（电气工程专业论文）巴陵石化电厂保护与稳控方案研究.pdf

硕士学位论文 摘要 本文以融陵石化热电事业部1 1 0 k v 线路保护为研究对象，阐述了以关口保护为重 点的项墨的实施对局域电网可靠性的提高所起的重要作用。 本文首先介绍了巴陵石化热电事业部电网的基本情况及负荷受季节性的影响比较 大的特点，以两起典型的电网事故为例，说明了1 1 0 k v 线路可靠性的提高对巴陵石化公 黉的重要意义。 论文简要介绍了微机型保护装置的基本结构，各部分的原理及作用，结合基本的数 学理论说明其实现过程。 论文以电力系统的动静稳定理论为依据，简要说明了小系统不稳定的原因及防范措 施，以巴陵石化的一起典型事故为例分析了造成这起事故的原因，提出巴陵石化小系统 与电力网连接线在继电保护与安全自动装置上存在的主要问题是故障情况下不能完全 快速地动作，故障切除蜃负荷不能快速平褥，小系统不能快速地与电鼹并列等，并提出 了解决上述问题的方案。 论文介绍了几种s e l 继电保护装置基本功能，说明了其在项目实施中的开发应用 情况，以及改造实施后解决的几个关键问题，以实例说明本研究课题的实施对巴陵石他 公司安全和效益上所起到的巨大作用。 本课题的研究与实际应用情况对同类翻备电厂的稳控方案有一定的指导意义，当电 鄹出现低频时，本研究课题以有利的原则确定是否与电网解列，在解列的逻辑上设置了 逆功率闭锁；将传统的减载演变为负荷联切，联切负荷的大小根据当时的进电负荷大小 预行设定，可以使内部电网的功角在故障发生时不产生大的变化，减小系统振荡的可能 性；对保护装置重新进行逻辑编程，把备用电源自投和线路重合闻进行有效结合，使之 更符合自备电厂的要求。 关键词：线路保护；可靠性；稳定性；囱备电厂 i i 硬士学位论文 a bs t r a c t k 锄sp a p e r ，髓b a l 崦p 咖c k 窳c a lp 0 rp l 躐ll o 料l 赫删e c t i 潍钕氇c 栅y ， d e s c f i b e d 蕊ag 拳e w 鑫y 幻搿o 轮c tm ei 璎p l e 瓣n 轭圭主强o f 乏h ep 蛹呶f o c 嫩do n 溉p 妁v i 魏g 氆e r e l i 囊b i l i 锣o fp o w e r 鲥d sl o c a lp l a ) 姐ga ni l 坤o r t a n tr o l e i n 吐1 i sp a p e r ，也eb a s i c - o w n e d p o 、e rp l a n t s 跚l d s e a s o n ml o a di 耐l u e r l c e d b yt l l e c h 黼a c t 赢s t i c st oa 白，p i e a l 酣dt w oi l l c i d e n t si l l 璐t r a | t eh o wt l 愆llok vl 妇si m p 玲v e 也e f e l i 鑫b 邀哆o f 曩瓣测? 强歹ss i 鲥是e 雒e e 。 p a p e r sb r i e n y 逾哟d u c e d 嘶c r l 跚批o c e s s o r - b a s e dp r o t e c t i o nd e v i c e ，也eb a s i cs t r u c t u 】哈o f t 1 1 ep a r to ft l l ep r i i l c i p l e 姐l de 压e c t ，t ：h ec o m b i n a t i o no fb a s i cm a t h e m a t i c a l l e o r y 也a tt h e i m p l e m e n t a t i o np r o c e s s 。 p 印e 薅专。搬es 雠e 越辽d 辨l a 捌c 鲢a b i l 姆o f 搬ep d w e rs y s 搬nb a s e do n 也e 也e o 搿，a b r i e fd e s c 衄i o no f 伽er e a s o 璐f o rt h es m a l ls y s t e mi l l 虹b i l i 够a n dp r e c a u t i o n a r ym e a 飘u - e st o m eb a l i n gp e t r o c h e m i c a lc o n l p a l l y 鹪a i le x 锄p l eo fat y p i c a l 洫c i 如n to f 也ec a u s eo f 也i s a c c i d e n t 、v 裙c 觚s e 文也ec o m p a 赶yi ss m a | l 西dc o 强e c 耄e dw i 礅协ep o w 嚣g f i dl i n e ：s 速也。 