胜利电厂孤网运行时低周减载对策的研究

胜利电厂孤网运行时低周减载对策的研究摘要本文介绍了安全自动装置对电网运行的重要性，通过对胜利油田电网运行参数进行分析，在电网发生重大事故及异常时，全网不同方式的低周减载装置能够按照不同轮次正确动作，切除部分次要用电负荷，保证重要用电负荷，达到胜利油田主电网稳定可靠运行。关键词：孤网运行；低周减载；分析对策胜利油田电网位于山东省电网的末端，以220kV为网架，110kV为输电主网，年转供电量60亿kWh左右的企业电网。是保障胜利油田原油生产、居民生活用电的主要供电源。胜利发电厂作为油田电网的自备电厂，共有四台发电机组。一期1#、2#发电机组装机容量均为22万KW，二期3#、4#发电机组装机容量均为30万KW。油田电网220kV系统已经由3座220kV变电站（九分场变、新孤变、盐镇变）和胜利电厂220kV升压站构成四角环网的格局，环网内平均负荷约为60万kW，。并通过4条220kV线路与山东省网相联络。即220kV万东线与东营局220kV东城变联络、220kV万杨线与东营局220kV杨家变联络并通过220kV辛杨线与辛店电厂联络、220kV万胜线与东营局220kV胜利变联络，220kV万盐线由沾化电厂充电至盐镇变备用、220kV胜九线由九分场变充电至胜利变备用。油田电网现运行方式，能够确保在任何一条220kV线路故障或检修的情况下，整个电网的正常运行。油田电网现接线方式较2003年以前有很大的改观，运行安全性、可靠性和稳定性提高到了历史最高水平。但是，油田电网还存在运行的危险，若胜利电厂220kV母线出现事故，则会造成油田电网大面积停电一、加强对低频减载的管理低频减载装置是保证系统安全稳定运行极端重要的措施,也是防止大面积停电的最后一道防线的重要组成部分。低频减载装置是电网安全自动装置的一种，是保证电网安全稳定运行的重要措施，正是因为它在抑止电网事故发展过程中的特殊性与重要性，近年来愈来愈多地受到关注。如何保证低周减载在电网事故状态下发挥有益的作用，不仅确保低周减载装置的可靠性，同时还要确保低周减载投入容量与系统负荷水平相适应，是电网调度部门的一项重要工作。当电网发生突然的大量有功功率缺额时，因为负荷功率大于发电机功率，发电机转速亦即整个电网的频率就会下降，出现事故性的低频运行情况。受低频运行影响最大的首先是发电厂本身。低频运行对汽轮机的叶片造成损伤，同时出力降低，从而加重了功率缺额，最终导致整个电网的停电，这就是频率崩溃事故。因此，国内外电网普遍配置了低频减负荷装置。低频减负荷装置的作用是当电网频率降到一定程度时，自动切除部分负荷，使频率恢复到某一预定值之上，避免出现恶性循环，因此，低频率减负荷装置是防止电网崩溃的最后一道防线，必须按电网调度的要求可靠投入，必须加强对低频自动减负荷装置的管理。二、胜利电厂接线运行分析胜利电厂运行方式：220kVⅠ母线：1#主变、3#主变、万杨线、万盐线、万九Ⅰ线；220kVⅡ母线：2#主变、4#主变、万胜线、万东线、万九Ⅱ线。220kVⅠ、Ⅱ段母线并列运行。110kVⅠ、Ⅱ段母线分列运行。1#、2#主变110kV侧并列运行110kVⅠ母线，带万辛线、万安线、万华线、万河线、万七线、万田Ⅰ线、万田Ⅱ线、万石线、万桥线。万梁线带110kVⅡ母线、厂高备变。当由于胜利电厂一段母线发生故障，母差保护动作，该母线上的所有开关跳闸，与山东省网的联络线断开，同时胜利电厂的部分发电机组被切除，这时油田电网将进入孤网运行状态，如果自发电量不能满足环网内负荷要求，系统频率会降低，如果不采取任何控制措施，将会导致电网运行频率非常低，严重时可能导致全系统瓦解。频率是电力系统运行的一个重要质量指标，反映了电力系统有功功率的供需平衡状态，频率稳定是电力系统稳定的一个重要方面，电力系统正常频率偏差允许值为+0.2Hz，因此在发电机有功容量不足出现孤网的瞬间，根据孤网频率下降幅值及时切除部分负荷，是解决频率稳定问题的有效措施。