银东直流闭锁对山东电网影响分析

刘 军，马 强，汪 湲

（1.山东电力调度控制中心，山东 济南 250001；2.国网山东省电力公司，山东 济南 250001）

0 引言

±660 kV银东直流输电工程，西起宁夏自治区银川东换流站，东至山东省青岛市胶东换流站，全长1333 km。2011年2月完成系统双极调试工作，正式投入运行，额定输送容量4 GW，额定直流电流3030 A，是国家“西电东送”重点工程之一。该工程将宁夏能源基地的优质电能直送山东沿海负荷中心，推动西部资源优势转化为经济优势，缓解了山东用电紧张状况，有效促进了全国范围内资源优化配置，具有极大的经济、社会效益［1］。

±660 kV银东直流输电工程投产后，山东电网成为交直流互联的受端电网，结构变化较大。当银东直流输电系统在满额功率向山东电网送电时发生单极或双极闭锁时，潮流的大范围转移容易引起华北—华中特高压联络线的传输功率超出其稳定极限，从而导致华北—华中电网失去同步，引起特高压联络线解列。同时由于潮流转移和功率缺额，会对山东电网产生较大的系统冲击，影响电网的安全稳定运行。通过对2011年8月30日银东直流极I闭锁事故案例进行分析，研究探讨此次事故对山东电网的影响，总结交直流互联电网的运行经验，针对受端电网提出直流闭锁事故处理的基本思路。

1 银东直流闭锁对山东电网的影响分析

1.1 直流闭锁原因分析

造成直流闭锁的主要原因有换流器故障、直流线路故障、直流辅助设备故障以及临近交流系统故障等。多数直流故障发展到最后均会导致直流闭锁，当与换流站电气距离较近的交流系统发生故障时，也可能引起直流闭锁。此外，与逆变侧交流系统最后一个断路器跳开时直流系统安稳装置也会向直流极控系统发出命令闭锁直流［2，3，6］。

1.2 银东直流闭锁对山东电网动态特性的影响

直流系统控制装置的响应速度远高于交流系统的常规控制器的响应速度，当闭锁故障发生后，交流系统由于发电机转子惯性力控制器特性决定了其不能很快地做出响应，这将导致交流系统的动态性能恶化。

发电机端交流系统频率f和机组转速n的关系为f＝pn／60（p为极数）。银东直流单极或双极闭锁故障发生后，直流系统将迅速使功率停送到山东电网交流系统，造成西北电网有功功率剩余2000 MW或4000 MW，考虑直流线路损耗，山东电网将出现1850 MW或3700 MW有功功率缺额。由于山东电网正常通过500 kV辛聊双线、黄滨双线与华北电网联网，而华北电网通过1000 kV长治—南阳—荆门特高压示范工程与华中电网联网，直流闭锁后华北—华中—山东电网机组需要承担这部分功率缺额，从而造成发电机电磁转矩升高，在调速器动作前，原动机的机械功率近似不变，电磁转矩将大于机械转矩，角速度下降，进而引起系统频率下降。

1.3 银东直流闭锁对山东电网潮流分布的影响

银东直流单极或双极闭锁后，主要影响到山东电网以下几个断面的潮流分布：一是由500 kV黄滨双线、辛聊双线组成的华北—山东联络线断面。正常运行方式时，华北通过黄滨双线、辛聊双线送山东有功负荷3500 MW，控制极限是3800 MW。事故后，华北—山东联络线断面潮流将大幅度增加，超过3800 MW的稳定极限。二是山东主网东送断面，主要由500 kV邹枣线、益川双线、寿油双线、鲁密线、淄潍线组成。事故后，山东主网东送潮流大幅度增加，若东部地区停机较多或部分东送500 kV联络线停电检修，可能造成东送潮流超过稳定极限。三是青岛电网北送断面，主要由500 kV东琅双线和青岛地区相关220 kV线路组成，直流闭锁后，若500 kV东琅双线掉闸，会导致相关220 kV线路过载。

2 银东直流山东侧安控系统切负荷策略

为防止银东直流闭锁导致华北—华中特高压联络线解列及保证山东电网的安全稳定运行，山东电网装设了银东直流山东侧安全稳定控制系统 （图1），包括胶东站银东安控装置、胶东站山东切负荷主站装置、38个220 kV变电站的切负荷子站装置（涉及青岛、烟台、潍坊、淄博、临沂共5个地区），装置采取双重化配置。山东侧安全稳定控制系统切负荷总量为1250 MW，考虑到设备检修、负荷同时率等因素，编制的切负荷方案总量约为1750 MW［4］。

胶东站侧主站根据采集的换流变500 kV侧功率，计算双极闭锁后切负荷量X，X等于切负荷系数K乘以闭锁前银东直流输电落地功率与直流切负荷门槛之差。切负荷门槛值为2600 MW，K为1。 当直流控制保护系统5 s内发来极I和极II的非正常停运信号，直流主站将发切负荷量XMW。胶东切负荷主站根据采集的换流变功率判直流双极运行 （功率在1000 MW以上），拒绝动作；如判双极停运，则选择相应变电站发出切负荷指令［5］。

图1 银东直流稳控系统配置结构图

3 银东直流单极闭锁事故案例分析

3.1 事故前运行方式

2011年8月30日，山东电网统调用电负荷45360 MW，计划可用出力46857 MW，因当日上午实际负荷比预计（44600 MW）高700 MW，风电出力较计划少200MW，各发电厂临时降出力约1000MW，事故前山东电网旋转备用约1435 MW，事故备用1000 MW，备用较紧张。

