汪 湲 ，馬 強(qiáng) ，黃光政 ，呂天光

（1.山東電力集團(tuán)公司，山東 濟(jì)南 250001；2.濟(jì)南供電公司，山東 濟(jì)南 250012；3.山東大學(xué)電氣工程學(xué)院，山東 濟(jì)南 250002）

0 引言

近二十年來(lái)，國(guó)內(nèi)外電力系統(tǒng)大面積停電事故時(shí)有發(fā)生，均造成了嚴(yán)重后果。隨著電力系統(tǒng)規(guī)模的日益擴(kuò)大，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)行為愈加復(fù)雜，運(yùn)行條件變得更加苛刻，更難預(yù)測(cè)，由局部故障引發(fā)大面積停電事故的風(fēng)險(xiǎn)有所增加。國(guó)內(nèi)外電力系統(tǒng)的運(yùn)行實(shí)踐充分說(shuō)明，已經(jīng)采用的新設(shè)備和新技術(shù)固然能為系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供有力保障，但無(wú)法從根本上避免大停電事故的發(fā)生。大部分惡性停電事故的擴(kuò)大，大都因?yàn)槿狈π兄行Ш颓‘?dāng)?shù)幕謴?fù)方案使得恢復(fù)過(guò)程被延誤造成的。為了減少停電事故造成的損失，電力部門對(duì)恢復(fù)控制愈加重視。我國(guó)從1998年開始要求各省公司制定區(qū)域電網(wǎng)黑啟動(dòng)方案，并在2000年頒布的《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制技術(shù)導(dǎo)則》中增加了恢復(fù)控制一章。由此可見，研究區(qū)域電網(wǎng)應(yīng)對(duì)大面積停電事故的有關(guān)問(wèn)題并制定相關(guān)應(yīng)急啟動(dòng)措施對(duì)于電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。

1 濟(jì)南電網(wǎng)恢復(fù)供電應(yīng)急啟動(dòng)原則

濟(jì)南電網(wǎng)是山東電網(wǎng)的重要組成部分，現(xiàn)有大型火電廠3座，機(jī)組12臺(tái)，裝機(jī)容量3 570 MW；地方電廠24座，裝機(jī)容量1 053.2 MW。除個(gè)別地方電廠具備全黑狀態(tài)下自啟動(dòng)能力外，其余發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)均需借助外部電源。3座大型發(fā)電廠周邊均有具備自啟動(dòng)能力或借助外供電能夠快速啟動(dòng)的地方電廠?；跐?jì)南電網(wǎng)上述特點(diǎn)，在確定恢復(fù)供電應(yīng)急啟動(dòng)路經(jīng)時(shí)制定下列原則。

1.1 化整為零、分片啟動(dòng)

當(dāng)電網(wǎng)事故引發(fā)系統(tǒng)失去安全運(yùn)行能力而進(jìn)入“黑狀態(tài)”時(shí)，不可能在短時(shí)間內(nèi)將電網(wǎng)恢復(fù)到正常方式和對(duì)全部負(fù)荷的供電。應(yīng)根據(jù)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，合理劃分區(qū)域，各區(qū)域必須安排一至兩臺(tái)具備黑啟動(dòng)能力機(jī)組，并合理分布［1］。各區(qū)域分別啟動(dòng)，條件成熟時(shí)進(jìn)行并列，進(jìn)而恢復(fù)全網(wǎng)的正常運(yùn)行。啟動(dòng)過(guò)程中，一是速度要快，二是恢復(fù)或重新構(gòu)建新的運(yùn)行方式的過(guò)程必須是有序的，三是新的運(yùn)行方式必須是一個(gè)穩(wěn)定的方式［2］。

基于以上思路，按照各電廠最低啟動(dòng)時(shí)所需負(fù)荷，確定以3個(gè)大型火電廠為中心，以對(duì)重要負(fù)荷的恢復(fù)為路徑的原則，將濟(jì)南電網(wǎng)劃分為3個(gè)應(yīng)急啟動(dòng)子系統(tǒng)。這3個(gè)子系統(tǒng)基本覆蓋了濟(jì)南電網(wǎng)主網(wǎng)架，同時(shí)對(duì)電鐵等重要負(fù)荷有多個(gè)子系統(tǒng)覆蓋，可多途徑恢復(fù)供電。各子系統(tǒng)在重要區(qū)域的相互重疊保證了恢復(fù)路徑的多選性，可有效提高應(yīng)急啟動(dòng)的靈活性和可靠性。

