衡沧地区事故低电压问题分析与控制 翟万生，贾京华，肖利民 (河北省电力公司，河北 石家庄 050021)
摘要：针对事故情况下衡沧地区的低电压问题进行了详细计算与分析，并提出了相应的控制措施，解决了事故情况下衡沧地区的低电压问题。
关键词：电网；低电压；计算分析；控制AnalysisandControlofAccidentalLowVoltageProbleminHengshuiandCangzhouDistrictsAbstract：Duringfaultconditions，thevoltageinHengshuiandCangzhoudistrictsisquitelow．Withthisproblem，theauthorsperformedcalculationandanalysis，andproposedcontrolmea－suresthatsolvedthisproblem．
Keywords：powernetwork；lowvoltage；calculationandanalysis；
control
1 衡沧地区电网现状
衡沧地区电网处于河北省南部电网东部末端。至2003年底，衡沧地区电网有500kV变电站1座，变电容量750MV·A；220kV变电站17座，降压变压器32台，变电容量4380MV·A。直调发电厂装机容量698MW，其中衡水发电厂(以下简称衡水电厂)为2×300MW，沧州热电厂为98MW。衡沧地区电网结构如图1所示。
衡沧地区供电负荷增长较快，至2003年7月衡水、沧州两地区最大负荷分别为922、1355MW，潜在最大负荷为952、1500MW。2004年预计衡水、沧州最大负荷将分别达到1100、1550MW。
由于衡沧地区装机容量长期不足，所需电力大量依靠外送，导致电压问题一直很突出，制约了用电负荷的增长。随着沧西500kV变电站的投运，衡沧地区电压水平得到了极大的改善。多数220kV变电站正常运行电压均在额定电压以上，电网东送基本能够满足衡沧地区负荷的需求。但在故障情况下，因缺乏无功功率储备而引起动态无功严重不足的问题一直较为突出，一旦失去沧西500kV电源的支撑，衡沧地区电压将大幅度降低，直接影响到衡沧地区的正常供电甚至系统的安全稳定。
2 事故低电压问题计算分析
2．1 潮流计算分析
当衡沧地区一般负荷(衡水600MW、沧州1050MW)，东送断面潮流1200MW时，500kV廉沧线或沧西主变跳闸，衡水地区电压下降15～20kV，沧州地区电压下降30kV。其中衡水电厂和沧西站220kV电压分别在210kV和200kV左右。
当衡沧地区较大负荷(衡水750MW、沧州1250MW)，东送断面潮流1580MW时，500kV廉沧线或沧西主变跳闸，衡水地区电压下降40kV，沧州地区电压下降50kV左右。其中衡水电厂和沧西站220kV电压分别在190kV和180kV左右。
2．2 暂稳计算分析
对东送衡沧断面暂稳极限进行计算分析可知，包括衡水电厂机组在内的南网机组对主网功角摆动较小，但衡沧地区电压跌落较多。按照系统暂态稳定电压判据要求，系统中枢点电压持续低于额定电压0．75标幺值的时间不超过1s，因此事故后电压恢复值是制约东送暂态稳定极限的主要因素。
目前，正常方式东送衡沧断面暂稳极限为1550MW。若考虑事故情况下衡沧地区低压减载装置切除负荷300MW，正常方式暂稳控制极限为1750MW，沧西主变、廉州500kV＃1母线停修及东送线路检修时暂稳控制极限为1600MW。衡水电厂停机时，断面暂稳极限仅能满足衡沧地区一般负荷需求，衡沧地区大负荷，东送断面潮流可达2000MW，即使考虑低压减载装置的作用，需限制衡沧地区供电250MW。2004年随着负荷的进一步增大，事故低电压问题更为突出，断面暂稳极限将可能限制衡沧地区的正常供电。
此外，还对衡水电厂机组进行了发电机失磁校验。计算结果表明，在正常方式下，如果发电机失磁保护正确动作，系统没有稳定问题。
2．3 事故低电压对衡水电厂机组的影响
计算表明，衡沧地区负荷较大时，若沧西站主变跳闸，衡水电厂母线电压可降至190kV及以下，电压下降15％以上。如果衡水电厂发电机保持额定功率，即使不考虑强励作用，发电机定子电流也应增加15％以上。而衡水电厂机组定子过负荷保护电流动作定值是额定电流的115％，因此衡水电厂机组在事故低电压情况下存在掉机的可能。
沧西主变跳闸后，衡沧地区电压下降严重。如图2所示，如果此时衡水电厂再掉机，衡沧地区电压将进一步恶化，系统电压失去稳定。
为防止衡水电厂机组因过负荷掉机，可考虑快减机组出力的方法，但是造成衡沧地区事故低电压的原因，一方面是事故后缺乏动态无功电源对电压的支撑，另一方面也是由于大量有功负荷通过220kV线路转移而造成的。如果在事故后减少衡水电厂机组的有功出力，势必造成衡沧地区更大的有功功率缺额，衡沧地区电压必然会继续下降。因此，作为防止衡水电厂机组在事故低电压情况下掉机的措施，快减机组出力的方法是不合适的。
2．4 小结
