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上 海 电力 2 0 1 0 年第1 期 崇明电网安全稳定研究分析 陈建枫 ， 范 兵 ， 郭 敏 ( 上海市崇明电力公司 ， 上海2 0 2 1 5 0 ) 摘要 ： 随着崇 明电网的不断发展 ， 电网的结构 也相应发 生了变化 ； 由于 受电 比率 的不断增加 ， 海 中 4 6 3 3 3 4 两线 或单线故 障跳 闸、 崇 明电厂机组 的突然停运 ， 均有可 能造 成崇 明电网稳 定性 的破坏 。文章对崇 明现行电 网存 在的稳定性问题进行 了研究和分析 ， 提出了确保崇 明电网安 全稳定运行的若干措施 。 关键 词 ： 电 网 ； 稳 定 ； 研 究 ； 分 析 中 图 分类 号 ： TM7 1 2 文献 标 识 码 ： B l 崇明电网概 况 1 1电 网结 构 崇 明 电网 目前 拥有 1座装 机容 量为 1 6 5 MW 的崇 明发 电厂 ， 2座 2 2 0 k V 变 电站 ， 6座 l 1 0 k V 变 电站 ， 2 2座 3 5 k V 变 电站 。崇 明 电 网北 以 2 2 0 k V架 空线 与江 苏南通 联 网 ， 南 以 2 2 0 k V 电缆与 上 海 长 兴 岛 电 网联 网 ， 现 已形 成 1个 以 1 1 0 k V 为主 干的环 岛 电网 。 崇 明 电 网在 正 常 运 行 方 式 下 ， 通 过 2 2 0 k V 海 中 4 6 3 3 、 海 中 4 6 3 4线 与 江 苏 电 网相 连 ， 通 过 2 2 0 k V 陈家镇 变 电站与长 兴 电网相 连 ， 长兴 岛第 二发 电厂装 机容 量 为 2 4 MW 。崇 明 电 网主 网结 构如 图 l所示 。 中$4 2 s 9 家ff ： 4 2 8 7 。 一 塞 ! 窒 篓 竺 塑卜 _ 【= =) 长 兴 电 网 图 1 崇 明 电 网 主 网 结 构 1 2基本用 电情 况 据 统计 ， 2 0 0 8年 崇明 岛 7月上 旬 至 8月 中旬 的气温 较 高 ， 从 8月 2 3 日起 ， 最 高 气 温 不 超 过 3 2 C， 至 9月 份气 温 明 显 下 降 ， 迎 峰 度 夏 提 前 结 束 。2 0 0 8年夏季 高 温 日大 于 或 等 于 3 5 的共 计 l 8天 ， 持续 高温 日天数 不 多 ， 这 也 是 2 0 0 8年夏 季 一 6 2一 用 电 最 高 峰 未 刷 新 2 0 0 7年 记 录 的 原 因 之 一 。 2 0 0 8年的用 电最高峰时刻为 7月 2 4日 2 0 ： 0 0的 夜 灯峰 ( 2 8 5 MW ) ， 当 日用 电量 约为 4 5 4 0 Mw h ， 与 2 0 0 7年 的最 高 负 荷 2 8 8 Mw 相 比 ， 下 降 了 1 。 2崇明电网稳定 问题 2 1 受端小 系统 非常薄 弱 崇 明电 网 ( 包 括 长兴 ) 是个 受端 小 系 统 ， 受 电 比率高 达 5 O 以上 ( 2 0 0 9年 预计 近 6 O ) ， 小 系 统 内缺 乏动 态无功 电源支 撑 日趋 明显 ； 同时 ， 受江 苏 海 门电 网受 电 的限制 ， 小 系统联 络非 常薄弱 ， 存 在 系统 电压 、 频率稳 定 问题 。 2 0 0 8年在 7月 2 4日， 崇 明 三 岛 的用 电最 高 负荷为 4 2 7 Mw ， 与 2 0 0 7年 的用 电最 高负 荷 3 6 3 MW 相 比 ， 增 长 了 1 7 6 。当 日通 过海 中 4 6 3 3 4 6 3 4输 电线 ， 从 江 苏 受 进 电量 为 2 3 8 MW ， 受 电 比率 占总负 荷 的5 5 7 。