1.2 先主后次、有序供電

交流消失后，各廠站的站用電由直流蓄電池供給。由于蓄電池的容量和供電時(shí)間有限，若停電時(shí)間太長(zhǎng)可能導(dǎo)致開關(guān)無(wú)法操作，從而延誤恢復(fù)。因此，在電網(wǎng)全停后，調(diào)度應(yīng)及時(shí)將連接應(yīng)急啟動(dòng)電源到最重要廠站必經(jīng)通道上的有關(guān)開關(guān)合上，保證通道的暢通。在各子系統(tǒng)應(yīng)急啟動(dòng)電源建立后，應(yīng)首先恢復(fù)重要廠站的站用電，以及調(diào)度中心和電信部門的供電以保證通訊暢通。

在電網(wǎng)恢復(fù)的初期，為保證應(yīng)急啟動(dòng)電源在低負(fù)荷水平下穩(wěn)定運(yùn)行，需及時(shí)恢復(fù)部分負(fù)荷。但負(fù)荷恢復(fù)速度過(guò)快又可能造成電網(wǎng)頻率和電壓的重新崩潰，也可能因負(fù)荷分配不合理造成線路潮流過(guò)重引發(fā)低頻振蕩，導(dǎo)致啟動(dòng)過(guò)程失敗。因此，需根據(jù)負(fù)荷的重要程度制定恢復(fù)輪次，在頻率、電壓穩(wěn)定的前提下逐級(jí)恢復(fù)。

此外，由于對(duì)應(yīng)急啟動(dòng)機(jī)組以及應(yīng)急啟動(dòng)過(guò)程的不可預(yù)知性，需對(duì)應(yīng)急啟動(dòng)電源留出備用容量，增加負(fù)荷分配方案的可操作性。同時(shí)，由于各子系統(tǒng)應(yīng)急啟動(dòng)電源不但需滿足本子系統(tǒng)需要，還可能作為相鄰子系統(tǒng)的啟動(dòng)電源，因此在制定負(fù)荷分配方案時(shí)需為相鄰子系統(tǒng)留有備用。

子系統(tǒng)的劃分。根據(jù)上述原則，將全停后的濟(jì)南電網(wǎng)劃分為3個(gè)子系統(tǒng)，各子系統(tǒng)內(nèi)均有獨(dú)立的應(yīng)急啟動(dòng)電源。

子系統(tǒng)一（黃臺(tái)電廠片區(qū)）如圖1所示，子系統(tǒng)二（章丘電廠片區(qū)）如圖2所示，子系統(tǒng)三（石橫電廠片區(qū)）如圖3所示。

2 濟(jì)南電網(wǎng)應(yīng)急啟動(dòng)措施概述

考慮電網(wǎng)崩潰后，所有發(fā)電廠從機(jī)端解列，線路開關(guān)并不會(huì)跳閘，所有線路的保護(hù)和安控裝置保持在投入位置，以此作為應(yīng)急啟動(dòng)的初始狀態(tài)。

圖1 黃臺(tái)電廠片區(qū)系統(tǒng)圖

圖2 章丘電廠片區(qū)系統(tǒng)圖

圖3 石橫電廠片區(qū)系統(tǒng)圖

2.1 子系統(tǒng)一應(yīng)急啟動(dòng)措施

以明湖熱電廠1～3號(hào)機(jī)組（15 MW+12 MW+30 MW）作為主要啟動(dòng)電源，經(jīng)北郊站啟動(dòng)北郊熱電廠5號(hào)機(jī)組（60 MW）后，再經(jīng)水屯站為黃臺(tái)電廠7號(hào)機(jī)組（330 MW）提供廠用電源。同時(shí)，令濟(jì)鋼燃電乙站啟動(dòng)6號(hào)燃油機(jī)組，經(jīng)歷城站為黃臺(tái)電廠7號(hào)機(jī)組提供廠用電源。兩路啟動(dòng)路經(jīng)同時(shí)進(jìn)行，互為備用。黃臺(tái)電廠7號(hào)機(jī)組啟動(dòng)后，逐步恢復(fù) 8～10 號(hào)機(jī)組（3×330 MW）運(yùn)行，同時(shí)恢復(fù)省調(diào)、地調(diào)及黃臺(tái)電廠周邊220 kV變電站運(yùn)行。小系統(tǒng)建立后，應(yīng)逐步增加電廠出力并逐級(jí)恢復(fù)負(fù)荷，保證安控裝置的可靠投入，并分別經(jīng)黃濟(jì)Ⅰ線、許清線與子系統(tǒng)二、子系統(tǒng)三并列運(yùn)行，提高小系統(tǒng)的穩(wěn)定水平。小系統(tǒng)穩(wěn)定后，逐步恢復(fù)對(duì)黃臺(tái)片區(qū)內(nèi)東門、美里湖、清河、韓倉(cāng)站及所帶負(fù)荷的供電。

