孤立电网规划设计及调度运行

1、孤立电网规划设计及调度运行( 徐新民 山东省 sdwqxxm)摘要孤立电网的规划设计时，首先其负荷预测和发电计划安排选用的设计方法和大电网就不同，不能简单的按照大电网经验去做，需要结合电网实际进行。网架设计必须超前，变电站设计多预留备用间隔，并选用额定电流大和遮断容量大的一次设备，保护、自动设备的选择应提高一个电压等级配置，通信系统采用新技术，并通过新建厂站设备实现逐步升级，是有效解决独立系统快速发展需要的根本办法和设计原则。在孤立电网调度运行管理上，要隶属电网所在单位“一把手”直管，达到调度命令的绝对畅通和快速执行，树立调度权威。论文结合孤立电网各个发展阶段安全稳定运行的实际，有利的证明了采

2、取以上办法和设计原则的可行性。关 键 词：孤立电网；规划设计；调度；运行管理论文类型：应用基础预览中看不见即可）：1 绪论随着国家电力政策的逐步放宽，特别是允许民间资本进入电力后，独立运行的企业自备电厂甚至由这些自备电厂互联形成的自备电网越来越多。但是，这些电厂不是企业的主行业，往往得不到重视，专业管理人才少，缺乏有效的管理和强大的技术支持，发展中缺少系统规划设计，因此存在很多先天不足的问题，一旦发生不安全情况，就会给企业带来重大损失，甚至是毁灭性的影响。而建设这些电厂的企业往往是地方上的支柱企业，这些企业运营状况受到影响，自然将影响当地经济发展甚至是社会的和谐稳定。因此，为确保独立系统安全、

3、稳定运行，加大对孤立电网规划设计工作重要意义的认识，笔者结合所在的孤立电网发展及运行经验，对孤立电网规划设计与调度运行展开分析，以引导类似的孤立电网的科学和安全稳定发展。孤立运行系统重点研究电网规划设计、电网调度运行方式和调度模式、发电机组一次、二次调频的优化、电网保护配置和安全稳定控制措施的配置、调度自动化系统的规划和建设、发电计划管理和检修管理等多个方面。因为系统容量小，以上每一个方面出现问题都会影响到系统的稳定运行，因此都显得尤为重要。在各类学术研究上多以研究电厂调频、DEH系统优化为主，很缺乏对孤网电力系统的研究。本文结合作者在独立运行系统的亲身经历和多年总结的经验，从系统规划、保护配

4、置及整定计算、调度通信系统建设及调度中心组织运行等各方面展开论述。篇幅有限，只做简单阐述。在系统用电负荷预测方面，大电网常用的有单耗法、人均用电法、最大负荷和用小时法、负荷密度预测法等，但对中、小型独立运行电网讲，一般为企业自备，其负荷特性和社会用电特性有很大的差别，适合选用企业发展规划指导法结合负荷增长规律进行预测。运行系统发电计划的安排，即日发电计划一般采用神经网络预测发、指数平滑法、等权平均组合预测法安排，但对中、小型独立运行电网讲，用电曲线在生产正常时变化不大，主要受设备检修、生产调整影响，因此适用近期负荷平均法结合检修计划进行安排。在网架搭建、设备选型、保护配置、通信系统结构选择、调

5、度模式选择等方面在借鉴大电网相关规定的基础上，扬长避短结合自身发展的需求，采用超常规的思路开展工作，以笔者所经历的孤立运行系统实际数据和系统运行、发展规划情况做参考，作为课题的总的研究方法。2 电网一次系统规划设计2.1 一次系统规划设计的重要意义合理的电网结构是电力系统安全稳定运行的重要基础。合理的电网结构必须是各级电压等级电网与电源分布、电源规模、电源结构统筹规划、合理布局的综合、完善的结构体系。2008年冰灾带给我们的重要经验与教训之一，就是使我们更加深刻地认识到电网和电源统筹规划、协调发展、建设合理电网结构的极端重要性，必须从电网安全、经济双重角度出发，重新审视电网结构问题。一次系统特

6、别是主网架的结构和传输容量，决定了一个电网的规模上限和稳定极限，也是控制电网短路水平的关键。企业自备电网发展初期，因厂站少，电网往往根据电厂的接线自然形成，结构一般以电厂为核心呈放射状结构，电厂间联络线最为电网主网架，随着电厂接入数量的增加才会慢慢的形成相对稳定的环形接线。没有长远规划的电网，发展走一步看一步会出现很多问题，比如运行厂站间隔不够、联络线路频繁开断改造次数多、开关设备容量小需扩容等，不仅增大了改造难度还造成投资浪费，因此电网发展过程中必须提前做好规划，在电厂和中心变电站预留下电网发展的扩建间隔，同时在便于在电网结构转型中灵活调整接线，减少投资。因此，好的电网规划不仅可以提高电网运

