电网安全稳定控制系统设计应用

方 庆

（南京南瑞继保工程技术有限公司）

0 引言

电力网络的安全与稳定是预防大规模断电与电力危机的重要技术措施。为了满足当前以及将来国家电网规划建设的区域交流、互联网系统的安全、稳定的需求，已有的稳定性控制技术正在朝着在线决策、智能化等方向发展，以确保其能够与国家的快速发展以及对电网的安全、稳定的需求相匹配。本文以电网的发展为基础，结合电网的发展现状，总结了现行的监控系统的使用状况及存在的问题，对在线预决策和广域测量系统在稳控系统中的最新运用进行了阐述，并对稳控系统的发展方向进行了思考。

1 电网故障原因分析

（1）大部分的电力系统故障都是由闪电造成的，由于电力系统与客户相连，其网络的规模十分庞大，在暴雨天气当中被闪电击中的概率也十分高。尽管线路上都有一个绝缘的外套，但是绝缘外套也不是万无一失的，它会在长期的工作中逐渐磨损，在下雨时会引发闪电，导致线路失效。

（2）电力系统中的过电压问题。由于电网只是一个中性站点，不能识别出接地系统，因此，当电网的内部电压出现过电压时，会对电网的正常工作带来一定的冲击，如果内部过电压的电压超出了电网的可接受范围，还会导致电网的网络发生爆炸，给电网的正常工作带来很大的损害和潜在的灾难。

（3）同时，电力系统中设备的变动对电力系统的稳定运行也有很大的影响。在电力系统中，如果存在着数量较多的设备，并且长期处于高负荷状态，就会造成设备供电不足。随着我国工业的快速发展，用电量的需求也在不断增长，造成了用电负荷的不断增长，而陈旧的电力系统已不能满足对社会各行业的需求［1-3］。在长期的运行之后，在用电高峰期，有可能造成设备损坏，甚至引发电力系统故障，给用户的工作和生活带来负面影响。检修现场作业实施基本流程环节见表。

2 电网安全稳定控制系统的设计

（1）水电站电网结构

某个水电站，它的安装容量是6台550MW 的机组，总共是3.3GW，它用3回500kV的线路来接入系统，它的送电距离将近720km，具有大容量、超高压、远距离送电等特征。3回500kV线路的动态稳定上限只有2.8GW，周边区域没有足够的负载，3.3GW 的容量都是由这3回500kV的线路来输送到主网，所以它具有较低的稳定性。这个水电站的装机容量大约是整个城镇的三分之一，电力网络结构非常不完善。若要通过增设四号回线或增设串接式电容式补偿器（以下简称串补）来提升输电容量，则至少要投入一亿元，但由于该水电站属于季节生产，一年中只有一两个月的水运高峰，明显不符合经济效益，所以必须依靠安全自控器来提升输电容量。经研究发现，在转型期，尤其在大型电站发电的条件下，3.3GW 功率将被完全送入到主网，此时，即便在水电站的线端出现了一次暂时性的单相短路，也会导致整个系统的不稳定。在转型期，这种电网结构无法保障系统的安全、稳定。在其他各种可能的运行模式和故障的情形下，也要配备相应的安全自动装置，来切断水电站的机组及变电站的负载，以确保系统的稳定运转，避免电网崩溃。

（2）设计配置的电网安全稳定控制系统［4-6］

在水电站安装微机切机控制器。在500kV变电所设置单片机控制的断流起动机和断流负载设备，以洪沟作为控制系统的主要设备。在500kV变电站220kV出线地对端变电所配置微机切负荷控制子站，在220kV变电所110kV出线地对端变电所配置微机切负荷控制终端站，在其终端设备都具有低频、低压切负荷功能。500kV变电站的安全自动化设备为两级结构，220kV和110kV的微机切负荷子站采用单微机系统，都设有单独的闭锁，以防发生故障。500kV各安控站之间采用双向信息传送，500kV站与220kV的微机切负荷子站、220kV站与110kV的微机切负荷终端站之间仅考虑单向信息传送。所有的数据传输都使用了一种电力线载波通信的方式，在500kV的两个站点以及500kV与220kV的站点之间都使用了复用的载波机，220kV与110kV站点之间使用了专门的远处跳闸信号传输设备。

