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1、三峡发输电系统安全稳定控制系统李雪明1 薛禹胜1 周济2 许涛2 曹一中1张正勤1邹健3梁頲4陈永华1李惠军1姬长安1 张长银1 ( 1. 国网电力科学研究院/南京南瑞集团公司，江苏南京 210003；2. 国家电力调度通信中心 北京 100031；3. 三峡梯调通信中心，湖北宜昌 443133；4. 三峡水力发电厂，湖北宜昌 443133 )摘要：作为华中电网省间潮流汇集中枢，三峡发输电系统非常重要。本文介绍其存在的稳定问题，阐述三峡安控系统的组成、功能，与直流输电极控系统的控制接口，讨论严重故障时采取的控制，以及提高该安控系统可靠性的措施。该安控系统在三峡发输电系统快速建设的动态过程中，保
2、持了既无误动也无拒动的记录，成为三峡电网安全稳定运行不可或缺的重要保障。关键词：安全稳定控制系统，极控系统，直流极闭锁，功率调制，故障跳闸，过载，切机0引言三峡电厂总装机26台机组，分成4个分厂，分别通过2-3回交流出线接入换流站，利用直流输电系统将电能向华东、南方地区送电，其中通过三条直流向华东输送720万千瓦电力，向南方电网输送300万千瓦。三峡发输电系统不仅作为三峡巨型电站的外送系统，而且逐步成为华中电网内部跨省互供的枢纽。三峡电网分别通过电网联络线与河南电网、湖南电网、川渝电网、鄂东电网相连。三峡发输电系统示意图如下图1。图1 三峡发输电系统示意图由图1可以看出，三峡发输电系统汇集了三
3、峡外送电力、跨区直流电力、川渝外送电力、河南南送电力、鄂湘交换电力、鄂东鄂西交换电力等，其功能由原来单纯的三峡电厂外送系统逐步演变为华中电网省间潮流汇集中枢，肩负着丰水期四川富裕水电东送以及枯水期河南富裕火电南送的任务。此外，特高压试验示范工程也接入了三峡近区电网，以便于丰水期将富裕水电直接北送华北电网，三峡发输电系统运行安全约束比较复杂，各种稳定问题比较突出。因此，三峡地区电网的安全稳定运行，是关系到三峡电站能否安全稳定发电、送电的关键，对于国家电网公司安全生产具有十分重要的影响。为了提高三峡电网抵御严重故障的能力，保证三峡电网安全稳定运行，三峡发输电系统配置了安全稳定控制系统，主要解决正常
4、全接线方式下部分电厂送出线路N-2故障及直流系统单/双极闭锁后的稳定问题。1三峡电网存在的主要稳定问题三峡电网目前存在的主要稳定问题是，在正常及N-1检修方式下，当三峡左岸送出系统N-1故障或者龙政直流、江城直流闭锁故障时，联切送端机组才能保证电网稳定运行。在正常全接线方式下，三峡左岸电厂500kV母线分母运行时，当发生三龙N-2、三江N-2故障时，当事故前输送功率达到一定值时，联切送端机组，才能保证系统稳定。当三峡右岸送出系统发生 N-1 、N-2故障或葛南、宜华直流发生闭锁故障，必要时联切送端机组，保证系统不失稳。2安控系统的组成三峡安全稳定控制系统是依据电力系统安全稳定导则所规定的安全稳
5、定标准进行配置，按满足电力系统同步运行稳定性的分级标准的要求，设置不同功能的安全稳定控制系统，建立起保持三峡电网安全稳定运行的三道防线。稳定控制系统采用分布式区域控制系统，为了保证运行维护的可靠与方便性，各稳定控制站间仅进行部分信息交换，采用就地判据，控制策略简单实用、安全可靠，尽量减少装置间的信息交换、互相依赖以及对通道的依赖性。同时，稳控系统中各站装置的配置和动作策略的设定充分考虑了系统之间协调配合，安控装置的动作具有选择性，并互为补充和备用1-2。根据三峡电网发展的进度，安控系统分二期建设实施，分别为左岸发输电工程安全稳定控制系统和右岸发输电工程安全稳定控制系统，在安控系统实施过程中，采