7、行的可靠性和安全性，还可以为减少改造工作量，减少建设投资。2.2 主网架设计必须超前秉承“电力先行”的原则，进行电网规划设计和建设，在主干网设计上必须超前，并采用大的可靠系数，留下发展空间。在中国经济发展环境大好的情况下，这一点尤为重要，用现在的眼光看10年以前的问题，你会发现那时的路窄、楼低、广场小，同样在电力规划上也是一样。以我的经历为例，2000年建设的系统联络线仅一条110kV线路，从投资小的角度出发，导线选型为LGJ-185，因系统总容量不足300MW，完全可以满足当时系统的交换容量，但系统发展到600MW的时候，线路输送瓶颈开始显现，当系统发展到1000MW以后，又迫使建设了第二条

8、联络线，为吸取教训，设计为一塔双回路，导线选型LGJ-400双分裂，并按高一级电压等级建设，先期降压运行。这样的教训还有很多，因此必须超前规划设计，大投资搞网架建设。吸取所在电网逐步发展经验，建议直接按照相对稳定的环形电网或“日字形”电网结构建设主网架，从建设初期就向这个目标发展。主网架内的电厂、变电站间的联络线路至少有两条，在土地资源紧张的地方，可以按照一塔双回路设计，土地资源宽松时最好采用两个不同地理路径的单回路，可以避免雷击、外力破坏等对系统的影响，并可以提高线路的稳定极限。2.3 重要设备选型重视安全可靠性据统计，笔者所在的电网中发生的各类事故，设备事故占到70%以上，因设备问题造成的

9、发电机组、输变电设备每月均有。设备事故的原因就是设备质量造成的，质量差的设备投资小，但事故不仅损失大，还牵扯很多检修力量，造成人力资源的浪费。“安全是最大的效益”，选用优质的设备是保证电网安全，也是保证电网经济运行的重要因素。重要设备主要包括开关设备、继电保护设备、远动通信设备、电力电缆等，其中开关设备选型建议为35kV及以下选用真空开关，110 kV及以上选用GIS设备，污秽程度较轻的地方为减少投资也可选用屋内装配式结构的SF6开关设备。开关参数选型时建议110 kV及以下开关的最大允许遮断电流采用40 kA，增大了开关投资，但减少了增加限流设备的投资，例如增加限流电抗器不仅增加投资还会造成

10、能量损耗，总体来讲经济投资上相差并不大。继电保护设备厂家众多，根据实际应用情况看，还是推荐“南京南瑞”“国电南自”和“北京四方”几家的产品，他们的产品系列比较全面，适用于低压、中压到高压各个电压等级的电厂、变电站现场，不过多的采用多加产品的优点在于产品型号相对少，便于备品备件的更换，也便于扩建过程中厂站间保护装置特别是线路光纤差动保护装置间的匹配，减少更换装置的情况。远动设备同样推荐从以上几家选择，通信设备选型时建议直接使用可以构成通信环网的SDH设备，构建安全稳定的调度数据网，不使用光纤收发器组成的网络，目前光纤造价已大大降低，通信介质可以全部光纤化。2.4 黑启动电源规划众所周知孤立运行电

11、网因运行稳定性不入大电网，同时受地域限制，机组类型一般比较单一，很难出现核电、火电、风电、水电、太阳能电站并存局面。因电源结构单一，同一事故造成多个电厂全停的概率就增高了，加上孤立电网与大电网间没有电力联络，一旦全停也不能借助系统电力进行恢复，为减少其所供用户损失，系统必须具备自恢复能力，因此必须建设黑启动电源。黑启动电源选型方面，要坚持快速高效的原则，全黑后时间就是生命、就是效益可以得到充分的体现。可以选用大容量的快速启动柴油发电机组作为黑启动电源，所谓的快速启动就是要求失电后自动启动并可在数分钟甚至是数十秒钟带满负荷，绝不能为节约投资选用要预加热数十分钟方能带负荷的机组。同时要求机组的一步

12、加载性能和抗冲击性能要好，因电厂高压电机容量都比较大，为减少柴油机组总容量，应同时将高压大容量的给水泵、循泵、风机等改造为变频调节。黑启动电源的建设数量根据电网结构考虑，原则上对于经过长线路联络的不同区域应分别建设，以避免台风等自然灾害引发的全停事故对长线路的损坏。在天然气或高炉煤气富裕的地方，可以建设联合循环的燃机与汽轮机组，一方面作为正常生产用电源，另一方面也具备事故情况下快速启动的能力。该类型机组经济性较高，整个联合循环的效率可以达到56.758.5，典型流程图如图一。因此非常值得推广。图一3 继电保护及安全自动装置规划及运行3.1 重视保护安全自动装置规划在独立运行电网中，因电网覆盖范