弘搬e 乏i o 疑a n da 援烈l a 圭i cs a f e 锣矗w i e eo n 也em 豳零糙女i o 娃i s ：搬妣f 致l hc o n d i t i o l 毽c 强n o t b ec o m p l e t e l yr a p i dm o v e m e n t sf a u l ta r e rr e s e c t i o nc a nq u i c k l yl o a db a l a n c eo nt l l es y s t e m c a nn o tb eq u i c 心yt i c da n dp o w e r 西d s ，e t c 。a 耐p r o p o s e ds o l v i n gm ea b o v ep r o b l e m s 髓l i sp a p c f 翻釉d u c e ss 嘲eb 鑫s i e e t i o l l ss 嚣己p 静t e c 专主。珏d 捌e e ，& s c 蠢k d 址t k 细】p l e m e 嫩露i o 歉o f 娃sp 喇e e t si n 也ed e v e l o p m e 嫩毅斑a p p l i e a t i o no a n dm e 觚f 0 溅l a t i o n o ft h es 0 1 u t i o na r e rm ei m p l e m e n t a t i o no fs e v e r a lk e yi s s u e s ，i l l u s t r a t e st l l ei m p l e m e n t a t i o n o f t h i sp r q e c to nm es 疵锣a i l de f ! f l e c t i v e n e s so f t h ec o m p a n yt om eg r c a tr o l ep l a y e db y 司瓣f e s e a hp 删e c 专si n 穗ea c 镪越a p p l i c a 蛀o no f 像es a m 争。蛐e dp o w e rp l 鑫越蛾b i l 时 e o 嫩r o l 即擎a 嬲匡n e sk v eae e r 随薹ls 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本人郑重声明：所里交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取 得的研究成果。除了文中特别加以标注弓| 用的杰容外，本论文不包含任篱 其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献 的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法 律后果由本人承担。 作者签名：日期：2 0 0 8 年4 月ll 曰 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被 查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入 有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编 本学位论文。 本学位论文属于 l 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密口。 ( 请在以上相应方框内打“ ) 作者签名： 导师签名： 日期：2 0 0 8 年4 月ll 同 日期：2 0 0 8 年4 月2 6 日 矮学位论文 第l 章绪论 1 量自备电厂保护与稳控措施的重要性 电力是石油、煤炭、钢铁、化工、冶金等基础性工业生产部门的主要动力， 丽这些重工业生产部门是我国经济的命脉，与入民生活息息搁关，因此对电力供 应的安全性、可靠性和经济性有很高的要求。电力供应中电能不能大量的储存， 若能提供可靠的电力，就必须保证拥有足够的发电、输电和配电容量，并且运行 人员必须保证发电和用电的需求始终保持平衡，以控制系统的安全运行。电力系 统在运行中，可能发生各种故障和不正常运行状态，如短路、设备过负荷、系统功 率缺额引起的频率和电压降低、过电压以及系统振荡等。这些故障和不正常运行 状态都可能在电力系统中引起事故。系统事故的发生一般都是由于设备缺陷、人 为因素| 以及自然条件( 如遭受雷击) 等引起的。在电力系统中，除应采取各项积 极措施消除或减少发生故障的可能性外，故障旦发生，必须迅速而有选择性地 切除故障元件。随着电网容量的不断扩大，故障发生时对电网的冲击也越来越大， 故障切除后由于网络结构的变化、潮流的改变、系统功角的变化等都有可能造成 电网的不稳定，一旦系统失去平衡，电力系统稳定遭到破坏，就可能带来严重的 后果。电力系统稳定与否受到枫组特性、电网结构、地理位置、负荷特性等一系 列因素的影响，电力系统的控制需要随着备种因素的变化而变化。因此在电力系 统中除设置可靠的继电保护装置外，还必须有完备的稳控措施，如低频低压减载、 有功和无功补偿、快速励磁和电力系统稳定器等。 