6、用整体设计和分段设计相结合的原则，利用装置的灵活性、可扩展性及丰富的工程经验，各站装置在设计的初期就预留了今后安控系统的改造和扩充的空间，为三峡整个安控系统的后期整合打下了良好的基础。2003年8月，三峡左岸安全稳定控制系统投入运行，2006年9月，三峡右岸安全稳定控制系统投入运行，随着三峡电网的逐步建设完成，两套系统在不同阶段根据电网的建设情况，进行了改造。到2008年10月初，三峡26台机组将全部顺利投产，三峡电网基本形成，2008年12月初，完成了对以上两套系统进行整体改造、简化和整合，最终形成三峡发输电系统安全稳定控制系统。该系统涉及9个厂站，包括三峡左一、左二、右一、右二4个分厂，龙
7、泉、江陵、宜都、葛洲坝4个换流站以及斗笠500kV变电站，装置全部采用南瑞集团公司稳定技术分公司研制的FWK-300分布式稳定控制装置，每个厂站的安控装置均为双套配置，按双主或主辅运控制方式运行。整个系统分A、B两套系统，除左一和左二电站稳控装置之间、右一和右二电站稳控装置之间采用专用光纤直连通信外，系统站间的其他装置之间都是通过2Mbps通道相互通信，快速交换数据和命令3。安全稳定控制系统装置配置示意图如下图2。 图2 安全稳定控制系统装置配置示意图为了减少装置间相互依存关系，有信息和命令交换的装置之间全部采用了直接通道，不再通过第三方转发，大大方便了装置的运行管理和维护。为了提高稳定系统的
8、运行管理水平，在国调中心、三峡电站和三峡梯调分别安装稳定控制集中管理系统SCMS，管理系统主站与各站稳控装置之间通过三峡电网的调度数据网进行通信，对这些装置进行监视，为稳定控制系统的管理、远程维护提供了先进的管理方法，提高了稳控系统的信息化、智能化水平，大大提高了电网管理和事故处理的速度和准确性4。3安控系统的主要功能三峡安控系统需要监视和控制的有以下几个断面，三峡电站4个分厂送出的5个断面，即三龙、三江、峡江、峡葛、峡都这5个断面，4个换流站的直流输送断面，即龙政直流输送断面、江城直流输送断面、宜华直流输送断面、葛南直流输送断面，另外还对龙斗断面、宜江断面也进行了监控。有些断面还考虑正反潮流
9、方向下的不同控制措施；国调中心对三峡发输电系统的电网进行了各种运行方式下的潮流计算分析和稳定分析，对各种运行方式下进行了N-1和N-2故障校核，并根据计算结果，提出了相应的稳定措施，据此确定了各站装置的控制策略表。控制策略表中既考虑了同一送出断面，在各种运行方式下N-1、N-2的故障策略和控制措施，还对相继故障情况下控制措施也进行了考虑，通过切4个电厂的机组和快速的直流调制，来保证系统的稳定运行。受500kV江陵站短路电流水平的制约，丰水期，三峡机组开机方式较大时，三峡左岸500kV母线采取分母运行方式，枯水期，由于开机台数较少，三峡左岸500kV母线合母运行，三峡右岸500kV母线目前维持合
10、母运行方式。根据这种特点，为提高抵御N-2故障能力，若系统发生交流故障需切机时，如左岸和右岸某一电站收到切机命令而机组不够切时，如左岸和右岸分母运行，左岸内部和右岸内部机组不可以互相转切；若左岸和右岸合母运行，左岸内部和右岸内部机组可以互相转切。对于直流闭锁故障，不管是否分合母运行，左岸内部和右岸内部机组可以互相转切，安控系统9个站的功能如下。左一电站检测三龙三回线运行工况，左二电站检测三江三回线运行工况，当这两个电站的装置判出各自三回线出现过载事故、故障跳闸事故情况时，根据故障前线路输送功率的大小、运行方式和发电机运行状态及功率，通过查找控制策略表采取切本站机组、快速调制龙政直流（左一电站的
11、装置）、快速调制江城直流（左二电站的装置）的措施。另外，这两个站的装置还具有高周切机功能。右一电站检测峡江断面二回线、峡葛断面二回线的运行工况，右二电站检测峡都断面三回线的运行工况，当这两个电站的装置判出各自检测的断面出现过载事故、故障跳闸事故情况时，根据故障前线路输送功率的大小、运行方式和发电机运行状态及功率，通过查找控制策略表采取切本站机组、快速调制江城直流（右一电站的装置）、快速调制宜华直流（右二电站的装置）的措施。另外，这两个站的装置还具有高周切机功能。龙泉换流站检测龙斗断面、直流双极的运行工况及龙斗断面过载、交直流故障情况，通过查找控制策略表，向左一、右一电站发送切机命令，调制龙政直
