與主網的聯系只剩臨溫2356線和溫麗2363線兩回，極有可能導致溫州、臺州地區的電壓崩潰和溫州電廠機組失穩；同樣，在澤溫2365線檢修方式下，如發生臺州電廠220kVⅡ段母線故障，也會出現臺桔2355線一線帶四變運行的局面，嚴重的過載情況將引起線路燒斷，從而造成大面積停電的惡性事故。

在對上述問題作了專題研究基礎上，提出了在臺州南部的桔鄉、澤國、海門三個220kV變電所增裝三套低壓、過流自動切負荷裝置的可行性方案，作為臺州南部電網穩定運行的近期對策。以下就方案實施過程中遇到的裝置設計、判據實現及裝置防誤等具體問題進行探討。

2仿真計算結論與自動切負荷裝置設計原則

仿真計算考慮多種運行方式，并且還考慮了浙南滿發方式下臺溫地區電壓較高及浙南欠發方式下溫州地區電壓偏低等因素，結論如下：

（1）臺州220kVⅡ段母線單母差或母差停用方式下，母線故障跳閘后各變電所220kV母線電壓很低，無法維持穩定運行；增裝了自動切負荷裝置，則母線故障跳閘后再切除部分負荷，能夠保住重要用戶的供電。

（2）澤溫2365線檢修方式下，臺州電廠220kVⅡ段母線副母故障跳閘，臺南各變電所220kV母線電壓下降有限，但聯絡線嚴重過載；臺桔2355線轉移功率將達到400MW左右，澤鄉2343線有功功率增加到300MW左右。

上述結論表明，只要在臺州220kVⅡ段母線跳閘后，能及時切除臺南部分負荷，快速緩解低電壓程度，就能保證重要用戶持續供電；或者在澤溫2365線檢修方式下，出現臺桔2355、澤鄉2343線過載時，及時切除臺南電網部分負荷，快速降低線路事故后的潮流至相對安全的水平，就能為調度員進行事故處理贏得寶貴的時間。正是基于這樣的考慮才確立了如下的自動切負荷裝置設計原則：

（1）正常方式下，將裝置停用，因此，在裝置設計上就不考慮在正常方式下的防誤問題。

（2）裝置在設計上考慮兩種切負荷機理：1）低壓切負荷，用于臺廠220kVⅡ段母線單母差和母差停用方式；2）過載切負荷，用于澤溫2365線檢修方式。由于區調對裝置所切除負荷的性質、特性比較了解，因此，裝置的投、停用操作，采用省調許可、區調發令形式。

（3）在低壓切負荷方式下，裝置選用的判據較多，具有很高的可靠性，除了將聯絡線功率、母線電壓作為主要判據外；還將采用電壓突變量作為輔助判據。由于在臺廠220kVⅡ段母線跳閘后，各變電所母線電壓很低，為避免引起電網瓦解，裝置的低壓切負荷動作時間不宜太長。

（4）在澤溫2365線檢修方式下臺廠220kVⅡ段副母跳閘后，由于臺南電網電壓下降十分有限，因此，裝置過載切負荷可選用的判據只有線路負荷電流這一物理量，判據單一。考慮到臺桔2355、澤鄉2343均為LGJQ－500導線，冬／夏季可載流量達1086／831A，在保證線路熱穩定前提下，通過適當延長過載切負荷動作時間，確保過載切負荷的可靠性。

3自動切負荷裝置實施方案

3．1裝置總體簡介

（1）裝置硬件結構

裝置采用南自院穩定技術所的模塊組合型UFV－2C型產品，能在不同方式下監測裝設地點的母線電壓、聯絡線潮流，如發現電壓、聯絡線潮流異常，根據判據判定是否切負荷。

裝置模擬輸入量6個，其中電壓量2個：UAB、UBC，當用于雙母線時可用電壓自動切換插件；電流量4個：I1a、I1c、I2a、I2c，即最多可測量二回線路的兩相電流，如變電所有超過二回以上線路的電氣輸入模擬量，則需增加一塊單元處理機板（DCJ），這樣又可增加四回線路的電氣量，依次類推，最終可完成多回線路比較復雜的判斷功能。本項目的三套裝置之中只有澤國變的裝置增加了1塊DCJ單元處理機板。開關輸入量4個，可用于某些邏輯判斷功能。