在长 兴用 电负荷快 速增 长 的拉 动情况 下 ， 崇 明三 岛最 高 负荷 每 年 以 1 5 左 右 的幅度增 长 ， 受 电 比率 达 到 5 O 以上 。由 于 用 电缺 口增 大 ， 中双 港 变 电站 或 江 苏海 门站一 旦 发生重 大 电网事 故 ， 势 必会 导 致 崇 明 电 网的孤 立 运行 ； 如果在 第一 时间 不及 时采 取 必要 的安全 措 施 ， 崇 明电 网最低频 率将 至少跌 至 3 5 Hz ， 导致 小 电 网的频率 崩 溃 。因此 ， 崇 明 电网 只有 充 分合 理 利 用各 种安 全 自动装 置 ， 如稳定 控制装 置 、 低频减 载装置 等等 ， 这样 才 能 确保 崇 明 电 网 的安 全稳 定 运 行 。 2 2无功储 备十分 缺乏 从 2 0 0 8年无功 储 备 情 况看 ， 崇 明 电 网静 、 动 态 无功储 备均 缺乏 ， 且分 布不均衡 ， 无 法实现 就地 一 2 0 1 0 年第 1 期 上 海 电 力 平 衡 ， 容 易诱 发 电压稳定 问题 。 目前 ， 崇 明配 置容量 为 2 4 1 2 4 Mv a r ， 占所有 主变压 器容 量 的 1 5 4 3 ， 仅 满 足 补 偿 主 变 短 路 阻抗 的 需 要 。崇 明 、 长 兴 电 网 的 发 电 出 力 仅 为 1 8 9 MW ， 动 态无功 储备 明显缺 乏 ， 无 法 承 受 电 网 各 种扰 动 的影 响 ， 因此必 须 配置动 态无 功设 备 ， 以 提 高事 故情况 下 的抗事 故能 力 。 2 3抗 事故 能力低 一 旦 海 中 4 6 3 3 3 4线 路 发 生 故 障 跳 闸 、 崇 明 电厂机组 突然停 运 ， 均有 可能 对崇 明 、 长 兴 电网 的 电压 稳定 造成破 坏 。 据计 算 ， 海 中 4 6 3 3 3 4线 路若 单线 故障 跳 闸 、 崇 明 电厂机 组 的突 然 停 运 ， 中双 港 站 2 2 0 k V 母 线 电压将 下降 5 以上 ， 由于送 电端 电压 的下 降 ， 使得 崇 明 、 长兴 电 网电容 器 无 功 出力 以送 电端 电 压下 降 幅度 的平 方 倍 下 降 ， 小 系 统 电压 将 进 一 步 下 降 。经 过 计 算 ， 1 0 k V 最 大 降 幅 达 1 O 以 上 ， 严重 危及 电 网 电压 的稳 定性 。可见 ， 崇 明 电 网除 了继 续加 强 电网建 设 ， 逐 步 建 立 起更 合 理 的 电 网 结构 ， 制订 合理 的低 周 低压 减 载 方 案 外 ， 还 要 充 分考虑 电网 电压 稳 定 的问题 ， 有计 划 地 在 系统 中 配置一 定容 量 的动 态 无 功 电 源 ， 以提 高 系 统 抗 事 故能力 。 2 4静态 无功 电源份 额 大 电 网中恒阻 抗 负 荷 如容 性 并 联 装 置 ( 并 联 电 容补偿 装置 ) 的数 量 巨大 ， 在 电压 降低 时发 出 的无 功成平 方关 系下 降 ， 会 导 致 进一 步恶 化 系 统 的 电 压 情况 。 2 5电气装 置存在 缺 陷 由于崇 明电 网( 包 括 长 兴 ) 是个 受 端 小 系 统 ， 受 电 比率 高 达 5 0 以上 ( 2 0 0 9年 预 计 近 6 O ) ， 存 在装 置 的 频 率 滑 差 、 电压 滑差 、 低 电压 定 值 闭 锁 、 动作 门槛 值等 现 象 ， 危及 系统 电压 、 频 率稳 定 运行 。 