12、流，接收并执行左一电站发来的直流调制命令。江陵换流站检测直流双极的运行工况及直流双极故障情况，通过查找策略表，向左二、右一电站发送切机命令，接收并执行左二和右一电站发来的直流调制命令。宜都换流站检测宜江断面、直流双极的运行工况及宜江断面过载、交直流故障情况，通过查找控制策略表，向左二、右二电站发送切机命令，调制宜华直流，接收并执行右二电站发来的直流调制命令。葛洲坝换流站检测峡葛断面、直流双极的运行工况及峡葛断面过载、交直流故障情况，通过查找控制策略表，向右一电站发送切机命令，调制葛南直流；当峡葛双回线都跳开时，紧急关闭葛南直流。500kV斗笠站本次改造后没有控制功能，仅作备用，但接入相应元件的
13、电气量和跳闸信号接入，以便今后装置功能扩展时使用。对于500kV交流线路的热稳定问题，在每套装置中，对可能存在过载问题的元件都设置相应的过载控制策略，采用了直流调制、切机等措施来消除过载。作为整个三峡发输电系统的第三道防线，防止复杂及多重故障下系统可能出现的失步振荡情况，在川渝-华中断面的龙泉换流站，江陵湖南复兴断面的江陵换流站，通过装设UFV-2F失步解列装置，监视这两个断面的运行情况。一旦检测到失步，立即与对侧的失步解列装置配合动作，将三峡电网与川渝电网、湖南电网解列运行，防止事故范围的扩大。在三峡电站4个分厂的稳控装置，设置了高周切机功能，这4个厂站的装置，通过动作定值和延时的配合，对于
14、电网的直流闭锁及其他故障情况下可能导致三峡发输电系统的高周问题，通过分轮切除在左一、左二、右一、右二电站的机组来解决。4安控系统对元件故障、运行方式的判别安控系统能判别的元件故障类型有：线路的单相瞬时故障、单相永久故障、相间（含三相）故障和无故障跳闸等；对直流双极，能判断单极和双极的闭锁故障。为了防止线路的潮流转移误判为线路无故障跳闸5-6，对双回线运行只判出有一回线路满足无故障跳闸判据时，通过检测另一回线有功功率是否增加来进行防误判断。安控系统对电网相继故障的处理方法如下：装置在一个启动周期（一个5秒整组时间）内如先判出一回线跳闸(包括故障跳闸和无故障跳闸)，根据跳闸前运行方式、跳闸类型、故
15、障前断面潮流的大小，查询策略表，首先执行一回线跳闸的控制措施，如接着又判出另一回线跳闸(包括故障跳闸和无故障跳闸)，装置根据第一次跳闸前运行方式、故障前断面潮流的大小，查询策略表，执行双线跳闸的追加控制措施。如装置在一个启动周期内只判出只有一回线跳闸(包括故障跳闸和无故障跳闸)，执行一回线跳闸的控制策略。一个启动周期后，装置自动进入一回线检修方式（装置从正常方式自动切换为检修方式，此时，装置告警，但不闭锁），如另一回线路跳闸，装置按照检修方式下一回线跳闸执行控制策略。为了减少装置间相互依赖的关系，减少装置间信息的交换量，提高整个安控系统运行的可靠性和可利用率，便于装置的运行和管理，方便装置的投
16、退，安控系统中各站对运行方式的识别全部采取了方式压板,每套装置设计了10个方式压板对应10个运行方式（方式1到方式10），投入相应的方式压板，装置立即进入相应的运行方式。另外，装置在软件设计时，在一定程度上增加了装置对电网运行方式变化的自动适应能力，如装置在正常方式下判出一回线跳闸，一个启动周期后，装置自动切换为一回线检修方式，防止运行人员因来不及切换方式压板而这时又发生相继故障造成装置的拒动或控制策略错误。当装置投入2个或2个以上的方式压板，装置立即发告警信号，闭锁装置。5安控装置与直流输电极控系统的控制接口装置对直流输电系统的双极闭锁故障判断，一般可采用由直流极的功率变送器输出420mA电流信号，经标准电阻取出电压信号，再经隔离，经AD变换后变为数字信号，后由CPU读入，然后计算出直流双极的功率，但在实际工程应用中，通过采集换流变原边侧交流电压电流信号，计算得出有功功率
