电力系统电压不稳定事故及其分析.ppt

清华大学电机系周双喜 内容 电力系统电压不稳定事故及其分析电压稳定基本概念改善电压稳定的措施和控制 清华大学电机系周双喜 电力系统电压不稳定事故及其分析 瑞典电网事故 1983年12月27日 东京电网事故 1987年7月23日 法国西部电网电压崩溃 1987年1月12日 美国西部电力系统停电事故 1996年7月2日 亚特兰大供电区域事故 1999 7 30 基于实际事件的电压崩溃一般特征 清华大学电机系周双喜 1 瑞典电网事故 1983年12月27日 1 系统的一般特征瑞典电网总发电为18000MW 其中水电约占64 主要位于北部 核电约占35 位于南部 火电只占2 散布在南部 北部水电通过7条400kV传输线路和南部负荷区相连 所有线路都有串联和并联补偿 大的并联电抗器 总计约6000MVAr 直接接于大系统 一般由手动投切 紧急情况下根据电压自动投切 并联电容器接于低压系统 根据不同的时间准则 即不同季节 一天中不同时间段 投切 有联络线和挪威及芬兰相连形成北部电力系统 与西欧有交流联网 与北欧一些国家有直流联网 瑞典电网为北 南狭长网络 400 220 132kV三个电压等级 网络运行受断面允许的极限功率限制 清华大学电机系周双喜 1 瑞典电网事故 1983年12月27日 清华大学电机系周双喜 1 瑞典电网事故 1983年12月27日 2 1983年12月27日事故历程电压崩溃前 负荷为18000MW 小于峰荷 在南北主传输断面上大约有5600MW负荷 低于它的容量极限5800MW 网络电压稳定在400 405kV 频率接近于50Hz 电压崩溃起因 在斯德哥尔摩 Stocklm 西北的海尔迈变电站倒闸操作 线路刀闸过热损坏 造成断路器和电流互感器之间单相接地闪络故障 单相接地故障引起的断路器过热故障 导致整个变电站与系统解列 因为分段断路器没有投入运行 来自北部的400kV输电线路失去了东边的两条和一台400 220kV变压器 这时 有发电机跳闸 网络其余部分维持正常 清华大学电机系周双喜 1 瑞典电网事故 1983年12月27日 两条400kV线路退出后 引起其余5条线路负荷加重 和通过Stocklmrqy的220kV线路负荷增加 斯德哥尔摩 Stocklm 负荷区电压降低 负荷减少 大约8秒钟之后 220kV线路由于过负荷而跳闸 南部负荷区由于带负荷调分接头变压器的作用 负荷开始恢复 负荷恢复 导致中部北 南主干线上电流进一步增大 南部电压进一步降低 故障50秒后另外一条400kV主干线由于距离保护动作 低电压 大电流 而跳闸 其余几条主干线变为重负荷而发生级联跳闸 清华大学电机系周双喜 1 瑞典电网事故 1983年12月27日 几秒钟内 北南主干线全部跳闸 瑞典北部电网频率升高 南部电网频率降低 瑞典和西欧及挪威的联络线都解列 低频 南部4个核电站只有在福什马克 Forsmarks 的一台机组 核电 没有因过电流或低阻抗而跳闸 这台机组在扰动期间仍和北部电网相连 主干线跳闸后 由于南部大量功率缺额 使南部所有发电机都跳闸损失负荷大约11400MW 大约60分钟之后 瑞典电网的主网才得以恢复 清华大学电机系周双喜 1 瑞典电网事故 1983年12月27日 3 基本分析馈电变电站电压降低 导致系统负荷瞬时下降 然而由于OLTC动作 恢复配电电压 反过来 使负荷增加 导致传输线负荷增加 主网电压下降 而使馈电变电站的电压进一步下降 OLTC的总的结果是使主网和配电网电压都逐渐降低 主网由于重负荷而逐渐降低电压 增大电流 导纳明显增加 导致距离保护动作 线路级联跳闸 清华大学电机系周双喜 2 东京电网事故 1987年7月23日 1 东京电网概况东京电力公司 TEPCO 50Hz电网北部与Tohuku电力公司相连 南部通过换频器 Sakuma和Shin Shinauo变电站 与Chubu电力公司60Hz电网相连1987年东京电力公司最大发电功率为39000MW 主力发电厂为核电厂和大型火力发电厂 都位于东北部 在夏季 经500kV主干线由东往西输送大量功率 事故前一天 东京电力公司预报第二天最大负荷需求为38500MW 准备发电功率为40500MW 7月23日晨 气预报改变 东京电力公司负荷需求校正为39000MW 若气温为34 到40000MW 若气温为36 准备发电功率增加到41500MW 备用功率1520MW 备用率为3 8 清华大学电机系周双喜 2 东京电网事故 1987年7月23日 清华大学电机系周双喜 2 东京电网事故 