根据油田电网的实际运行经验，2000年2月19时10分，220kV杨九线因事故跳闸，重合不成功，低周减载装置动作，切除油田35万KW左右负荷，造成油田大部分地区停电。胜利电厂发电机组经过波动后过渡到平稳运行，此时胜利电厂1#、2#发电机组处在孤网运行状态，若网内再发生任何事故，胜利电厂机组将不能够维持稳定造成跳闸，使油田电网全部停电。在这次事故中，正是由于低周减载装置正确启动，切除了部分负荷，才使胜利电厂发电机组没有因过负荷跳闸，否则后果不堪设想。可见低周减载装置对电网的安全稳定运行起到了重要作用。2003年胜利电厂二期3#、4#发电机组投入运行。油田电网实现“四角环网”状态运行，运行方式复杂。很有必要对胜利电厂各种可能情况下孤网运行的低周减载方案作研究，制定新的低周减载方案。我们结合胜利油田电力系统的网络结构、运行方式特点、所带用电负荷特点及近期油田电网发展变化情况，对三种情况下胜利电厂孤网运行的低周减载方案作了研究，与山东省局下达的低周减载计划相结合，将全油田电网用电负荷重新划分，考虑各变电站的装置情况，制定了新的低周减载方案。一方面确保了电厂机组的安全运行，避免由于频率降低，电网波动造成发电机机组最终被拉跨的现象，这类事故的发生对胜利电厂机组的安全运行会造成严重危害，二方面从维护系统安全稳定运行的角度出发，防止系统崩溃，避免造成长时间大面积停电和对最重要用户(包括厂用电)的灾害性停电，使负荷损失尽可能减少到最小；其次是尽量保证重要负荷的稳定供电，提高了供电质量，避免因大面积停电对原油生产和生活用电造成严重影响。三、胜利油田电网低周减载动作运行分析计算1、东营地区电网220kV系统的主接线及简单潮流分布500kV寿光变500kV油城变500kV滨州变220kV东城变220kV丁庄变220kV广利变220kV永安变220kV杨家变220kV桓台变220kV辛店电厂220kV乐安变220kV九分场220kV新孤变220kV盐镇变220kV胜利电厂220kV史口变220kV王木变220kV利津变变220kV沾化电厂220kV车王变220kV学堂变220kV胜利变220kV胜坨变220kV前于变　　　　东营地区500kV及220kV电网接线图2、胜利油田电网220kV系统的主接线及简单潮流分布（09年8月17日电网负荷图）确定胜利电厂的机组运行情况及可能发生的孤网运行方式（1）胜利电厂四台机组发电，万杨线为油田电网与省网的联络线路，这时I段母线上发生故障，母差保护动作，万杨线、1#、3#发电机组的220kV开关跳闸，1#发电机组通过110kV母线可以带110kV负荷，这时1#、2#、4#发电机组发电，以2009年8月17日负荷为例，1#发电机组21.4万kW,2#发电机组21.1万kW,3#发电机组19.4万kW,4#发电机组17.5万kW,自发电合计79.4万kW，向省网上输送19.9万kW。母差故障开关跳闸后，出力与负荷的差额为1.1万kW。（2）胜利电厂1#发电机组停机，万杨线为油田电网与省网的联络线路，这时I段母线上发生故障，母差保护动作，万杨线、3#发变组的220kV开关跳闸，2#、4#发电机胜利电厂机组发电情况（单位：万kW）变电站负荷情况（单位：万kW）1#机组21.4电厂直配182#机组21.1九分场14.93#机组19.4新孤变19.34#机组17.5盐镇变7.2组带环网内负荷孤网运行，以2009年5月25日19：00的负荷为例，胜利电厂2#发电机组18.1万kW，3#发电机组21.5万kW，4#发电机组24万kW，自发电合计63.6万kW，向省网输送2.7万kW。