13、围小，导致平均电流密度大，供电线路短问题突出，大型电网中供电线路少则数十千米长，长则数百公里长，而独立运行电网供电线路多在10千米以内，甚至电厂间联络线路只有几百米，电气距离短往往存在以下问题：线路太短,后备保护配合困难,有些后备保护时限不合理；线路太短，线路末端短路时，即使差动保护动作，瞬间引起机端母线电压低，影响厂用电正常运行；平行线路因线路之间的零序互感耦合的存在，零序互感耦合线路在正常运行、检检或断开以及系统运行方式改变时都将导致零序网络发生变化，零序电流保护很难适应这种变化，影响零序电流保护的保护范围。从保护配置、保护配合和整定计算各个环节都要重点规划，解决这些特殊的问题，因此说必须

14、重视规划工作。一次系统发生故障以后，能否快速切除是电网能否保持稳定的关键，独立运行电网必须配齐快速保护，确保任何故障都能做到“0S”切除。一次系统存在的很多问题还可以借助二次系统解决，如系统存在稳定问题可以利用远方切机、跳闸联切等措施解决。因此，必须重视保护、安稳装置所起的作用。为了分析电力系统事故及继电保护装置的动作情况，建议厂站内应装设故障录波装置，分别记录电流、电压、保护装置动作及保护通道的运行情况等。录波信息可经或不经继电保护和故障信息管理子站上传至调度中心。3.2 提高保护、安稳装置配置等级独立运行电网因容量小，抗冲击能力差，短路故障往往照成系统多个节点电压大幅降落，造成甩负荷，切除

15、故障时间越长且负荷量越大，且可能出现越级跳闸的可能，因此必须提高保护、安稳装置配置等级，如将110kV电压等级保护按110kV电压等级双重配置，将35kV线路接地改跳闸等。在大型电力系统内单机容量为100MW及以下的机组往往交由“地调”代管，因其容量小对大系统的稳定问题不会构成威胁，但独立运行电网中这些“小容量”电厂所占系统总容量比例却很大，因此这些电厂的稳定问题也变得突出，要特别注意频率问题，如单机或多机同时跳闸时厂内可能高频及系统低频问题，重负荷线路跳闸或系统联络线路跳闸后的频率问题。例如某电厂多台发电机组经升压变升压到35kV，35kV系统有约30%供电负荷，其余70%供电负荷经两台11

16、0/35kV升压变升压到110kV送入系统，当110/35kV升压变事故停运时，如一台停运则另一台会出现过负荷问题，超过其电缆载流量甚至达到电流段动作值，因此必须在厂内设置升压变断面过负荷切机、降发电出力的安稳措施；或则当两台升压变分列运行时，其中一台停运则会造成厂内解列系统高频，为防止多台机组机械超速跳机，设置了高频切机、高频减载的安稳措施，这些措施都是大型电网里在大容量机组上才配置的，但因独立运行电网总容量小，其安稳措施的配置等级相对提高了。3.3 重视保护整定计算和定期核算前面介绍了独立运行电网保护方面存在的问题，特别是短线路多，甚至形成电网网架的联络线路多是短线路，环网运行时这些短线路

17、间的电流、距离等保护一段甚至可以保护到下级线路的全厂，导致电流、距离一段无法投用，后备保护的保护范围也互相覆盖，按照电力系统常规的整定原则根本无法做到配合，因此必须根据情况灵活调整，所以保护整定工作就变得尤为重要，要采用“尽量套用大系统原则，但不死板硬套；尽量坚持逐级配合原则，但可以牺牲局部保全局”的大方针，从保电网的角度去整定计算。独立运行电网接入厂站数目少，新接入一个厂站可能就对系统结构照成大的变化，所以每一个新厂站的接入、每一条新联络线路的投运都需要对保护定值进行核算，确保保护能正确动作。3.4 加强保护、自动装置的运行管理保护装置运行环境、电源、试验等都可能影响到保护的正常动作，一旦发