当前，大中型企业自备电厂作为电力系统和行业中一个特殊的独立主体，已 经成为我国电力系统和电力行业的重要组成部分，在我国一些典型地区，自备电 厂装机容量占总装机容量2 0 以上，特别是针对一些重要工业用户，自备电厂和 电阙有重要作用。企业内部电网集中发、送、配、供一体化，是相对独立的小型 电力系统，巴陵石化热电厂就是中石化集团的自备热电厂之。一般来说自备电 厂都是热电联厂的形式，装机容量随企业的生产能力而定，单机容量由予国家能源 政策的要求也越来越大。由于自备热电厂大部是为国家支柱产业提供能源，自备 电厂和电网的安全性、稳定性和可靠性等对企业的安全生产和经济效益等都起到 了举足轻重的作用，可以说没有稳定可靠的电力供应和保障，企业就没有了生命。 自备电厂的基本构架与系统内部的电厂和电网都相似，由于局域性网络都是随着 工业的发展而不断扩大，其网络一般都十分复杂，新建自各电厂在机组容量匹配、 网络结构、继电保护自动装置的配置上，都要进行充分的考虑。弱对于一些运行 巴陵石化电厂保护与稳控方面的研究 年代比较久的自备热电厂，也要求对继电保护进行改造，提高保护装置的性能， 同时对自备电厂的稳定控制上也要采取比较完善的措施。 巴陵石化热电厂是家建厂近四十年的老厂，由于建厂时间较早，在电网结 构上不尽合理，保护及自动装置的水平不高，运行安全水平较低，内部网络稳定 性差，近年来由于雷击、电网故障等，多次造成大面积停电事故，给公司造极大 的经济损失和形象的影响， 随着经济的快速发展，石化企业也必定会更加迅速的发展壮大，对企业自身 电网的安全稳定性也会提出更高的要求，迫切需要对自备电网的供电可靠性以及 安全稳定运行做进一步的研究，迫切需要研究系统可能的安全隐患和解决方案。 丽在这几年，由各种原因导致了自备电网发生故障而导致电厂停电，造成不小的 经济损失，进一步促进了企业对系统安全稳定性、安全隐患及相关措旌研究的紧 迫性。2 0 0 3 年5 胃1 2 目，5 0 4 线路雷击接地跳闸，抢合5 0 2 开关造成系统震荡， 全厂停电。2 0 0 7 年1 0 月1 5 日，3 5 k v 变压器跳闸动作，造成系统震荡甩负荷。 这些事故都说明，自备电厂在一定程度上还存在安全隐患闯题，需要对自备电网 安全稳定运行做迸一步的研究分析。通过研究分析，找出可能存在的系统隐患， 并提出相关改进措施，尽可能减少因供电安全稳定性的原因造成的损失。 1 2 国内外研究状况 1 2 1 继电保护的发震 继电保护装置的的基本任务是自动、迅速、有选择性地将故障元件从电力系 统中切除，使故障元件免于遭到破坏，保证无故障部分迅速恢复正常运行，同时 反应电气元件的不正常运行状态，并根据运行维护的条件动作子发信号、减负荷 或跳闸醛】。常规的继电保护装置大多数是由单个的继电器与其附属设备组成f 劫， 为了测量、保护和控制的需要，发变电设备如发电机变压器与线路等的二次电压、 电流，变压器非电量信号，断路器的位置信号，实现断路器控制等都必须用控制 电缆引至保护屏，不但投资大，占地方多，而且使二次回路非常复杂。进入上世 纪八十年代后，电力系统的飞速发展对继电保护不断提出新的要求，微电子技术、 计算机与通信技术的不断成熟、完善，为继电保护技术注入了新的活力，逐步发 展为微机继电保护，其功能、结构、可靠性都要明显地优于常规保护装置。 现代微机保护装置，微机芯片集成度高，计算速度快，除了保护功能外，还 具有大容量故障信息和数据长期存放空间；具有与其保护、控制装置和调试联网 以共享全系统数据、信息和网络资源的能力；高级语言编程能力等。也被称为测 控合一装置。采用微机保护装置，可就地安装在被保护设备旁，也可以集中安装 在控制室内，将被保护设备的电压、电流量在此装置内转换成数字量后，通过双 2 硕士学位论文 绞线或光纤传送到控制中心。电流互感器与电压互感器的信号输入到继电保护装 置中并转换成数字信号后，既作为保护的计算判断，又作为测量数据送到监控系 统。在监控系统内可将对被保护设备的操作控制命令送到微机保护装置内，并执 行断路器操作。 在实现微机变电站( 电厂) 监控系统的前提下，每台保护装置相当于一台高 性能，多功能的计算机，是整个变电站( 电厂) 一个智能前端。保护装置可从网 络上获取电力系统运行、故障的信息和数据，也可将它所获的被保护元件的信息 和数据传送给网络控制中心，因此每台微机保护装置不但可以完成保护功能，而 且还可以完成测量、控制、数据通信功能。如实现电能量采集，遥控操作断路器， 完成各类报表等。在国内的微机保护装置中使用较多的有南瑞继保和北京四方， 国外生产的微机保护装置产品比较多，主要有a b b 、s i e m e n s 、s e l 、a r e v e 等。 将保护与测控有机结合起来的变电站综合自动化系统是微机保护的发展方 向。2 0 世纪7 0 年代以来1 3 j ，世界上各工业化国家如美、日、英、法、德、瑞典 等都开展了将变电站监控和保护综合在一起的研究，国内的研究从8 0 年代后期开 始，并迅速得到发展。