裝置的外圍回路接線簡單可靠，所用繼電器返回系數較高，有利于在過載切負荷方式下裝置及時可靠返回，防止過切負荷。

（2）裝置軟件結構

裝置的微機部分對經過變換后的輸入交流電壓UAB、UBC的瞬時值進行采樣，采樣周期為T／12（當T為20ms時，采樣周期為1．666ms），再計算出電壓有效值。軟件結構分為主循環程序和中斷事故處理程序兩大部分。中斷程序主要完成電壓瞬時值采樣，電壓、電流有效值計算、du／dt計算，啟動低壓、過載事故判斷等等，輸出控制及中央信號等，用壓板切換方式完成中斷程序相應功能的選擇性。主循環主要完成面板顯示、定值修改、回路自檢、信號復歸及整組試驗、打印輸出等功能。

（3）屏面布置設計要求

因裝置在電網正常運行方式下停用，只有在臺州220kVⅡ段母線單母差或母差停用時裝置投低壓切負荷方式、在澤溫2365線檢修時裝置投過載切負荷方式，所以裝置屏上設有方式投用閉鎖式壓板。根據電網運行方式要求，只能投放在“低壓切負荷”位置或“過載切負荷”位置；另外，裝置還設有出口總壓板，只要取下出口總壓板，切負荷命令就無法出口。由于選用的判據中包含有聯絡線電氣量，因此裝置的交流電壓回路取自聯絡線保護屏和旁路保護屏的電壓切換回路，并經過QK切換（QK有“本線”、“旁路代”兩種狀態），聯絡線和旁路的A、C相電流接入裝置的電流回路，并通過切換開關輔助接點控制兩個開關量輸入回路，當聯絡線本開關運行時，切至“本線”，當旁路代聯絡線時切至“旁路代”。

3．2低壓切負荷控制方式

（1）低壓切負荷方案

為防止在臺州220kVⅡ段母線單母差或母差停用方式下因母線故障跳閘，造成臺南電網電壓崩潰，穩定破壞，裝置的低壓切負荷功能首先應判斷是否是系統故障？若是，則裝置自行閉鎖；其次應判定本變電所與臺廠的聯絡線是否已經跳閘；最后才是判定母線電壓是否低于低壓啟動值Uqs（桔鄉變、澤國變皆200kV，海門變為195kV。），若母線電壓持續0．1s低于低壓啟動值，則啟動低壓模塊；若母線電壓持續3s低于低壓減載定值US1（桔鄉變、澤國變皆200kV，海門變為195kV。），則裝置動作切除近區部分負荷，否則裝置返回。考慮到今后負荷發展，裝置均具備兩輪切負荷功能，其控制邏輯如圖2所示。

（2）低壓切負荷的判據與要求

低壓切負荷判據如下：

聯絡線有功Pt≥功率定值Ps（約1MW），聯絡線是指：桔鄉變判臺桔2355、澤國變判臺國2350、海門變判臺門2348。

母線電壓突變量ΔU≤電壓變化量的定值（du／dt）b；

母線電壓絕對值Ut≤低壓啟動定值Uqs；

母線電壓絕對值Ut≤低壓減載定值Us1；

母線電壓絕對值Ut≤低壓減載定值Us2；

當滿足前三個條件且延時≥整定時間tvqs（0．1s），裝置低壓切負荷模塊啟動；當母線電壓Ut≤電壓定值US1且延時≥整定時間ttvs1（3s），低壓減載第一輪出口；當母線電壓Ut≤電壓定值Us2且延時≥整定時間ttvs2（0．7s），低壓減載第二輪出口。裝置在判斷聯絡線是否跳閘時，若旁路代用聯絡線壓板為退出，則取用聯絡線本線功率判，否則取用旁路功率判。

3．3過載切負荷控制方式

（1）過載切負荷方案

在電網出現澤溫2365線檢修方式時,為避免臺州220kVⅡ段母線副母故障跳閘,造成臺桔2355、澤鄉2343線過載，熱穩定破壞。本項目的桔鄉、澤國變的裝置設有過載切負荷功能，現以桔鄉變裝置為例，簡要介紹其動作方案；裝置在判斷臺桔2355線是否過載時，首先判定臺桔2355線負載電流是否大于告警電流定值，并持續10s，然后啟動過載模塊并同時發出線路過載告警信號；接著，再判定臺桔2355線是否大于第一輪過流減載定值，并持續10s，若是，則第一輪過流減載動作出口切除部分負荷；最后，再判定臺桔2355線是否大于第二輪減載定值，并持續1s，第二輪減載動作出口切除部分負荷，其邏輯圖2所示。由于判據單一，為防止裝置誤動，除了延長裝置判定的延時時間外，還采用線路的A、C相電流作為過流減載的判據。