18、生拒动势必造成越级跳闸，造成事故扩大。另外，保护装置的版本管理、定值管理、操作培训等诸多方面都要加强管理。一是要加强保护装置和动作信息的管理，为提高调度系统信息化、智能化的总体水平，使二次装置运行、管理的各个环节“可控、在控”，实现继电保护专业管理现代化，从整体上提升电网调度运行管理水平。同时，调度端从子站端（变电站、发电厂）能得到故障的第一手资料，可正确、快速地处理事故，使得故障影响的范围最小，有条件的可以建设继电保护及故障信息管理系统。当系统发生事故时，为了有效的利用保护和故障录波器的各种信息，提高对故障的分析能力，经综合判断，给出故障区域、故障性质，包括故障时间、故障范围、故障点、故障相

19、、故障性质、相关装置动作情况等，自动生成电网故障分析报告，及时传送到调度，提高了对故障的分析能力，有利于调度人员及时处理事故，加快事故的处理速度。当保护装置异常、故障时，能自动生成报告并上传，运行人员可根据保护装置异常或故障，及时进行处理。根据电网故障分析结果、相关的故障录波数据、当时的保护定值和电网运行状态，利用保护的逻辑模型模拟保护动作行为，与实际的保护动作行为进行比较，判断相关保护装置的动作行为是否正确，并给出动作行为分析报告。调度中心还能查询厂站内各继电保护装置的运行状态、保护定值及故障录波装置的信息等，还可以远方信号复归、远方修改定值。系统主站示意图见图二。二是推行保护定值修改回执制

20、度，由保护整定部门下发的定值单后附上回执单，回执单包括修改保护人员签名、现场值班负责人审核、调度员审核，并将修修改后打印出的定值单附上，然后返回到保护整定部门审核并存档，避免调度员下达书面调令或口头调令后，中间环节出错而没有修改或漏改定值的问题。三是加强调度值班人员相关知识技能培训，同时将保护整定原则和注意事项，定值间存在的配合问题，运方调整后保护相应要做的调整等内容做好交代，利用调度会议的时间进行培训等。四是做好保护装置档案管理，做到版本一致，定期试验检测，这项工作各单位都在执行，在此就不多做阐述。 （ 图二 ）4 通信和自动化系统规划及运行4.1 重视通信、自动化系统的作用系统数据采集和监

21、控系统(SCADA系统)，自动发电控制(AGC)和电力系统状态估计(State Estimator)等系统均需运行在通信、自动化系统平台上。电网运行数据是调度员指挥电力生产的依据，数据和信息的上传就依靠通信、自动化系统的稳定运作，可以说它们是调度人员的眼睛，其作用是非常重大的。 运行数据采集方面，孤立电网特别是热电联产的电网，不仅要采集电源数据、输配电数据，更重要的是要采集重要用户的数据，将监控范围下移。同时采集供热系统数据，将热力系统的调度涵盖入电力调度系统内，方便调度员监控、调整。4.2 做好系统规划及建设孤立电网运行初期，因系统小，厂站少，通信系统的投资也不会很大，可以配置简单的调度自动

22、化系统，这里推荐基于网络通信协议的系统，通信规约采用IEC60870-5-104。一般调度自动化主站配置基本的双网交换机、SCADA工作站、前置服务器及历史服务器，为确保系统安全有条件的可以配置防火墙和单向隔离设备。主站和各厂站距离较近的，通信敷设直通光缆，使用光纤收发器将主站、子站交换机直接相连；距离较远敷设直通光缆造价高时，可以租用联通、电信公司的2M 口，也可以租用100M固定IP地址的VLAN业务。网络架构示意图见图三。随着系统的增大，当厂站数超过20时上述简单的系统将不能承载这么大的数据量，会出现死机、掉数据等问题，且光纤收发器的稳定性比较差，出现通信中断的概率增加，加上光纤为单路由

23、，一旦受外力损坏其承载的厂站数据将中断。简单的系统不能满足系统安全运行的需要，应建设更安全、更可靠、采集速断更快的系统。能实现环路切换的SDH平台设备可作为首选，目前其设备应用非常广泛也使投资大大降低，可以保证任何一条光纤中断时，不影响任一厂站数据的传输。网络架构示意图见图四。 （ 图三 ）（ 图四 ）调度数据网要做好分区管理，将控制区和非控制区、办公区可靠分开，采用分区防护、突出重点。国家经贸委于2002年5月8日颁布了2002第30号令电网和电厂计算机监控系统及调度数据网络安全防护规定。国家电力监管委员会令公布2005年2月1日起施行电力二次系统安全防护规定，按调度业务的重要性和对一次系统