1 9 8 7 年，清华大学研制成功第一套符合中国国情的变电站 综合自动化系统，8 0 年代未9 0 年代初期，d s p 技术的应用将保护装置与变电站 计算机监控系统的调度中心系统建立了方便而紧密的联系f 4 】，从而有效推进了的 综合自动化系统的广泛应用。数字通迅技术和光纤技术的应用，则大大提高了通 信系统的通信容量和系统的可靠性【5 1 。计算机网络技术的发展，很好地满足了电 力系统的一些特殊要求，因此该技术在变电站综合自动化中得到了广泛的应用【6 】。 1 9 9 8 年i e c 、i e e e 和美国e p r i 达成共识，由i e c 牵头，以美国u c a 2 o 为 基础，制定一个全世界通用的变电站自动化标准。2 0 0 2 年i e ct c 5 7 北京会议上， 指出变电站综合自动化的工作方向为：追求现代技术水平的通信体系实现完全的 互操作性、体系向下兼容、基于现代技术水平的标准信息和通信技术平台；在i t 系统和软件应用方面，通过数据交换接口标准化实现开放式系统。i e c6 1 8 5 0 标 准经过多年的酝酿和讨论【_ 7 1 ，至2 0 0 3 年已正式发布大部分内容。该标准是目前全 世界唯一的变电站网络通信标准，也将成为电力系统中从调试中心到变电站，变 电站内、配电自动化无缝自动化标准，是国家电力行业相关标准的基础。它将变 电站通信体系分为三层：变电上层、间隔层、过程层。变电站内的智能电子设备 均采用统一的协议，通过网络进行信息交换，能显著降低数据管理费用、简化数 据维护、减少由于配置错误而引发的系统停机时间。i e c6 1 8 5 0 标准的发布解决 了变电站自动化各级系统产品的互操作性和协议转换问题。采用标准还可以使变 电站自动化设备具有自描述、自诊断和即插即用的特性，极大地方便了系统的集 成。 巴陵石纯电厂保护与稳控方丽的研究 i e c6 1 8 5 0 标准制定的首要目标是实现变电站不同生产厂商之间的互操作性。 标准按巍动化系统所要求完成的监视、控制和继电保护等功能，提供了完整的信 息模型及相关服务。据此许多学者和研究机构提出了通信系统应基于i e c6 1 8 5 0 标准建立“数字化变电站”。 数字化变电站是指变电站内一次电气设备和二次电子装置均实现数字化通 信，并具有全站统一的数据建模及数据通信平台，在此平台的基础上实现智能装 置之闻的互操作性，一、二次智能装置之间的数字化通信是指利用计算机隧络通 信技术，实现数据和信息的就地采集和数字化传输。 基于i e c6 1 8 5 0 的新型微机保护装置研发的有南京南瑞和北京四方，国际上 也有许多大公司纷纷开发其有中文界面的微机保护装置。a b b 公司予2 0 5 年推 出的新一代完全符合i e c6 1 8 5 0 标准的i e d 6 7 0 系列微机保护装置和测控装置， 真正实现了变电站综合自动化领域所要求的保护、测控装置之间的完全开放性和 互操作性，硬件和软件均代表了行业内最高水准。 1 2 2 稳定预防控制措施的发展 稳定预防控制包括静态稳定预控和暂态稳定预控。电力系统静态稳定是指电 力系统受到小干扰后，不发生自发振荡或周期性失步，自动恢复到初始运行状态 的能力。当电力系统受到大的扰动后，各个发电机的转子会发生相对运动，如果 故障切除瞬间系统的状态还处于故障后系统的稳定域内，我们称系统是暂态稳定 的【8 ，9 】否则就是暂态不稳定。 维持静暂态稳定是电力系统安全运行的基本要求之一。考虑这个问题的基本 方法有：( 1 ) 设计先进快速的控制器以提高系统稳定性，如设计快速励磁装置和电 力系统稳定器；( 2 ) 设计各种大功率离散控制如切机、切负荷，这种方式为熟知的 暂态稳定紧急控制；( 3 ) 透过调节系统有功、无功出率( 瑟调整系统运行点) ，达到 暂态稳定的要求。 电机励磁系统在电力系统中起着非常重要的作用。维持发电枧机端电压恒定， 控制并歹| j 运行发电机闻无功功率的合理分配，提高发电机及电力系统的稳定性，这 一控制性能是最有效和最经济的措施之一。随着大电网的瓦联，电力系统容量倍增， 以及快速励磁装置的广泛应用，电力系统出现了许多新的问题。比如由于系统阻尼 不足出现的低频振荡，远距离输电线路的串联补偿电容引起的次同步振荡及轴系 扭振，系统无功不足、无功功率平衡破坏导致的电压崩溃，这些都威胁着电力系统 的稳定运行。 快速励磁系统反应灵敏，调节迅速，对同步发电机遭受小扰动时的静态稳定 是有益的，它提高了发电机的极限功率。 交流励磁发电机采用交流电源励磁，其转速随电视转子馈电频率改变而改变， 垂 硕士学位论文 可以使发电机按照最佳方式运行，改善其运行工况，提高其效率【l o 1 。这种发电 机既具有同步机的的某些特征( 如有励磁电源) ，又具有异步电机的特征( 如转速 可调) 。文献 1 2 1 6 】对交流励磁发电机的有功和无功调节性能、能流关系、转矩 特性及谐波影响等方面进行了比较详细的论述。研究证明：交流励磁发电机既具 有同步机的功角稳定特性，又具有异步电机的转矩稳定特性。