疆南750 kV电网延伸前后电源故障低电压问题分析

辛超山，吕　盼，张增强，宋新甫，付高善

(国网新疆经济技术研究院，新疆 乌鲁木齐　830047)



疆南750 kV电网延伸前后电源故障低电压问题分析

辛超山，吕盼，张增强，宋新甫，付高善

(国网新疆经济技术研究院，新疆 乌鲁木齐830047)

疆南电网位于新疆电网南部，网架结构薄弱，网内支撑电源较少，预计2015年年底750 kV主网延伸至疆南电网。主要分析疆南电网电源发生故障跳机后对疆南电网的影响。分析结果表明，喀发3期机组故障对疆南电网影响较大，故障时暂态电压跌幅达到30～60 kV，电压跌落严重，电网抗风险能力差，严重依赖稳控装置。南部750 kV网架补强后，疆南、阿克苏地区短路容量水平均大幅提升，南部750 kV库车—喀什工程建成后电网抗风险能力明显提升，南部750 kV网架补强后喀发3期电厂机组具备大功率运行的能力。

疆南电网；机组故障；低电压分析

0　引　言

疆南电网位于新疆电网末端，主要供电范围为喀什地区、克孜勒苏自治州和兵团农三师各团场，疆南电网通过220 kV线路与新疆主电网及和田电网联接，网架结构薄弱，供电可靠性低，低电压、停电问题严重。截至2014年年底，疆南电网已形成以喀什市和阿图什市为中心，向东约300 km至农三师图木舒克市，向西约100 km至康苏镇，向南约350 km至和田地区皮山县，供电面积覆盖两地州大部分地区的电网，见图1。

1　故障前电网概况

目前，疆南电网电源支撑以水电为主，且多为径流式，仅喀发3期2台350 MW机组为稳定电源支撑。

图1　疆南电网网架结构图

正常运行方式下疆南电网开机方式以及各电厂出力情况如表1所示。

故障前近区电网电压情况如表2所示。

2　故障过程分析

2.1故障过程分析

表1　故障前各机组出力情况

表2　近区母线电压情况　单位：kV

喀什电厂压力故障，高排压比保护跳机逻辑为并网状态下<1.73延时60 s跳机，故障过程中高排压比最终下降至1.71附近触发保护延时，60 s后保护动作，22:34 6号汽轮机跳闸，电子间ETS柜首出记录为高排压比低保护动作，6号发电机解列。

经现场检查确认为进入保护逻辑的调节级压力取样管处泄漏，导致调节级压力突降，高排压比值突降，最终触发高排压比低保护动作，机组跳闸解列。

2.2故障PMU数据分析

喀发3期6号机组跳闸后，南疆片区的下网功率突增，白鹿+徐鹿+棉鹿断面有功功率增加至603 MW(突增量为291.9 MW)，兹棉断面有功功率增加至629.8 MW(突增量为226.8 MW)，鹿喀+鹿麦断面有功功率增加至510.5 MW(突增量为247.5 MW)。金鹿、棉城、喀什变电站的220 kV母线电压跌落比较严重。

稳控动作共切除147.9 MW负荷，各站的电压恢复，其中金鹿变电站稳控动作切除金鹿变电站93.9 MW负荷后，棉城变电站稳控动作切除棉城变电站46 MW负荷，电压情况PMU图如图2、图3所示。

在故障的过程中，金鹿变电站的电压跌落最为严重，最大跌幅达到了32.1 kV；喀什变电站由于有电源的支撑，故障中电压的变化最小为10.3 kV。

图2　故障中棉城变电站母线电压PMU图

图3　故障中喀什变电站母线电压PMU图

故障后，南疆片区电压跌落，其中喀什3期5号机端电压跌落了0.46 kV，盛源2号机的机端电压跌落了0.58 kV，造成机组的励磁系统动作，机组励磁电压增加，励磁机组的机端电压恢复，如图4所示。

图4　故障过程喀发3期5号机的励磁电压

系统切负荷后，喀发3期5号机励磁电压由232 V升高至287 V，盛源2号机的励磁电压由150.4 V升高至167.3 V，喀发3期5号机机端电压升高了0.27 kV，盛源2号机端电压升高0.14 kV。