（3）安全控制自动化设备的设计程序

以各个分区电源及网架的规划和设计为基础，进行该系统二次规划和设计，通常与五年计划相结合，旨在对本区域的安全稳定状况有一个全面的认识，并对即将建立的某些厂站在接入系统后存在的安全稳定问题，给出一种安全自动设备的系统设计。与新建厂站的接入系统二次设计相结合，对其进行了进一步的分析和讨论，并根据安全稳定导则的三道防线的要求，对其进行了初步的配置。在经过了计算论证之后，新建厂站确实需要配置安全自动设备，因此需要另外设立专题，展开对安全自动设备的可能性的研究。同时，需要电力调度部门对其进行更深入的计算和分析，从而对其给出具体配置方案、通道要求及投资估算。审核合格后，根据需要编制投标文件，对所需设备进行投标。将专项工程列入厂站初步设计及施工设计，以配合厂站建设同步投产。交直流混联电网连锁故障预警及控制方法及系统与流程，如图所示。

图 交直流混联电网连锁故障预警及控制方法及系统与流程

3 提高配电网运行水平的措施

（1）根据情况增加配电网管理与维修的力度

对配电网进行检修和管理，健全相关的管理制度，可以使其在运营中所遇到的问题及时被检测出来，减少配电网的意外事件，确保其安全稳定地运转。因此，应该对配电网的维修规划进行合理的修改，实行“一条龙”的维修，把可靠性管理与生产规划有机地联系在一起，对停电时间的把控要做到科学化、合理化，避免出现反复的停电。

（2）提高电力系统配电网的自动化运行水平

在配电网的运营管理中，将电子计算机技术与信息管理技术运用到其中，既可以提升其运营的稳定性，又可以达到对其运营费用进行控制，减少其运营的难度。所以，在对配电网进行改造与维修的时候，应该加强对配电网的信息化与数字化的建设，并逐渐使其达到自动化、综合化与智能化的程度，用先进的电子计算机技术来取代传统的手工的方式来进行管理，从而可以将由于人为失误而造成的配电网的运营故障降到最低。在保证配电系统安全可靠的前提下，提出了一种新的配电系统自适应控制策略，可显著提升配电系统的快速响应能力，缩短配电系统的短路范围，缩短短路周期，保证配电系统的安全可靠。

4 电网安全应用案例

郑州联变超限断电负载稳定控制系统选用某公司RCS-992A型稳定控制设备，该设备为模块化、主从式的设计，整个设备是以各种不同的功能相互独立的模块组合而成。整体的稳定控制系统是通过主机RCS-992A，从机RCS-990A，通讯复接设备MUX-22A、MUX-64B和MUX-2M等一起组成的，根据具体的稳定控制系统的规模和复杂程度来确定设备的数目和连接模式。主站、子站和执行站设备的硬件配置基本上相同，但是在稳定控制系统比较大的时候，主站需对其进行扩充（用来与子站和执行站连接），而子站则很少有用来与主站和执行站进行通讯的，而执行站则只需要一个通信界面来与主站或子站进行通讯。每台工作站包括一个主工作站和几个副工作站，必要时也设有一个信号复接设备。

子站的主机负责与其他站的设备通讯，接收来自本站点地从设备采集到的数据及判别结果，实施稳定控制，从站的主机负责数据的采集与计算，判断一条线（主变、机组）是否在运行，判断一条线（主变、机组、母线）是否在运行，以及判断一条线（主变、机组、母线）是否在跳闸及出现的情况等，并且完成主站发出的指令；此外，还要求在不依赖于设备的情况下，对设备进行稳态的调节，例如，对变压器和输电线路进行超负荷识别等。郑州联变与环翠变、谢庄变、石佛变、索河变、常庄变和鲁庄变等多台稳定控制设备之间的一条线路相连，构成了郑州电网超负荷远程停电稳定控制体系。该区域稳定控制系统郑州变为主站，其余均为各地区电网切换负载的执行站。两台机之间使用光纤通讯，2M的界面模式。郑州变在500kV供电至220kV时，在主变三次超负荷运行后，将切断负载指令送至6个执行台，石佛变为第三轮次远切负荷子站。

5 结束语

当前，我国各地的电力系统与独立网络的互联工作已逐渐展开，为提升网络在事故干扰下的安全、稳定工作，只要两边系统能够分别保持自身同步，并且保证两个系统之间的供求关系能够维持在一个相对均衡的状态下，就必须要在联络线路上都安装双重化的、相互独立的、能够同时对两个不同的开关进行控制的开关，才能更好地防止事故扩大，避免系统崩溃。