子系統(tǒng)一啟動(dòng)步驟1：?jiǎn)?dòng)黃臺(tái)電廠7號(hào)機(jī)組，圖4所示。

圖4 黃臺(tái)電廠7號(hào)機(jī)組啟動(dòng)路徑圖

子系統(tǒng)一啟動(dòng)步驟2：逐級(jí)啟動(dòng)黃臺(tái)片區(qū)，圖5所示。

圖5 黃臺(tái)電廠片區(qū)逐級(jí)啟動(dòng)路徑圖

啟動(dòng)過(guò)程中黃臺(tái)片區(qū)各變電站電壓情況如表1。

表1 啟動(dòng)過(guò)程中黃臺(tái)片區(qū)各變電站電壓

2.2 子系統(tǒng)二應(yīng)急啟動(dòng)方案

以瑯溝熱電廠1～3號(hào)機(jī)組（5 MW+12 MW+30 MW）及明水熱電1～3號(hào)機(jī)組（6 MW+15 MW+12 MW）作為主要啟動(dòng)電源，經(jīng)明水站為章丘電廠1號(hào)機(jī)組（145 MW）提供廠用電源。 章丘電廠1號(hào)機(jī)組啟動(dòng)后，逐步恢復(fù) 2～4號(hào)機(jī)組（145 MW+2×330 MW）運(yùn)行，并逐級(jí)恢復(fù)章丘電廠周邊220 kV變電站運(yùn)行。小系統(tǒng)建立后，應(yīng)逐步增加電廠出力并逐級(jí)恢復(fù)負(fù)荷，保證安控裝置的可靠投入，并經(jīng)黃濟(jì)Ⅰ線與子系統(tǒng)一并列運(yùn)行，提高小系統(tǒng)的穩(wěn)定水平。濟(jì)南站220 kV母線帶電后，待500 kV主網(wǎng)架啟動(dòng)后經(jīng)濟(jì)南站主變與500 kV系統(tǒng)并網(wǎng)。

子系統(tǒng)二啟動(dòng)步驟1：?jiǎn)?dòng)章丘電廠1號(hào)機(jī)組，圖6所示。

圖6 章丘電廠1號(hào)機(jī)組啟動(dòng)路徑圖

子系統(tǒng)二啟動(dòng)步驟2：逐級(jí)啟動(dòng)章丘片區(qū)，圖7所示。

圖7 章丘電廠片區(qū)逐級(jí)啟動(dòng)路徑圖

章丘片區(qū)啟動(dòng)后各變電站電壓情況如表2。

表2 章丘片區(qū)啟動(dòng)后各變電站電壓情況

2.3 子系統(tǒng)三應(yīng)急啟動(dòng)方案

以琦泉熱電廠 1～5號(hào)機(jī)組（6×3 MW+12×2 MW）作為主要啟動(dòng)電源，經(jīng)北土站、平陰站為石橫甲站4號(hào)機(jī)組（315 MW）提供廠用電源。石橫甲站4號(hào)機(jī)組啟動(dòng)后，逐步恢復(fù)1～3號(hào)機(jī)組（3×315 MW）運(yùn)行，并逐級(jí)恢復(fù)周邊220 kV變電站運(yùn)行。小系統(tǒng)建立后，應(yīng)逐步增加電廠出力并逐級(jí)恢復(fù)負(fù)荷，保證安控裝置的可靠投入，并經(jīng)清美線與子系統(tǒng)一并列運(yùn)行，經(jīng)邢姚Ⅰ線與子系統(tǒng)二并列，提高小系統(tǒng)的穩(wěn)定水平。長(zhǎng)清站220 kV母線帶電后，待500kV主網(wǎng)架啟動(dòng)后經(jīng)長(zhǎng)清站主變與500kV系統(tǒng)并網(wǎng)。

子系統(tǒng)三啟動(dòng)步驟1：?jiǎn)?dòng)石橫電廠4號(hào)機(jī)組，圖8所示。

圖8 石橫電廠4號(hào)機(jī)組啟動(dòng)路徑圖

子系統(tǒng)三啟動(dòng)步驟2：逐級(jí)啟動(dòng)平陰片區(qū)，圖9所示。

圖9 石橫電廠片區(qū)逐級(jí)啟動(dòng)路徑圖

平陰片區(qū)啟動(dòng)后各變電站電壓情況如表3。

表3 平陰片區(qū)啟動(dòng)后各變電站電壓情況

3 應(yīng)急啟動(dòng)過(guò)程中需注意的問(wèn)題

電網(wǎng)應(yīng)急啟動(dòng)過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)空載線路及變壓器充電、變壓器帶小負(fù)荷、小網(wǎng)獨(dú)立運(yùn)行、不同啟動(dòng)子系統(tǒng)間并列等多種情況，應(yīng)注意有功、無(wú)功功率平衡，防止發(fā)生自勵(lì)磁和電壓失控及頻率的大幅度波動(dòng)。