24、的影响程度进行分区，重点保护电力实时控制以及生产业务系统。所有系统都必须置于相应的安全区内，纳入统一的安全防护方案； 不符合安全防护要求的系统必须整改。系统的安全区间隔离，采用不同强度的安全隔离设备，生产控制区与管理信息区之间实行有效安全隔离，隔离强度应接近或达到物理隔离。并在电力调度数据网上采用MPLS-VPN形成多个相互逻辑隔离的VPN，避免安全区纵向交叉。采用认证、加密等手段实现数据的远方安全传输。按照孤立电网业务和实际，为节省投资在安全的前提下，可以将调度自动化系统（SCADA/EMS）、AGC系统、配电自动化系统、变电站自动化系统、发电厂自动监控系统等系统放在安全一区；将继电保护及故

25、障录波信息管理系统、电能量计量系统、电量计划系统放在安全二区；将办公自动化、视频监控放在安全三区。总之，电子产品及信息化更新速度很快，通信媒介光纤化、通信设备数字化已是发展趋势，原有的微波、载波通信将逐步淘汰，通信设备带宽越来越大，2.5G已成主流，因此必须超前规划建设。孤立电网调度自动化系统规模较小，完全可以用定期升级主干网，用替换下的设备再去淘汰用户端设备的模式实现逐步升级。做好调度数据网安全防护工作，确保系统运行安全。4.3 加强通信、自动化系统的运行管理调度通信光缆、通信设备（如SDH、路由器、防火墙、单向隔离设备、防火墙、交换机等）、服务器、工作站、维护员站等环节很多，都关系到系统的

26、正常运行，必须加强巡视、定期试验和维护保养工作，并配备足够的备件。大型电网中设有专门的通信运行监控人员，对于独立运行电网，为节省人力减少投资，可以将该工作交由调度员兼做，远动通信人员要做好日常维护工作，减少突发事故的发生，夜间异常处理要随叫随到，保证不因通信系统问题影响到正常生产运行。5 调度运行管理5.1 建立紧密、严肃的调度体系美加大停电暴露出的一个重要问题就是调度不统一，延误了事故处理的最佳时机，必须深刻吸取教训，按照“统一调度、分级管理”的原则，树立调度命令的绝对权威性，建立快速高效、有令必行、纪律严肃的调度体系，并确保层次分明，职责清晰。企业孤立电网调度人员行政级别应适当提高，做到从

27、技术和行政上确保指令畅通。建立长效的调度例会制度，调度部门组织发、供、用各方反馈问题、分析生产数据，提出优化建议，进行调度信息披露。5.2 强化调度技术人员配备电力调度是高技术岗位，无论调度员、运方、保护还是自动化，都站在了技术的前沿，人员技术水平跟不上，必定会造成技术脱节，管理下滑，甚至稳定计算分析、高级应用模块等工作无法开展，无法及时发现系统存在的隐患。每班调度人员的数量上，根据电网规模，总容量在300MW以下时每专业配置一人还是可以满足需要，超过300MW则要两人，超过1000MW时建议配置三人。调度人员的选调及培养方面，调度中心成立初期电网没有专业调度人员，此时只能从对电网相对熟悉的运

28、行人员中选拔，这些人员要熟悉电厂生产、变电站运行管理，并具备一定的保护和通信知识，因此可以从电厂值长、负责技术管理的专业工程师中选拔，建议专业为电力系统相关专业或集控专业。人员到岗后必须给予一定时间的锻炼培训，逐步提高其专业知识范围和宽度，同时利用他们的经验尽早增加实习调度员，一方面可以为电网的发展所需人才做准备，另一方面也避免现有调度人员岗位晋升后调度人员的断层，具备全面技能的调度人员因为能比较全面的了解系统设备，熟悉企业的政策和发展，也可为企业基层管理锻炼培养一批优秀的人才。5.3 重视调度运行和计划管理电网发生事故后的处理一是靠提前的预案，二要靠调度员现场的分析和经验，调度运行方式的安排

29、必须以安全为前提，在此基础上开展经济调度和节能降损。孤立电网要特别重视机组一次调频，必须确保投入且甩负荷试验成功。备用容量的保留必须满足电力系统安全稳定导则的要求，新设备投运期间，因其不可靠性高，必须多保留备用容量，投运前必须通过安全验收。机组检修计划结合生产计划和负荷变化安排，不要死搬A-D四类计划检修标准。独立运行电网单机容量选择要多参考调度意见，事实上电网规划设计工作可以由调度中心负责，单机容量以不超过电网总装机容量的10%为宜，最大不要超过20%，太大时单机事故将严重导致系统低频，一旦低频减载配合不当，可能发生频率崩溃或汽机转速降低后油压降低自动主汽门掉落事故。运方调整时要特别注意配合进行低频减载保护调整、变压器中性点接地刀闸运行方式