1987年7月23日 2 事故主要历程7月23日早晨 负荷需求39100MW 超过预报值 午饭时间 负荷降至36500MW12 40负荷需求开始增加 13 00负荷需求增加到38200MW 系统增加发电量以平衡负荷的突然增加 并联电容器投入 发电机也增加无功出力 频率保持为50HZ 主干电网电压从510kV调整到520kV 频率和电压运行在正常状态 13 00开始 负荷需求进一步增加 负荷增加速度达400MW 分钟 比估计的高得多 电压逐渐下降 发电机无功进一步增加 并联电容器也向500kV系统增加无功出力 13 07全部并联电容器投入运行 清华大学电机系周双喜 2 东京电网事故 1987年7月23日 13 10功率需求达到39300MW 为当年夏季最大值 13 15电压降至460kV 0 92pu 13 19东部电压降至370kV 0 74pu 系统负荷中心电压降至390kV 0 78pu 三个变电站新富士 Shinfuji 新秦亚 Shn Hatano 和北东京 Kifa Tokyo 保护动作跳闸 事故总共失去负荷8168MW 影响到280万用户 13 23 13 35上述三个变电站恢复运行 13 36大约4700MW负荷得到恢复 14 30大约6300MW负荷得到恢复 16 00大约7300MW负荷得到恢复 16 40系统完全恢复 清华大学电机系周双喜 2 东京电网事故 1987年7月23日 3 基本分析东京电力系统电压崩溃过程中没有其它故障和非正常运行工况在3个变电站因距离保护动作跳闸 距离保护动作是因为线路电压降低 电流增加 即视在导纳增加 的结果 大量的空调设备在低电压时吸取更多的电流 这种负荷特性有加速电压崩溃的作用 即使并联电容器全部投入 电压仍持续下降 清华大学电机系周双喜 东京电力公司在事故后采取的措施 主干线运行电压比常规运行电压水平高5 接近负荷中心的1000MW新建电厂投入运行 以改善电压稳定性 在275kV变电站改变次传输网络接线 使500kV网络电压降落减少 上述措施无效时 甩负荷 减可中断负荷 增装SVCs和预报有功和无功消耗的自动控制系统等 清华大学电机系周双喜 3 法国西部电网电压崩溃 1987年1月12日 1 法国电网概况安装发电容量91000MW 其中核电51000MW 约占75 国家电网联系紧密 400kV输电线有18000km 224kV输电线有24000km 并且和邻近国家联网 清华大学电机系周双喜 清华大学电机系周双喜 2 事件的时间序列 1月12日上午10 30 电压状态正常 全国峰荷为58000MW 功率备用5900MW 10 10 55 11 41 有4台发电机的Cordemais电厂的3台发电机因互不相关的原因相继跳闸 11 28 地区控制中心发出命令 起动燃气轮机发电 Cordemais电厂的第3台发电机跳闸后13秒钟 该厂第4台发电机由于最大励磁电流保护动作而跳闸 Brittany地区电网电压降至380kV 并扩大到邻近地区 清华大学电机系周双喜 2 事件的时间序列 11 45 11 50其它电厂9台发电机组 核电和火电机组 跳闸 导致系统发电功率亏损9000MW导致400kV西部电网电压降至300kV以下 在Britany网络电压跌至240kV 最低的电压只有180kV 并稳定在这个电压水平运行 事故过程中频率没有明显恶化 低频继电器没有动作 周注 发电有功缺 频率没有降低 是因为电压低了 负荷消耗的有功也减少了 在Britany系统400 225kV变压器馈电负荷甩掉1500MW之后 电压得到恢复 清华大学电机系周双喜 3 基本分析 电压崩溃是由于突然失去发电机而引发的 励磁限制器动作引起发电机级联跳闸负荷和OLTC的改变促使电压进一步的下降和崩溃系统在低电压 甚至低于0 5pu 下稳定运行 没有距离继电器引起线路跳闸事故后法国电力公司采取的措施有 自动二次电压控制 并联电容器自动投切 区域发电设备无功功率输出自动控制 整定实时用电压不稳定指标 紧急措施 自动闭锁OLTC 远方甩负荷 清华大学电机系周双喜 1 事故前电网运行方式及特点南北间3条 俄勒岗州境内为4条 500KV交流线路 PACI 和2条 500kV直流线路 PDCI 形成了南北间电力输送的主要通道 太平洋交流联络线 PACI 的输电能力4800MW 并与东部的345 230kV网络合环形成电磁环网 东部断面最薄弱处有3条345kV线路和2条230KV线路 14时 WSCC电网负荷109853MW 使加州和俄勒岗州之间3条500kV交流线路和2条直流线路潮流均接近满载 