据统 计 ， 2 0 0 8年 7月 2日， 长兴 岛 电网发生 2 条 1 1 0 k V受电线路相继故 障， 故 障线路跳开后 长兴 电 网与崇 明 电 网解 列 ， 小 系统 在 长 兴 岛 电厂 低频低 压 解列装 置快 速 解 列 后 ， 虽 然 保 持 了稳 定 运行 ， 但也 暴露 出一 些诸 如低 频 、 低 压减 载装 置 由 于系统频率与 电压下降较快 ， 使得装置的频 率滑 差 、 电压 滑 差 、 低 电压 定 值 闭 锁等 问题 ， 影 响第 三 道稳 定 防线 对 保 证 电 网 安 全 稳 定 运 行 的 有 效 作 用 。 3提高崇明 电网安全稳定 的建议 针对 崇 明电 网缺乏静 、 动 态无 功储备 ， 容 易诱 发 电压 稳 定 问题 ， 建 议 对崇 明 电 网配 置 动态 静 止 无 功 补 偿 器 ( S V C) 或 静 止 同 步 补 偿 器 ( S T AT- C OM) ， 可提 高崇 明 、 长 兴 电 网的 动态 无 功支 撑 能 力 ， 使崇 明 、 长兴 电 网电压 稳定性 大 大提 高 。 计算结果 表 明， 中双 港站 配 置 S T ATC C l M 是 必要 的 ， 而且 是 可 行 的 。主 要 表 现在 以下 几 个 方 面 ： ( 1 ) 安装 5 0 Mv a r S T AT C OM 装 置 ， 在 电 网发生 瞬 间 故 障 或 突 增 负荷 时 均 能 减 少 电压 波 动 ， 提高 扰动 后 的最 低 电压 和 稳 态 电压 。从 仿真 计算 看 ， 中双 港站 配置 5 O Mv a r S TAT C OM 装 置 ， 不 同方式 故障 切除后 ， 中双港母 线最 低 电压与 不 配置 相 比 ， 升高 5 3 1 5 3 ； 故 障后 的 稳态 电压 ， 中双港 升高 3 3 4 3 7 9 。 ( 2 ) 装设 5 0 Mv a r S TATC OM 对故 障后 电 压恢 复过 程有 显 著作 用 ， 可减 少 因低 电压 释放 切 负荷 带来 的重 大 损 失 。从 仿 真 计算 看 ， 中双 港 站 配置 5 0 Mv a r S TAT C OM 装 置 ， 故 障 切 除后 中 双港母 线 电压 恢 复 至 0 8标 幺值 的 时 间从 2 7 0 ms 减 少到 8 0 ms 。考 虑负 荷 突增 后 ， 中双港 母 线 电压恢 复 至 0 8标 幺值 的 时 间从 1 3 0 ms 减 少 到 5 0 m s 表 1 2 0 0 9年 崇明、 长兴 电网低频减载容量 系 统 整 定 轮 次 四 五 i Hz 4 9 0 0 4 9 0 0 4 8 7 5 4 8 5 O 4 8 5 0 4 8 2 5 48 0 0 4 7 5 动作值 0 5 2 0 0 5 1 2 O 1 l 1 崇明 可切负荷 MW 4 9 3 5 2 6 3 2 3 2 9 O 3 2 9 O 1 6 4 5 1 6 4 5 1 6 4 5 1 3 1 6 电网 占电网负荷 比例 1 5 0 0 8 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 5 0 0 5 O 0 5 0 0 4 0 0 长兴 可切负荷 MW 8 7 6 0 6 5 7 0 电网 占电网负荷 比例 4 O O 0 3 0 0 0 6 3 上 海 电力 2 0 1 0 年第1 期 ( 3 ) 崇 明电网在 除继续 加强 电 网建 设 ， 逐步建 立起 更合 理 的电 网结 构 ， 制订合 理 的低 周 低压减 载方案 外 ， 还要 充分 考虑 电 网电压稳 定 的问题 ， 有 计 划地在 系统 中 配置 一 定 容 量 的动 态无 功 电源 ， 以提高 系统抗 事故 能力 。 ( 4 ) 崇 明电 网在 有计 划 配 置 一定 容 量 动 态无 功电源 的 同时 ， 也 不 能 忽视 对 静 态无 功 设 备 如 电 容器 的合理配 置 ， 提 高 电 网 电压 无 功 自动 控 制 能 力 ， 推广 电压 无 功 自动 控 制装 置 ( VQC) 的使 用 ， 提 高 电网经济 性 ， 这 是力 促 崇 明 电网 电压 稳 定 的 基 础 。 