采用适当的控制策 略可以提高交流励磁发电机的静态稳定极限【1 7 j 。如采用自动励磁调节器，按机端 电压偏移量调节励磁电压，可以使交流励磁发电机静态稳定极限在不同的转差下 基本保持不变，即在各个转差点上保持基本相同的静态稳定性。 当前基于能量函数方法用于电力系统的功角与电压稳定研究已日趋成熟 【1 8 ，l 引。并逐渐用于控制灵活交流输电系统( f a c t s ) ，以提高电力系统稳定性的 研究。关于f a c t s 稳定控制器的研究也取得了很多的成果【2 0 2 2 1 。 柔性交流输电系统是指应用于交流输电系统的电力电子装置，其中“柔性”是 指对电压电流的可控性；如装置与系统并联可以对系统电压和无功功率进行控制， 装置与系统串联可以对电流和潮流进行控制；f a c t s 通过增加输电网络的传输容 量，从而提高输电网络的价值，f a c t s 控制装置动作速度快，因而能够扩大输电 网络的安全运行区域；在电力电子装置最早用于直流输电系统中并实现了对输送 功率的快速控制，由此人们想在交流系统中加装电力电子装置，寻求对潮流的可 控，以获得最大的安全裕度和最小的输电成本，f a c t s 技术应运而生，静止无功 补偿器( s v c ) ，静止同步补偿器( s t a t c o m ) 又称作a s v g ，晶闸管投切串联 电容器( t c s c ) ，静止同步串联补偿器( s t a t i cs y n c h o n o u ss e r i e sc o m p e n s a t o r ) 统一潮流控制器( u p f c ) 就是基于f a c t s 装置家族的成员。 晶闸管控串联补偿器( t c s c ) 和静止无功补偿器( s v c ) 作为f a c t s 装置中典 型的串联与并联无功补偿装置，其可靠性和有效性已得到了理论与实践的验证， 是增加线路输送能力、提高系统稳定性的较为经济的选择【2 3 1 。通过对采用能量函 数控制的t c s c 和s v c 对提高远距离交流输电系统暂态稳定性作用研究，可得出 如下结论：t c s c 对提高暂态稳定性作用明显，但对于问题严重的系统并不一定 能够完全保证所有严重故障下系统的稳定性。s v c 对维持系统的暂态稳定和电压 稳定都有显著贡献。t c s c 和s v c 有共同作用能解决大最大输送功率时所有严重 故障下系统的稳定【2 4 1 。 近几年来，f a c t s 技术得到了飞速的发展，并在提高电力系统安全经济运行 水平方面发挥着越来越重要的作用【2 5 1 。作为f a c t s 家族中重要的一员，超导储 能( s m e s ) 装置具有运行无功及有功功率调节的双重性能，它的应用可以渗透 到电网能量管理的各个方面【2 6 3 0 】。其中最重要的应用之一就是改善发电机的阻 尼，稳定系统频率，抑制由包括故障在内的系统扰动引起的发电机的电磁机械振 荡及频率波动，从而提高电力系统的暂态稳定性。前文提到的f a c t s 控制器主要 巴陵石讫电厂_ 保护与稳控方瑟的研究 集中在传统p i 控制器设计或近似线性化设计方法上。然而电力系统具有强非线 性，在系统受扰丽较大范匿地偏离设计工作点时，这类方法通常不麓取得好的控 制效果。而基于微分几何和微分对策理论的系统化的设计方法，用于设计非线性 系统的优化控制器则能达到较优的效果【3 l l ，实验证明根据这一方法设计的用于提 高电力系统暂态稳定性的s m e s 非线性控制器，在抑制第一摆、快速灰复电压及 平自后续振荡等方面均体现了更好的性能。 随黄电网规模的不断扩大，短路电流水平的日趋提高也越来越严重缝藏胁着 电力系统的安全稳定运行。相应地开展短路限流技术的研究和故障限流器的开发， 也取得了不少可喜的成果【3 2 ，3 3 1 。作为研究成果：新型的电抗型和电阻型固态限流 器在故障发生时及时投入，能较好地改善系统的暂态稳定性，实验表甓，在合适 的地点安装限流电抗器也是提高系统稳定性的方法之一【34 1 。 低频减载( u f l s ) 和低压减载( u v l s ) 是维持电力系统安全稳定和经济运 行，并保证静态和暂态电能质量的重要措施。我国于1 9 9 1 年l o 月颁布了“电力 系统自动低频减负荷技术规定 ，用于指导电网调度部门配置u f l s 装置和整定参 数p 副。2 0 0 1 年颁布的“电力系统安全稳定导则指出安全稳定分析计算中需要考 虑暂态电压稳定【36 1 。国内外都采用u f l s 和u v l s 自动装置作为安全稳定自控制 的最后一道防线，来保证电网受到扰动后的安全性，避免大面积的停电事故。u f l s 和u v l s 装置动态采集就地的频率厂、频率变化率够毋、电压群、电压变纯率 如西以及低频和低压持续时间等信息，构成动作判据。装置一旦设置好，就不 再随运行方式和故障而变，减载的确定要符合能够确保系统暂态安全且总体控制 代价最小的减载策略p ”。