分别达4426MW 额定为4800MW 和2928MW 额定为3100MW 东部电网由于爱达荷和犹他州负荷也接近历史最高值 潮流通过爱达荷流向犹他州 爱达荷州230KV线路潮流很重 怀俄明和犹他州火电满发 使东部345 230kV网络主要输电通道也较紧张 4 1996年7月2日美国西部电力系统停电事故 清华大学电机系周双喜 清华大学电机系周双喜 2 事故发展过程 7月2日14时24分37 18秒 JimBridger电厂至Kinport变电站345kV线路对大树闪络单相接地 保护动作跳开该线路 20毫秒后另一条线路保护误动跳闸 安全自动装置动作联切电厂2 4号机组 甩出力1000MW JimBridger电厂共有3条345kV出线 4台机组事故前出力共2100MW 导致Boise市 爱达荷州首府 向北Brownlee电厂方向的4条230kV线路和蒙大拿至爱达荷州Antelope MillGreek230kV线路重载 从接在500kVPACI的Midpoint变电站向爱达荷州供电的1条500kV线路潮流增加了400MW 清华大学电机系周双喜 2 事故发展过程 续 JimBridger电厂机组切除后 Boise市地区和南部500kV系统电压开始下降 但并没有崩溃迹象 大约机组切除23秒后 14时25分1 52秒 Antelope MillGreek230kV线路电流增至1000安 电压为215kV 导致阻抗3段动作断开线路 Boise市地区和南部500kV系统电压立即迅速下降 电压崩溃发生 清华大学电机系周双喜 Boise市地区和Oregon南部的California OregonIntertie变电站电压急剧下降 电压崩溃发生 500kV母线电压崩溃的录波图 清华大学电机系周双喜 事故发展过程 续 14时25分4 4秒至5 24秒 Boise市向北Brownlee电厂方向的4条230线路相继由阻抗保护动作跳开 14时25分6 78秒至6 88秒 加州的3条500kV线路也相继由阻抗保护跳开 至此南北间输电500KV主通道PACI断开 PACI断开后 大量潮流涌向东部345 230kV网络 稳定破坏 系统振荡 位于爱达荷东南部 怀俄明和蒙大拿间 北内华达 沿尤他 科罗拉多到亚利桑那 新墨西哥 内华达边界的振荡解列装置动作 断开大量线路 在电压崩溃和系统振荡过程中 还有一些机组和线路跳闸 最后使WSCC基本按预定方案解列为5个 孤岛 清华大学电机系周双喜 3 基本分析 事故南北间主干线3条500kV交流线路潮流较大 东部345 230kV通道也较紧张 对这种严重运行工况未做过分析 西北部电网无功电压支持不足是事故扩大的原因之一 JimBridger电厂1条345kV线路保护误动是事故扩大的起因之一 事故中运行人员错误调整在西内布拉斯加的直流换流站功率流向使犹他 科罗拉多 怀俄明州地区的功率缺额更为严重 事故中 负荷转移 引起线路过负荷 电压低 距离保护动作低频减负荷装置整定不协调 造成过减和欠减 部分孤岛频率过高 另部分孤岛频率过低 振荡解列装置动作按预定方案把系统分离为5个孤岛 避免了全网崩溃 事故记录动作正常 为事故分析提供了宝贵的资料 清华大学电机系周双喜 5 1999 7 30亚特兰大供电区域事故 东部时间20 25 接于UnionCity230kV 1母线上的一组电容器突然爆炸 重合闸失败后断路器未能及时开断 致使 1母线上的全部断路器跳开 断路器 U 1 未能在规定时间内正确动作将 1母线切除 致使两秒钟后 电容器碎片飞到 线路2 上又形成故障 由于断路器 E 2 也未能在规定时间内正确动作将其切除 致使E Point 2母线上的全部断路器跳闸 事故影响到MetroAatlanda大范围地区 并延伸到事故发生地的北部与东部地区 电压降低 事故失去1900MW负荷 输电系统的电压经15秒的低电压恢复过程后 又出现电压超调 110 清华大学电机系周双喜 清华大学电机系周双喜 Bowen发电厂500KV母线录波图短期电压失稳 影响范围不很大 清华大学电机系周双喜 典型电压不稳定事故 清华大学电机系周双喜 基于实际事件的电压崩溃一般特征 1 电压崩溃前的系统往往处于重负荷运行状态 系统运行备用 特别是无功 紧张 传输线潮流接近最大功率极限 2 电压崩溃起因可能不同 系统小的持续的变化 如负荷的持续增加 大的突然扰动 失去发电机组 线路重负荷 运行人员在处理非正常工况过程中判断错误 误操作 使事故扩大等 有时一个表面平静无事的扰动也可能导致事故扩大 最