2.3仿真验证

根据PMU数据信息调整数据包与故障前的电网的方式及潮流信息保持一致，设置1 s后电网发生喀发3期6号机组跳闸故障。当金鹿站电压跌落至0.99 p.u.以下，在0.2 s后切除金鹿站48.2 MW负荷；当棉城站电压跌落至0.99 p.u.以下，在0.4 s后切除金鹿站48.2 MW、棉城站的101.3 MW的负荷。

仿真结果表明，在喀发3期6号机组跳闸故障，南疆地区电网功率突增，附近站点220 kV母线的电压跌落，仿真结论与PMU录波数据基本吻合。

表3　仿真与实时故障电压对比　单位：kV

3　750 kV电网延伸前后喀发跳机对近区电网影响

3.1喀发3期6号跳机后稳控不动作仿真分析

仿真喀发3期6号跳机后稳控不动作，故障后金鹿变电站220 kV电压跌至179.5 kV，在187 kV(220 kV的0.85 p.u.)以下持续700 ms，达到低压减载装置动作定值(85%Un/0.5 s)将切负荷，见图5所示。由于恢复电压过低，低于正常运行电压220 kV下限，南疆电网抗干扰能力较弱，易造成静态稳定破坏，引发南疆电网失稳，大面积失电。若二道防线不动作，三道防线切负荷后疆南电网仍存在一定的垮网风险。

图5　故障近区电网电压曲线

3.2改变南疆机组的开机方式情况对比分析

通过同一数据平台下，分析南部较大电厂不同开机方式下，喀发3期6号跳机故障后对周边220 kV变电站电压影响开展对比分析，具体情况如下：

1)全开机方式

在喀发2期、盛源、徐矿电厂全开机的情况下发生喀发3期6号机跳机故障后，金鹿、棉城变电站的母线电压跌落情况和发电机的励磁系统动作情况：全开机方式系统短路容量大，机组备用充裕，在喀发3期6号机跳机情况下金鹿变电站电压跌幅最低至218.9 kV，仅有功功率突变量超出80 MW，不会触发金鹿变电站稳控策略。

2)电厂单机方式

在喀发2期、盛源、徐矿发电厂都单机运行的情况下发生喀发3期6号机跳机故障后，喀什、金鹿、棉城变电站的母线电压跌落情况和发电机的励磁系统动作情况：单机方式系统短路容量变小，机组备用空间下降，在喀发3期6号机跳机情况下金鹿变电站电压跌幅最低至200.3 kV，其中到达金鹿变电站稳控策略电压217.8 kV的阈值，金鹿变电站稳控装置动作切负荷。

3)电厂单机方式下励磁系统不发挥性能的情况

在喀发2期、盛源、徐矿发电厂都单开机方式下，机组励磁控制系统调节能力不发挥性能的情况下发生喀发3期6号机跳机故障后，金鹿、棉城变电站的母线电压跌落情况：该方式系统短路容量最小，机组无功功率备用不足，在喀发3期6号机跳机情况下金鹿变电站电压跌幅最低至192.5 kV，棉城变电站电压跌幅最低至203.5 kV，其中金鹿变电站、棉城变电站、喀什变电站稳控策略均动作，稳控装置通过切负荷抬升系统电压。

通过对3种方式下发生喀发3期6号机跳机故障后，系统电压和机组励磁动作情况的对比可知：在全开机发生机组跳闸故障时，机组励磁系统动作效果最为有效，对抬升系统电压能力最强。其中220 kV金鹿、棉城、喀什变电站电压跌落情况见表4。

上述开机方式下，喀发3期6号机跳机故障后运行机组励磁调节情况数据见表5。

通过不同开机方式对系统影响对比分析得出以下结论：

1)在喀发、盛源、徐矿3个电厂的单开机方式对系统故障情况下的电压波动影响明显，其中在单机励磁无效方式下稳控动作后电压跌幅最严重，稳控装置动作后金鹿变电站最低电压仍然跌至192.5 kV。