3.2 事故发生及发展过程

14:45，±660 kV银东直流极I闭锁，山东电网减少2000 MW有功功率（未达到银东直流安控装置切负荷门槛值2600 MW）。事故造成系统频率由50.01 Hz降至49.94 Hz（图2），华北—山东联络线受电功率由3507 MW增加至5137 MW，超过控制极限1337 MW，图3所示。

3.3 事故处理与恢复过程

事故发生后，山东省调当值调度员立即下令开启泰山抽水蓄能电站4台机组发电（4×250 MW），令山东电网所有发电厂退出AGC功能手动增加发电机组出力，调出全部旋转备用容量。由于采取措施得力，泰山抽水蓄能电站机组迅速并网发电，各火力发电机组一次调频动作自动增加部分发电出力，而后各发电厂值班员手动调整增加发电出力，使得华北—山东联络线受电功率在较短的时间内降至控制极限3800 MW以内，总计越限12 min。同时，由于山东电网已没有旋转备用和事故备用容量，为防止银东直流极II在事故处理期间发生闭锁，山东省调通知全省各地调做好事故拉路准备。

图2 事故时系统频率变化

图3 事故时华北联络线功率变化

15:12，银川东站（主控站）汇报，银东直流极I闭锁原因是胶东站3台喷淋泵跳闸，备用泵连锁启动失败，极I超温闭锁。17:07，胶东站喷淋泵消缺结束；19:03，银东直流极 I解锁，开始恢复正常运行方式。

3.4 事故原因及影响

银东直流极I闭锁原因是胶东站3台喷淋泵跳闸，备用泵连锁启动失败，造成银东直流极I超温闭锁。事故造成山东电网减少2000 MW有功电源，且当日各发电厂降出力较多，华北—山东联络线送山东有功功率最高达5137 MW，超过控制极限12 min。山东电网旋转备用和事故备用容量严重不足，且泰山抽水蓄能电站满出力发电（1000 MW）仅能维持3～4 h，若银东直流极I不能尽快恢复送电，全省各地区将被迫采取限电措施。

3.5 事故处理主要环节分析

事故发生前，由于当日各发电厂降出力较多，山东省调在上午11：00时向华北网调申请临时电力支援600 MW，缓解了山东电网备用紧张情况，对于下午银东直流极I闭锁的处理起到了很大作用，若无这600 MW临时支援电力，此次事故将造成山东省调被迫在全省限电拉路，这也证明了大区互联电网之间相互备用调剂和事故支援的巨大作用。事故发生后，省调当值调度员反映迅速，判断准确，立即采取各种有效措施调整联络线ACE，短时间内将华北—山东联络线受电功率调整至控制极限内，消除了电网风险，避免了山东电网大面积停电事故的发生。另外，泰山抽水蓄能电站及各发电厂严格迅速执行调度指令，快速增加发电出力，对事故的妥善处理起到了关键作用。

3.6 事故暴露的问题及改进措施

通过此次事故发现，山东电网部分发电厂对发电设备及电煤质量管理存在问题，临时降出力较多，造成电网实际备用容量比计划备用容量减少较大，增加了电网运行风险。同时，由于风电未纳入调度计划，其出力变化较大，对电网调整和备用容量管理也造成不利影响。

为防止银东直流闭锁等大电源事故发生时山东电网备用容量不足面临限电风险，电网调度部门应加强对发电厂发电出力管理，督促电厂采取措施，如架设干煤棚以防止连续阴雨天造成电煤湿度大机组降出力等，保证机组安全稳定运行及发电出力可靠调用。同时，调度部门的新能源技术支持系统应尽快投入运行，将风电纳入日电力平衡，减少风电出力变化对电网运行的影响。

4 结语

±660 kV银东直流双极投运给山东送来了清洁电力，在山东电网东部提供了一个强有力的电源支撑点，对保证山东电力可靠供应作用巨大。但由于山东电网是受端电网，银东直流单极或双极闭锁会造成山东电网瞬间失去一个大电源，对山东电网乃至华北电网产生较大影响，是电网调度运行工作面临的新的挑战。为保证山东电网安全稳定运行，建议采取如下措施。

1）调度计划部门做好全省用电负荷预测工作，合理安排发电机组开停计划，保证电网有充足的旋转备用和事故备用容量。

2）调度人员应密切关注电网实时备用情况，做好事故预想。若备用不足应及时采取措施，如申请华北电网电力支援或开启备用发电机组。

3）加强安全稳定控制系统的运行管理，确保事故情况下可靠动作。

4）调度人员应加强对银东直流单极或双极闭锁的分析，制定详细事故处理预案，并加强演练。

5）加强发电侧管理，特别是发电机组临时降出力和风电发电计划的管理。

6）事故发生时调度人员要迅速果断采取有力措施，及时消除电网断面过载或超稳定极限的情况，确保电网安全稳定运行。

［1］刘振亚.特高压电网［M］.北京：中国电力出版社，2005.

［2］郭启伟.±660 kV银东直流系统动态特性研究［M］.北京：中国电力出版社，2012.

［3］白岩，陈辉祥，王仲鸿.直流双极闭锁故障下提高暂态电压稳定性策略探讨［J］.电力系统自动化，2006，30（15）：93－96.

［4］刘晓明，刘玉田,邱夕兆．±660 kV银东直流闭锁后的紧急切负荷决策［J］．电力自动化设备，2012，30（4）：96－99．

［5］高守义，房光华.±660 kV银东直流输电山东侧安全稳定控制策略［J］．电力系统自动化，2012，36（4）：100－103.

［6］王亚楠，束洪光．直流闭锁故障对2015年云广交直流混联输电系统影响的研究［J］．科学技术与工程，2011，11（7）：1448－1451．