藤文将要介绍的s e l 3 5 l 负荷联切装置就是一种智能动 态减载设备，减载方案事先编程组态输入装置，减载量是根据不同的运行方式和 潮流分布灵活动态地确定的，一旦出现低频或解列时装置就根据故障前的负蘅大 小，按照不同的减载方案自动切除相应负荷，以达到稳定系统的爵的。 电力系统稳定控制技术在理论上的研究也取得了较大的成绩，见诸文献的暂 态稳定预防控制分斩方法大概可以分为如下几类哪q 3 】：( 1 ) 基予李雅普诺夫直接法 的算法，这类方法包括著名的e e a c 法，以及相对传统的方法包括势能边界法和 暂态能量函数法；( 2 ) 各种基于数值仿真法的算法：( 3 ) 基于数学逼近的方法；( 4 ) 各 种各样的基于工程经验的磨发式方法。采用上述分析方法实施在线暂态稳定预防 控制和优化软件已经在我嗣运行【4 4 1 。 1 3 本文的主要工作 文章简要介绍了巴陵石化内部电网的基本情况及其特点，随着巴陵石化的不 断发展与状大，震电负荷也越来越高，负荷的缺额也越大，内部电瀚对静电瓣的依 赖性很强，随着生产装置规模的日益加大，用电负荷越来越高，内部电网的安全 6 矮士学位论文 问题也日益明显。文章通过两起发生在公司内部的事故为例，阐述了巴陵石化电 网存在的主要问题：一是外电网事故严重影响公司电网的安全，二是公司电网与 外电网解列后，由于功率缺额大，内部电网保持自身稳定能力差。本文以上述问 题为研究内容，简要介绍了目前数字式继电保护的发展趋势以及电力系统稳定的 基本概念和稳控的发展，以上述理论为基础，提出解决巴陵石化电网的基本思路 即：( 1 ) 主网架发生故障时快速切除故障；( 2 ) 外电网发生故障引起内部电网同时低 频时，在解列点迅速与系统解列，避免故障扩大；( 3 ) 内部电网与系统解列后尽快 恢复稳定。在提出上述几个问题的基础上进一步研究切实可行的方案，包括拟采 用的设备及其可行性、方案实施的基本方法、方案实旌后所取褥的初步效果等。 7 巴陵石化电厂保护与稳控方面的研究 第2 章巴陵石化电厂电气主接线与故障案例 2 1 电气主接线 巴陵石化公司是中石化公司下属集团公司之一，企业自备电网运行已经三十 余年，为企业提高经济效益发挥着臣大的作用。巴陵石化热电厂作为企业自备电 厂，主要负责企业的供电任务。为保证石化生产动力供应的稳定性，机组配置采 用多机组、小容量的配置，在运行上互相补充。9 7 年公司对自备电网进行了改造， 增加了主变容量及3 5 k v 供电电压等级，9 8 年新建：f 7 机组运行，电网在发、变、 配电能力和安全稳定性方面都有所改善。如今电网运行机组七台，其中撵l 襻6 机 组额定电压l o 5 k v ，额定容量1 5 m v a ，额定功率1 2 m w ，撑7 机组额定电压6 3 k v ， 额定容量3 7 5 m v a ，额定功率3 0 m w 。电网接线为扩大单元接线方式。系统图见 图2 1 随着企业的发展，动力供应的扩建增容，造成设备的技术水平、基本状况差 别都比较大。 憋憋 娥 螋 跳# l 极 l 掰l 撕l 撕1 撕 l 绷1 撕 匿2 1热电事业部电气生接线筒图 两条l l o k v 线路分别接入湘北电网巴陵变电站和峡山变电站，采用一备一用 方式运行，每条线路设计最大输送功率为5 2 m w 。l l o l ( v 中心变电站有l l o 3 7 5 k v 4 0 m v a 主变压器两台，3 7 5 l o 5 l ( v2 0 m v a 联络变两台，3 5 k v 系统采用单母分 8 矮士学位论文 段接线，现有7 条3 5 k v 出线，分别向烯烃事业部、树脂事业部、供排水事业部 等单位供电。 l o k v 系统有四段母线，2 0 条如线分别向环己酮事业都、合成橡胶事业部、 化纤公司、青坡水厂等单位供电。 。 热电事业部共有五炉七机，总装机为1 0 5 m w ，其中群7 发电机为抽汽机组， 容量为3 0 m w ，1 9 9 9 年建成投产，通过6 3 3 7 5 k v4 0 m v a 变压器接入新区3 5 k v 母线，舞l 6 发电机容量均为1 2 m w ，分别为高背压、中背压及抽汽机组，直接 接入老区l o k v 母线。 全厂最大运行方式为5 炉6 机，最高发电负荷为8 0 m w ，2 0 0 5 年统计，公司 最大用电负荷1 2 0 m w ，平均用电负荷9 0m w ，年用电量7 7 8 8 亿k w h ，自发电 5 8 6 亿l ( w 氇，网供1 9 2 6 亿k w 丧。 自备电网由发电、输电、变电等设备组成，形成一个相对独立的电力系统。 但与传统大电网相比，石化企业电网有其自身的特点，主要表现在以下几方面： ( 1 ) 自备电厂建立最初的目的是电力“自给融足”，因此，机组容量和系统容量 不大，选用机组都为小型发电机组，其孤网运行时的稳定性相对较差，特别是负 荷发展后，闷题更加突啦，因此岿须与大电潮并网运行，这样可弥补自备电网的 不足。 ( 2 ) 热电负荷密集，电网比较小，输电线路也相对都比较短。