2)全开机方式时故障期间各发电厂机组励磁器控制效果均摊，对各220 kV变电站的电压支撑能力明显变强，变电站电压在6 s内便可快速恢复稳定运行。

3.3未来南部网架补强后抗风险能力分析

随着750 kV库车—阿克苏—巴楚—喀什输电线路及其配套工程的投运，南部电网750/220 kV断面供电能力加强，南部220 kV喀什变电站、金鹿变电站、棉城变电站、麦盖提变电站的短路电流水平均有所提高，喀发3期机组出力300 MW故障跳闸对系统电压影响减弱。

表4　不同开机方式下故障电压对比　单位：kV

表5　不同开机方式下励磁电压对比　单位：kV

图6　750 kV网架延伸后局部电网图

图6为南部750 kV库车—阿克苏—巴楚—喀什工程建成投运后潮流情况，在无稳定控制措施下断面能力得到提升，其中楚喀+楚伽+鹿麦断面800 MW下网时喀发3期机组300 MW出力跳闸对系统电压跌落可以控制在0.9 p.u.以上。

表6　南疆下网80万千瓦喀发故障近区电压(kV)

南部750 kV工程补强至喀什后，在不采取稳控措施下，喀发3期机组300 MW出力发生故障跳闸后对系统的电压影响程度降低，其中疆南电网断面均在300 MW时发生跳闸故障后变电站电压变化情况见表6。

表7　南疆电网跳闸故障后变电站电压

在无稳控措施下，喀发3期6号机组出力300 MW故障跳闸后金鹿变电站220 kV电压均下降最大，其中在2015年网架情况下最低跌至179.7 kV(跌幅57.3 kV)，南部750 kV库车—喀什工程建成后电压最低跌至220.3 kV(跌幅16.7 kV)，表明南部750 kV网架补强后喀发3期电厂机组具备大功率运行的能力。

4　结　论

1)在本次喀发3期6号机组跳闸故障中稳控装置正确及时动作，切除147.9 MW负荷后系统恢复稳定运行，金鹿、棉城、喀什变电站的电压恢复到225 kV以上的运行水平，保证了电网的安全稳定。建议疆南电网的开机方式应以保证电网安全为前

提，在运行中尽量留足机组的旋转备用，增加电压的支撑点。

2)南疆地区短路容量仅为乌北变电站的16%～25%，在小负荷期间火电厂、水电厂开机减少进一步降低220 kV短路容量，在南疆断面下发生喀发3期大机组跳闸故障时暂态电压跌幅达到30～60 kV，电压跌落严重，电网抗风险能力差，严重依赖稳控装置。

3)南部750 kV网架补强后，疆南、阿克苏地区短路容量水平均大幅提升。喀发3期6号机组出力300 MW故障跳闸后金鹿变电站220 kV电压降幅最大，其中在2015年网架情况时最低跌至179.7 kV(跌幅57.3 kV)，南部750 kV库车—喀什工程建成后电压最低跌至220.3 kV(跌幅16.7 kV)，表明南部750 kV网架补强后喀发3期电厂机组具备大功率运行的能力。

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辛超山(1989)，硕士，从事电网规划相关工作。

Southern Xinjiang power grid is located in southern area of Xinjiang power grid, its grid structure is weak and it has less support power network, its 750 kV main grid is expected to be extended to southern Xinjiang power grid by the end of 2015. The impact after a fault trip in southern Xinjiang power grid on its own power grid is analyzed. The analysis results show that the failure of third stage units in Kashi Power Plant has a greater influence on southern Xinjiang power grid, at that time the transient voltage declines to 30～60 kV during the failure, the voltage drop is severe, the anti-risk ability of power grid is poor, and it heavily depends on the stability control device. After the reinforcement of 750 kV power grid in southern area, the short-circuit capacity levels are significantly improved in southern Xinjiang and Aksu prefecture, after the completion of 750 kV Kuche-Kashi project, its ability to resist the risks has improved significantly, and after the reinforcement of 750 kV southern grid, the third stage units of Kashi Power Plant have the ability to run with high power.

southern Xinjiang power grid; unit failure; low voltage analysis

TM72

B

1003-6954(2016)03-0045-04

2016-01-07)