从以上计算分析可以看出，当发生500kV廉沧线或沧西主变跳闸事故后，衡沧地区电压降落较多，显然已超过了SD325－1989《电力系统电压和无功电力技术导则(试行)》关于事故后220kV电压偏差±10％系统额定电压的规定。另外，在DL755－2001《电力系统安全稳定导则》中也明确指出：在负荷集中地区，应考虑当运行电压降低时，自动或手动切除部分负荷，或有计划解列，以防止发生电压崩溃。从国内外发生的一些大面积停电事故经验教训来看，保持事故后系统运行电压水平对确保系统安全稳定、防止事故扩大化是非常重要的。因此，为提高电网稳定性，防止发生系统电压崩溃事故，必须在衡沧地区落实低压减载措施。
由于无功电压具有分散性的特点，衡沧地区各220kV站切负荷对事故后电压恢复的灵敏度有一定的差别。计算结果表明，以陈屯、于庄、韩村、交河、景县为最高，因此，事故后切负荷可考虑在这些220kV站实施。
3 控制措施
目前在衡沧地区的于庄、交河、章西、韩村、陈屯、姚官屯、赵店、衡水、景县、故城等10个220kV站安装低压减载装置，累计控制负荷占衡沧地区总负荷的20％～30％。低压减载装置作为电网第3道防线，其定值分为2轮：80％Un和75％Un，动作时间都是0．7s，主要作用在于防止电网在事故情况下电压下降而造成电压崩溃。该装置已可靠运行多年，积累了宝贵的运行经验。
计算分析表明，如果500kV廉沧线或沧西站主变跳闸而造成衡沧地区电压低，在一般情况下，衡沧地区220kV母线电压在160～190kV之间，由于低压减载装置分散安装在衡沧地区的220kV变电站，各装置监测的220kV母线电压不同，达到动作值的装置将动作切除负荷，有些装置可能因为达不到动作值而不动作。由低压减载装置的整定值及装置动作的分散性可知，低压减载装置动作后，电网事故后的电压恢复值仍有可能处于80％Un～90％Un之间的较低水平。另外，在沧西主变跳闸后，系统电压瞬时降落，电压变化率很大，而低压减载装置为防止装置在三相短路故障时误动，设置了电压变化率dU/dt闭锁，因此，若发生廉沧线或沧西主变无故障跳闸等情况，将影响低压减载装置的动作灵敏度。
从上面的分析可以看出，500kV廉沧线或沧西站主变跳闸，衡沧地区电压下降严重，而在某些情况下，低压减载装置又不能满足电网要求。因此，如果500kV廉沧线或沧西站主变跳闸，远切衡沧地区部分次要负荷，能够较好地解决以上问题。其所发挥的作用有以下几个方面。
a．廉沧线或沧西站主变跳闸后，远切部分衡沧地区的负荷，能够使衡沧地区电压恢复到较高的水平，以防止衡水电厂机组跳闸造成更严重的后果。
b．低压减载装置动作切除负荷后，如果衡沧地区电压悬停在80％Un～90％Un之间，再次切除衡沧地区部分负荷，能够提高衡沧地区事故后电压恢复值。
4 沧西站主变跳闸远切装置原理及作用
沧西站主变跳闸远切系统包括沧西站主变跳闸远切装置和韩村、于庄等5个220kV变电站的远切装置。在500kV沧西站安装主变跳闸远切装置，实时监测廉沧线和主变的运行情况，同时监视沧西220kV母线电压值，按照拟定的逻辑，根据预定策略表的要求，向各切负荷分站发出切负荷命令。
4．1 动作逻辑
根据主变中压侧电流、电压计算主变功率，当功率突然下降并低于最小运行定值时，认为500kV廉沧线断开或主变跳闸。如果此时沧西站220kV母线电压低于整定值，并维持此状态至一整定延时后，按照策略表的要求，分别按轮向各切负荷分站发出切负荷命令。
4．2 策略表
装置所控制的每一路负荷，对其站名和开关按站号和点号进行定义。按定值要求对所有站号和点号进行排序，并对每一路负荷的大小进行预先设定。装置动作后，按排序的优先权高低切除负荷。
装置启动后，低压整定值与实测的沧西站220kV母线电压之差乘以相应的系数所得值作为第1轮切负荷量的大小，按策略表排序切除相应路数的负荷。如果再经一整定延时后，沧西母线电压没有恢复到整定值以上，再切除第2轮，计算方法同第1轮，依次类推。
4．3 动作分析
根据潮流计算结果，廉沧线或沧西站主变跳闸后，衡沧地区电压呈现逐点式分布，衡水电厂电压最高，沧西次之，衡沧东部地区电压更低。因此，沧西站主变跳闸远切装置的低压动作值按衡水电厂母线电压不低于额定电压的10％考虑。
考虑到衡水电厂机组强励对系统电压的支持作用，沧西站主变跳闸远切装置的动作时间按躲过衡水电厂机组强励时间进行整定。
这样，若廉沧线或沧西主变跳闸，在衡水电厂机组强励后，衡沧地区电压低于90％Un，该装置切除部分负荷，使该地区电压恢复到较高水平。
5 结束语
a．通过对目前衡沧地区电网存在的事故低电压问题的计算与分析，采取装设低压减载装置和沧西站主变跳闸远切装置等控制措施，实现分散控制和集中联切负荷的有机结合，能够有效提高衡沧地区事故后的电压水平，避免因事故低电压引起机组掉机而造成整个系统电压崩溃的可能。
b．加强对电网电压稳定问题的研究，应当与防止发生同步运行失稳事故一样，重视防止电网发生电压崩溃事故的发生。而作为一项中止电压崩溃事故的简单有效措施，是在电压下降时及时切除部分受端系统的少量负荷，因此开发“可切负荷”，对保证整个电网的安全稳定，具有重要的现实意义。
c．500kV主网网架薄弱、电源分布不合理是造成衡沧地区事故低电压的主要原因，因此要从根本上解决衡沧地区事故低电压问题，必须加快500kV电网网架和东部电源如500kV保南—沧西线路、衡水电厂二期等工程的建设。
参考文献
〔1〕王梅义，吴竞昌，蒙定中．大电网系统技术〔M〕．北京：中国电力出版社，1995．河北电力技术