母差故障开关跳闸后，出力与负荷的差额为15.5万kW(09年5月25日电网负荷图)序号事故情况功率缺额（万kW）影响地区13台发电机组运行1.1九分场新孤变盐镇变21台发电机组运行-3.432台发电机组运行15.5胜利电厂机组发电情况单位：万kW变电站负荷情况单位：万kW1#机组0电厂直配12.62#机组18.1九分场17.93#机组21.5新孤变20.84#机组24盐镇变6.3合计63.6合计57.62.1各地区的负荷分类和频率调节系数Kpf的计算(1)事故方式1下的负荷分类如下表所示变电站名称P0P1P2P3∑P胜利电厂直配1.42.23.33.410.3厂用电0.51.82.3合计1.42.73.35.212.6占百分比（%）11.121.426.242.2100油田的负荷主要是以注水电机为主，电动机占总用电负荷的70％左右，与频率的二次方或二次方以上成正比。计算负荷的频率效应系数Kpf值：Kpf=dPfh﹡/df*=a1+2a2*f2*f2+3a3f3*=0.127+2*0.27+3*0.48=2.107(2)事故方式2下的Kpf值计算如下：Kpf=dPfh﹡/df*=a1+2a2*f2*f2+3a3f3*=0.214+2*0.262+3*0.423=2.007计算时的几个假定原则（a）假设系统无备用容量（b）Kpf通过计算取为2.107（取事故方式1）。（c）切除后负荷的频率恢复值取为49.5Hz，（即标么值为0.99）。（d）低频减载装置按省局要求分为7级，49.25Hz，49Hz，48.75Hz，48.5Hz，48.25Hz，48Hz，47.75Hz，动作时间0.2S，特殊轮49.25Hz，动作时间20S。（e）基本级动作时间为0.2S。（f）所有计算按百分值表示，即频率按50Hz为100%，功率以整个系统功率57.6万KW为100%。2.2通过计算各基本级切除负荷值（按基本级动作后频率恢复到49.5Hz的方式计算）△Pg1=57.6*0.0105=0.6；△Pg2=57.6*0.0208=1.198；△Pg3=57.6*0.0306=1.762；△Pg4=57.6*0.0395=2.275△Pg5=57.6*0.0473=2.724；△Pg6=57.6*0.0538=3.099变电站名称P0P1P2P3∑P九分场3.53.156.317.9新孤变1.20.75.113.820.8盐镇变10.82.22.36.3胜利电厂直配1.42.23.33.410.3厂用电0.51.82.3合计7.17.315.627.657.6占百分比（%）12.312.72748100△Pg7=57.6*0.0588=3.387合计15.045万kW=15.5万kW2.3计算特殊轮切除负荷值（设特殊轮使系统频率不致长期悬浮在49.25Hz的水平）△Pt1*=4.49万kW2.4各地区切除负荷的分配方案各地区次要负荷所占负荷的百分数：地区九分场新孤变盐镇变胜利电厂占总负荷百分数（%）40%30%30%40%各地区按频率减载切除负荷分配情况(单位:万kW)项目胜利电厂九分场新孤变盐镇变总计可能切除负荷5.047.166.241.7420.18按15.05万kW计算3.755.344.651.315.04各级切除负荷49.25Hz级0.150.220.180.050.649Hz级0.30.430.370.11.248.75Hz级0.440.620.550.151.7648.5Hz级0.570.810.70.22.2848.25Hz级0.670.960.840.232.748Hz级0.771.10.960.273.147.75Hz级0.851.21.050.293.39合计3.755.344.651.2915.04特殊级49.25Hz,0.2S22.494.492.5各变电站低周减载装置的实现及装置定值计算目前，在我们的变电站中主要有三种方式实现低周减载功能：通过常规低周减载盘实现；通过专用的微机型低周减载装置实现；利用微机型线路保护装置的低周减载功能实现。下表中列出了各变电站实现低周减载功能的方式：变电站名称低周减载装置型号说明胜一变、梁二变、辛安变WQPY-10微机低周减载装置利用专门的低周减载装置实现盐镇变、孤二变、孤五变、田庄变、滨二变、滨六变常规低周减载盘新孤变UFV微机型低周减载盘胜利电厂SSE520A频率电压紧急控制