3.1 初始可控狀態(tài)的設(shè)定

在系統(tǒng)崩潰后，啟動(dòng)電源點(diǎn)及快速通道上的變電站自行拉開各電壓等級(jí)出線開關(guān)，快速通道上非同期點(diǎn)開關(guān)需置于合閘狀態(tài)。其他失壓廠站應(yīng)拉開母聯(lián)開關(guān)和其他電源開關(guān)，但每組母線上保留一個(gè)可能來(lái)電的電源開關(guān)，這樣有助于簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、實(shí)現(xiàn)快速恢復(fù)。

3.2 恢復(fù)過(guò)程

在恢復(fù)初期，為保證各子系統(tǒng)啟動(dòng)電源在最低負(fù)荷水平下穩(wěn)定運(yùn)行，保持合適的電壓水平，需及時(shí)接入一定容量負(fù)荷，同時(shí)盡快向本子系統(tǒng)中的其他電廠送電，以加速全系統(tǒng)的恢復(fù)。電源點(diǎn)機(jī)組的啟動(dòng)和用戶端負(fù)荷的恢復(fù)應(yīng)交替進(jìn)行，并密切監(jiān)視頻率及電壓變化。對(duì)負(fù)荷的送電應(yīng)考慮系統(tǒng)容量與沖擊負(fù)荷的關(guān)系，留出出力裕度。

3.3 機(jī)組逆功率保護(hù)

在啟動(dòng)初期，系統(tǒng)規(guī)模較小，為了保證系統(tǒng)穩(wěn)定或具有一定備用啟動(dòng)容量，啟動(dòng)電源點(diǎn)一般安排了2臺(tái)及以上機(jī)組同時(shí)并網(wǎng)，并有一個(gè)并列空載的過(guò)程。因未帶負(fù)荷，機(jī)組的勵(lì)磁電流、功角等很難達(dá)到完全一致，逆功率保護(hù)容易誤動(dòng)。因此，啟動(dòng)過(guò)程中應(yīng)將該保護(hù)臨時(shí)改為只投信號(hào)，待機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定并帶有一定負(fù)荷后再行恢復(fù)跳閘功能。

3.4 直流系統(tǒng)運(yùn)行情況

事故發(fā)生后，直流系統(tǒng)浮沖裝置因交流電源消失而自動(dòng)退出運(yùn)行，僅靠蓄電池供電。因此，事故處理應(yīng)注意節(jié)約直流電源，盡量采取手動(dòng)操作。對(duì)于利用直流系統(tǒng)起勵(lì)的機(jī)組，可將直流母線聯(lián)絡(luò)，使多組蓄電池并聯(lián)運(yùn)行。對(duì)于變電站，應(yīng)提前對(duì)直流系統(tǒng)容量進(jìn)行校驗(yàn)。

3.5 啟動(dòng)通道上主變調(diào)壓系統(tǒng)操作機(jī)構(gòu)選擇

對(duì)啟動(dòng)通道中有關(guān)線路或主變充電時(shí)，可能出現(xiàn)工頻過(guò)電壓，因此應(yīng)通過(guò)調(diào)整啟動(dòng)機(jī)組機(jī)端電壓和變壓器分接頭的方式來(lái)防止電壓越限［3］。在啟動(dòng)通道上的主變調(diào)壓系統(tǒng)的操作機(jī)構(gòu)應(yīng)改為直流電動(dòng)機(jī)，或配置應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)。

3.6 調(diào)度命令的執(zhí)行

啟動(dòng)過(guò)程中，省調(diào)與地調(diào)應(yīng)及時(shí)溝通，統(tǒng)一調(diào)度命令口徑，防止調(diào)度命令的錯(cuò)誤執(zhí)行。

4 結(jié)語(yǔ)

電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行關(guān)乎人民生活、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)穩(wěn)定，是電網(wǎng)企業(yè)首要的社會(huì)責(zé)任。隨著電力系統(tǒng)規(guī)模的日益擴(kuò)大，特別是特高壓電網(wǎng)的發(fā)展，需要進(jìn)一步研究特高壓聯(lián)網(wǎng)情況下區(qū)域電網(wǎng)應(yīng)對(duì)大面積停電事故的有關(guān)問(wèn)題和措施，進(jìn)一步提高措施的可操作性，為有關(guān)人員處理事故提供科學(xué)和有效依據(jù)，防止事故擴(kuò)大，確保電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。