（2）過載切負荷判據與要求

臺桔2355線A、C相電流有效值≥告警電流定值（約600A），滿足上述條件且延時10s，則發出線路過負荷告警信號，啟動過載切負荷模塊。

臺桔2355線A、C相電流有效值≥過流減載定值（約700A），只有進入過載切負荷模塊之后，才能判定臺桔2355線滿足上述兩個條件且持續10s，裝置第一輪過流減載動作切除負荷。

臺桔2355線A、C相電流有效值≥過流減載定值（約700A），只有第一輪過流減載動作之后，才能進行第二輪的過流減載判據，若臺桔2355線滿足上述兩個條件且持續1s，裝置第二輪過流減載動作切除負荷。

裝置在判斷臺桔2355線是否過載時，若旁路代用臺桔2355線壓板為退出，則用臺桔2355線電流判，否則用旁路電流判；在判路代用壓板剛投入而臺桔2355線的功率絕對值又大于PS1（約10MW）的時間段里認為是過渡過程，此時用臺桔2355線與旁路的和電流判；當旁路代用壓板剛退出而旁路功率絕對值又大于PS1的時間段里也認為是過渡過程，此時用臺桔2355線與旁路的和電流判。

3．4裝置防誤

（1）低壓切負荷判據防誤閉鎖

本裝置在臺州220kVⅡ段母線故障跳閘后，當臺南各變電所母線電壓恢復到30％Un時，進入低壓切負荷模塊，此時若母線電壓低于Us1（桔鄉、澤國變均為91％Un，海門變為89％Un），則裝置切除第一輪負荷的時間為3．1s，切除第二輪負荷的時間為3．8s，動作時間短于主變或低壓系統后備段時間定值，但由于裝置在低壓切負荷判據中皆有聯絡線功率判據（桔鄉判臺桔2355、澤國判臺國2350、海門判臺門2348），所以，即使出現變電所220kV母線以下的主變或低壓系統故障，裝置也不會誤動，因為在這種情況下臺桔2355、臺國2350、臺門2348三條聯絡線仍正常運行，其輸送功率均不會小于1MW（或功率倒向）。

（2）過載切負荷防誤措施

在澤溫2365線檢修方式下，臺州220kVⅡ段副母故障跳閘后，當臺桔2355、澤鄉22343線電流大于臺桔線600A、澤鄉線500A并持續10s，進入過載負荷模塊，若線路電流繼續大于臺桔線700A、澤鄉線600A，則切除第一輪負荷所需時間為20s，這個時間大于系統上任何設備的繼電保護后備段時間，所以，在系統出現任何故障時，在系統繼電保護動作之前，裝置過載切負荷是不會動作的。

（3）在負荷反饋、PT斷線、電壓回路接觸不良等情況下的防誤動措施

1）低電壓閉鎖當監測電壓U≤20％Un時，裝置判斷為電壓回路電壓異常，不進行低壓判斷，閉鎖出口。

2）電壓突變閉鎖當監測母線電壓的變化率的絕對值≥（du／dt）b（約55％Un）時，裝置判斷為系統發生短路故障，不進行低壓判斷，閉鎖出口；當電壓再恢復至啟動電壓值以上時，裝置自動解除閉鎖。

3）PT斷線閉鎖當監測到電壓｜UAC－UAB｜≥10％Un或｜UAC－UBC｜≥10％Un時，裝置判斷為PT回路斷線，不進行低壓判斷，立即閉鎖出口，延時5s發出PT斷線告警信號。

4結論

UFV－2C型模塊組合型裝置，選用判據較完善，功能強，采用防誤措施適當，硬件設計簡單可靠。該裝置的投運，實現了在臺州電廠220kVⅡ段母線單母差和母差停用方式下及在澤溫2365線檢修方式下對浙南地區的自動減負荷，在事故情況下，既能有效防止臺南地區電壓崩潰，又能有效減輕聯絡線過載，完成了電網方式由事故前限電至事故后自動切負荷的轉變，為臺南地區安全、穩定、經濟供電提供了保證。

參考文獻：

［1］臺州電廠220kVⅡ段母線故障自動切除臺州地區部分負荷裝置可行性研究報告．浙江省電力局中心調度所，1999年5月

［2］臺州地區220kV澤國、桔鄉、海門變電所穩定措施補充方案．浙江省電力局中心調度所，1999年5月

［3］UFA－2A、B型頻率電壓緊急控制裝置技術及使用說明書．電力自動化研究院穩定技術所，1999年11月