为 此 ， 建议 在 2 0 1 0年 夏 季 高 峰 前 ， 在 中双港 站配置 投运 1台 5 O Mv a r S TAT C OM 装 置 ， 以 提高小 系统无 功 电 压 支撑 能 力 ， 以及抑 制 电力 电 缆操作 过 电压 。 针 对崇 明 电网( 包括 长兴 ) 受 电 比率 大 ， 低频 、 低压 装 置 的频 率 滑 差 、 电 压 滑差 、 低 电 压 定 值 闭 锁 ， 危 及 电 网 电压 、 频 率稳 定 等 现象 ， 建议 采 取 如 下措施 ： ( 1 ) 低周 减载 容 量 占总 负荷 的 比率必 须 大 于 6 5 以上 ， 即减载 容量必 须 大于受 电 比率 1 5 个 百 分点 以上 ， 保 证在 事故情 况 下 的实 际动作 容量 ， 同 时与稳 控装 置相 互 配 合 ， 才 有 可能 确 保 电 网频 率 的稳 定运行 ， 如表 1 所 示 。 ( 2 ) 在 电 网中有 计 划 地合 理 配置 一定 容 量 的 低压 减载装 置 ， 建 议 如下 ： 1 ) 低 压 减 载装 置 轮数 一 般设 为 3轮 ； 每 轮 的 启动电压值和动作延时以及各轮所切负荷份额的 选定 和分 配 ， 可 以根 据不 同系 统 的不 同情 况进 行 综合 协调 。一 般要 求 小 系 统 动作 电压 值较 高 ， 动 作 时间较 短 。 2 ) 小 系统 宜整 定 为 ：第 一 轮 为 0 9 0 U ， 1 S ； 第 二轮 为 0 8 5 U ， 0 5 s ； 第 三 轮 为 0 8 0 U ， 0 2 S ； 电压 变化 率 闭锁定值 即 d u d t 1 2 U 闭锁 。 ( 3 ) 上海 2 2 0 k V 洲海 站 至 2 2 0 k V 长兴 站 的 洲长 4 2 8 5 4 2 8 6 两 回联 络 线 应 尽 快 投运 ， 以 加 强 崇明 电网 与上 海 2 2 0 k V 大 系 统 的联 络 ， 提 高 电 网支撑 能力 。 ( 4 ) 崇 明 电网 内低 频 减 载装 置 的 d f d t 定 值 必须大于等于 1 0 ， 以确保电网在孤立情况下能安 全 稳定运 行 。 ( 5 ) 崇 明 电 网切 负 荷 比例 必 须 大 于 6 5 以 上 ， 即减 载容 量必 须大 于受 电 比率 1 5个百 分点 以 一 64一 上 ， 才 有可能 确保 电 网频 率 的稳 定运 行 。 ( 6 ) 低 电压 闭锁定值 可作 适 当降低 ， 目前微机 型最低 可整定 在 1 5 2 0 己 ， ( 测 频要 求 ) ， 因此 建 议整 定值 为 3 O 5 o v( d 系统 略低 ) ； 机 械 型 的 装 置则 必须 在 5 5 V 以 上 ， 以便 防 止 负荷 反 馈 误 动 ； 对 负 荷反 馈 ， 必 须做 仿 真 动模 试验 ， 以真 正 了 解 反馈 的真 实信 息 ， 然 后对 频 率 滑 差 系数 再 作适 当调整 。 ( 7 ) 电压 滑差 系数宜 整定 为 7 O 1 2 o U ， 小系统 宜接 近上 限 整定 值 ， 大 系统 则宜 接 近 下 限 值 。 4 结 论 ( 1 ) 在 崇 明 电 网 配 置 动 态 S VC 或 S TAT C OM 动 态无 功 装 置 ， 可提 高 崇 明 、 长 兴 电 网 的动 态无 功支撑 能力 ， 使崇 明 、 长 兴 电网 电压稳 定性 大 大提 高 。 ( 2 ) 崇 明 电网除 了继续 加强 电 网建设 ， 逐 步建 立起 更合 理 的电 网结 构 ， 制 订合理 的低 周 低压