有些化工装置的 动力负荷一曼瞬间故障停电，有弓| 起装置爆炸、起火等恶性事故发生的可能。因 此，对热电系统运行的安全可靠性以及热电能源的质量特别高。 ( 3 ) 自备电网与大系统并网运行，其运行状态有可能因为大系统的变化而产生 变化，关于与大电网的并联方式、电压等级、接入点等也是需要研究的课题。 2 2 负荷状况 由于受化工王艺的影响，热电事业部的运行方式在每年的不同时期会有较大 的变化，夏季供热较少，中背压机组不能运行，且夏季的用电负荷较高，形成发电 负荷低而用电负荷高的状况；而冬季由于采暖的需要，外供蒸汽量增加，中背压 机组可以投入运行，同时用电负荷下降，形成发电负荷高两用电负荷相对较低的 状况，因此冬夏两季的潮流分布将有很大的区别，现对两种典型时期的负荷统计数 据如下： 9 巴陵石化电厂保护与稳控方面的研究 夏季某豳( 表2 1 表2 3 ) ： 表2 11 0 k v 出线负荷统计表 有功负荷无功负荷 电流 蹬线名称 ( 单位：m w )( 单位：m v a r )( 单位：a ) 3 0 4 a 所 3 。o2 72 2 5 3 0 4 b 所 5 。04 43 6 5 3 0 4 c 所 3 11 3l8 5 3 0 4 d 所 2 71 517 0 3 0 4 e 所 1 81 2 31 2 0 3 0 4 f 所 1 。3o 6 58 0 3 0 4 h 所 7 o3 6 74 3 5 3 0 4 i 所 9 。o4 3 45 5 0 3 0 4 j 所 8 04 35 0 0 3 0 4 m 所 2 01 11 2 5 总计4 9 22 5 1 92 7 5 5 表2 。23 5 k v 出线负荷统计表 有功负荷无功负荷电流 出线名称 ( 单位：m w )( 单位：m v a r ) ( 单位：a ) 4 1 2 l 电烯线 7 65 11 4 5 4 2 2 1 电烯线 7 。85 41 5 0 4 1 2 2 电石线3 52 。l 6 5 4 2 2 2 电石线 2 。o1 o3 5 4 1 2 3 电树线 2 6 21 3 。64 6 5 4 2 2 3 电树线 2 3 81 3 74 3 5 4 2 2 4 云彭线 1 31 o2 5 总计 7 2 24 1 9 l3 2 0 l o 硕士学位论文 表2 3 发电及吸电负荷统计表 有功负荷无功负荷电流 名称 ( 单位：m w )( 单位：m v a r )( 单位：a ) 撑l 发电机 1 28 o8 2 5 撑2 发电机 1 2 。28 58 3 2 襻3 发电机 ooo 撑4 发电机l57 69 5 5 撑5 发电机 8 56 55 7 5 释6 发电机 8 o5 。551 5 样7 发电机 3 0 o 2 1 03 5 2 0 5 0 2 线路 4 31 0 02 2 5 5 0 4 线路 oo0 总计1 2 36 7 1 冬季菜园( 见表2 4 2 6 ) ： 表2 4l o l ( v 出线负荷统计表 有功负荷无功负荷电流 搿线名称 ( 单位：m w )( 单位：m v a r )( 单位：a ) 3 0 4 a 所2 42 。l6l7 8 3 0 4 b 所5 54 8 4 0 l 3 0 4 c 所 2 91 5l8 0 3 0 4 d 所l 。3o 78 2 3 0 4 e 所 1 oo 76 7 3 0 4 f 所 o 90 55 7 3 0 4 珏所4 。52 。41 3 5 3 0 4 i 所 7 53 6 4 5 8 3 0 4 j 所 6 13 33 8 2 3 0 4 m 所 ooo 总计3 2 11 9 6 61 9 4 0 表2 53 5 l 【v 出线负荷统计表 有功负荷无功负荷 电流 出线名称 ( 单位：m w )( 单位：m r )( 单位：a ) 4 1 2 l 电烯线 4 o2 。77 6 4 2 2 l 电烯线 3 。42 46 6 4 圭2 2 电石线 o 7q 4 21 3 4 2 2 2 电石线3 11 6 5 5 4 1 2 3 电石线 2 1 61 1 23 8 5 4 2 2 3 电石线1 9 1ll3 4 8 4 2 2 4 云彭线 ooo 总计 5 1 92 9 3 29 4 3 表2 6 发逛及吸毫负荷统计表 有功负荷 无功负荷 电流 名称 ( 单位：m w )( 单位：m v a r )( 单位：a ) 撑1 发电机 1 2 67 。27 8 0 6 f 2 发电机 1 2 68 28 0 0 雾3 发电视 l 量7 77 2 0 奔4 发电机 o o o 稃5 发电机 9 57 36 3 0 群6 发电机 lo 。25 。96 l o 撑7 发电机 3 02 l3 4 3 7 5 0 2 线路 ooo 5 0 4 线路 1 2 o7 67 8 总计9 86 4 9 由以上统计数据显示：夏季发电负荷为8 0 拟w ，用电负荷为1 2 3m w ，负荷 缺额为4 3 m w ，冬季发电负荷为8 6 m w ，用电负荷为9 8 m w ，负荷缺额为1 2 m w 。 由予用电负荷与发电量之间存在较大的差额，因此l l o k v 联络线经常承担较大的 负载，一旦发生故障，对公司的安全生产和效益将产生巨大的影响。 1 2 硕士学位论文 2 3 故障案例 2 3 1 案例一：7 18 事故 ( i ) 系统运行方式 n o k v ：5 0 2 开关合( 巴一云线运行) ；5 0 4 开关分( 峡一云线热备用) ，5 0 0 开关合；襻l 主变、襻2 主变运行。 3 5 k v ：撑l 联络变、拱2 联络变、4 0 1 2 合；撑7 机运行；i 、i i 段母线分段运行。 1 0 k v ：髯l 、姑2 、撑6 机运行，撑3 、髯5 机备用；3 0 1 2 、3 0 3 4 开关分；i 、和 h 、段母线分列运行。 ( 2 ) 负荷情况 吸电负荷：有功3 0 m w ，无功l o m v a r ； 发电负荷：6 5 m w ( 撑l 机1 2 m w ；# 2 机1 2 m w ；撑6 机l l m w ；撑7 机3 0 m w ) 。 ( 3 ) “7 。1 8 ”事故经过简述 2 0 0 4 年7 月1 8 酮2 2 时5 0 分3 8 秒，运行l l o k v 巴云线( 正常运行：条： 线路运行，一条线路备用) 因雷击发生短路故障，巴云线对侧保护距离王段零秒 动作跳阑，电厂与系统解列。电厂侧巴云线5 0 2 开关距离l i 段保护经o 5 秒履动 作跳阑，切除故障点，录波记录周波、电压短时恢复。约3 秒后，主力机组撑7 机 超速保护动作，甩负荷到0 ，短时间内内部电网周波、电压急剧下降，低周减载 迅速动作，l o k vl8 条出线相继跳闸，2 2 时5 1 分0 8 秒荐2 联络变复闭过流、跳闸， 内部电网四分五裂，襻l 、2 、6 机分别孤立运行，直到最蜃停机，全厂停电。 2 3 。2 案例二：5 1 2 事故 ( 1 ) 系统运行方式 l l o l ( v ：5 0 4 开关合( 峡云线运行) ；5 0 2 开关分( 巴云线备用) ，5 0 0 开关合， 襻l 主交、群2 主变运行。 3 5 k v ：撑l 联络变、舞2 联络交、4 0 1 2 开关分；l 、l i 段母线分段运行。 l o l ( v ：撑l 、掣2 、撑3 、姑6 机运行，参5 机备用；3 0 1 2 、3 0 3 4 开关分；i 、m 和 i i 、段母线分列运行。 吸电负荷：有功2 9 m w ，无功l o m v 打； 发电负荷：4 l m w ( 孬l 机1 2 m w ；释2 机1 2 m w ；奔3 概5 m w ；襻6 机1 2 m w ；) 。 2 ) “5 1 2 “事故经过简述 2 0 0 3 年5 月1 2 日凌晨4 时0 7 分2 6 秒，热电厂与外电网联络的l l o k v 5 0 4 线路因雷击接地跳闸，电厂与电网解列，周波降至4 7 9 h z ，低周减载装置动作， i o k v 六条线路相继跳闸。由于功率缺额大，电厂周波难以维持及恢复到芷常水平。 4 时0 7 分4 8 秒，当班人员同期抢合1 1 0 k v 备用联络线路开关，使低周保护动作， 1 3 巴陵蠢化电厂保护与稳控方嚣的研究 造成5 0 2 开关跳闸，致使内部系统震荡，导致电气系统解列，热电厂全厂停机、 停炉、停电，公司支溪板块全部停电。 2 4 小结 虽然1 9 9 7 年公司对主电网l l o l ( v 中心变电站进行更新改造，“增加了主变容 量及3 5 k v 电压等级供电系统，使公司主电网在变配电能力和安全性方面有了较 大的提高。但随着公司用电负荷的快速增长，主电网安全问题也显现出来，主要 问题一是外电网事故严重影响公司电网安全；二是公司电网与外电网解列后，由于 功率缺额大，保持自身稳定能力差，2 0 0 3 年5 1 2 事故及2 0 0 4 年7 1 8 等事故都是 因系统解列事故且自保能力差而引发的大面积停电事敌。 根据近年来统计，外电网事故弓l 发的公司电网与外电网解列事故达2 次年以 上。在以前由于公司进电少，系统解列后公司靠自发电能力基本能保持电网的稳 定孤立运行，并实现成功再并列，儇随着用电负荷增长，外吸电量的增加，公司 电网在与电网解列后，因负荷缺额大孤立稳定运行能力变差，极易造成系统崩溃， 对公司安全生产影响极大。 由此可见巴陵公司内部电网稳定运行，有可能造成大面积停电事故甚至于全 厂停电事故，从近几年的情况来看主要是由于1 1 0 k v 联络线与系统解列由于有功 缺额过大或外部电两故障电厂向系统大量送有功和无功，内部电网静态稳定破坏 或发生振荡造成的。要解决这个问题，必须从以下凡个方面着手： ( 1 ) 在“o k v 联络线发生故障时快速切除故障； ( 2 ) 外电网发生故障时自备电厂向系统大量送有功，造成内部电网低周时，在 解列点迅速与系统解列，避免故障扩大； ( 3 ) 当1 1 0 k v 线路由于故障与系统解列时，迅速投入备用线路，如自投不成功 则本线路进行重合闸； ( 4 ) 由于正常运行时吸有功电