河北省南部电网黑启动方案研究
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关键词：电网;黑启动;系统恢复 Abstract：Based on the situation and features of Southern Hebei Power work, the authors work out blackout startup options supposing the ourrence of the power work blackout,which use various startup power sources and startup the system district by district. The selfexciting, overvoltage and other problems in work restoring process are also calculated and analyzed. This may be a provision scheme for quick startup of the work after system blackout.
Keywords：power work;blackoutstartup;system restoration
0引言
黑启动是指某一电力系统因故障等原因全部停运后，在无外来电源供给的情况下，通过该系统中具有黑启动能力机组的启动，带动其他机组，逐步恢复该系统的运行。
近年来，互联电网规模越来越大，结构日趋合理，网架日益坚强，安全稳定水平得到了很大提高。尽管如此，遇到严重故障时仍有可能引发系统的连锁反应，最终导致系统大面积停电。如2003年的美加大停电、伦敦大停电、悉尼大停电、马来西亚大停电等。这些事故的经验和教训表明，为使电网在大面积停电或全停后能快速有序地恢复，需事先制定黑启动或区外受电启动方案，最大限度地加快恢复速度，最大限度地减少损失。因此，制定电网全停后的黑启动或区外受电启动方案是非常必要的。 1河北省南部电网的现状及特点
截止到2004年底，河北省南部电网（简称河北南网）直调发电装机容量为10 755.9 MW，其中水电101.9 MW，火电10 654 MW。直接接入220 kV主网的发电容量为7 220 MW，接入500 kV电网的发电容量为1 860 MW，接入110 kV及以下的直调发电容量为1 675.9 MW。外购电力指标为840 MW（娘子关电厂240 MW、河曲电厂450 MW、北京150 MW）。全网直调发购电容量合计11 595.9 MW，非直调地方或自备小火电厂装机容量923.7 MW，河北南网全口径发购容量合计12 519.6 MW。
河北南网以220 kV与500 kV构成主网架，北部通过500 kV房保线、保霸线、神保双线与京津唐、山西电网相联，南部通过500 kV辛嘉线与华中电网相联，500 kV辛聊双回线与山东电网相联。截止到2004年底，全网共运行500 kV变电站6座；500 kV降压变压器6台，容量4 500 MVA；500kV输电线路11条（不含网间联络线），总长度1 001.662 km。220 kV变电站67座（包括用户站4[JP2]座）；220 kV降压变压器133台，容量18 330 MV·A；220 kV线路159条，总长度5 027.287 km。
河北南网仍维持南电北送、西电东送的潮流分布格局，全网最高发购电负荷于20041218达到了10 489 MW。
目前河北南网在安全稳定方面主要存在以下一些问题：
a. 500 kV主网架薄弱。500 kV保北、廉州、沧西、蔺河变电站投运后，形成了“十字形”网架。随着全国联网工程的推进，河北南网又投产了500 kV辛安开关站和辛廉、辛蔺500 kV线路，500 kV网架得到了一定加强。但500 kV系统还是相对薄弱，500 kV和220 kV仍维持电磁环网运行。500 kV线路停运将引起同断面的220 kV线路过极限或造成受端系统电压下降。500 kV主变停运将引起相关的其它500 kV主变过负荷，或引起所在地区电压下降。
b. 河北南网与华北主网通过房保、保霸线、神保双回线实现了四回500 kV线路联网，电网稳定水平得到了提高。但是目前500 kV联络线还承担着转供电任务，而且220 kV联络线已解环，受保北主变容量的限制，河北南网实际受电能力有所下降。
c. 系统内220 kV母差保护停运期间，如发生220 kV母线单相短路，系统能够保持稳定。但系统内廉州、蔺河、保北、沧西、许营、铜冶、兆通、羊范、来马、齐村、下庄、永年、武安、留旺、邯峰电厂、上安电厂、石家庄热电厂、邯郸热电厂、马头发电厂等220 kV厂、站的母线，如在发生三相短路故障时快速保护不能正确动作，仍将会导致系统失稳。沧西500 kV站的220 kV母线单母线运行期间，如发生母线故障，衡沧地区的电压将不能恢复，存在电压稳定问题。
d. 部分重要供电区（如石厂小区、微铜小区等）与系统解列后，功率缺额比例很大。此时如小区内电网频率、电压下降过快,将可能发生电网局部地区全停事故。
e. 电网未能实现合理的分层分区。由于河北南网500 kV电网发展较晚，主力电厂大多接入220 kV主网，直接接入500 kV的机组不多，仅有3台机，容量为1 260 MW，规划中的电厂还将有部分机组接入220 kV电网。220 kV主网联系较强，在500 kV网架形成初期，由于可靠性的要求，电网必须采取500 kV与220 kV成电磁环网运行的方式，地区间联络线路较多。一旦电网出现较严重的事故，很难选取较为合适的电网解列点，设置自动解列装置。 2系统恢复方案
2.1启动电源选定结果
根据河北南网的电源结构特点以及启动电源的选择条件，最终选定如下启动电源。
2.1.1黑启动电源
岗南水电厂共有5台机组，总装机容量为67.4 MW。事故情况下如电网需要可带35 MW左右的负荷连续运行，距西柏坡电厂很近，仅有十几千米，可考虑作为启动西柏坡电厂的黑启动电源。
2.1.2区外受电电源
a. 500 kV房保线（保霸线或神保I、II线）是河北南网与华北主网的500 kV联络线。当河北南网发生大面积停电后，如能通过房保线向河北南网提供事故支援，可快速启动保北、廉州、沧西等变电站，为保定、石家庄以及衡沧等地区提供启动电源。
b. 220 kV韩涿Ⅰ、Ⅱ线也是河北南网与华北主网的联络线，正常为开环运行。在电网发生严重事故的情况下，如果220 kV韩涿Ⅰ、Ⅱ线其中的一条能够送电，且华北主网正常，则可启动保定地区的部分220 kV变电站，带一部分重要负荷。
c. 220 kV娘铜Ⅰ、Ⅱ线正常时与山西网开环运行，在电网事故情况下如果220 kV娘铜Ⅰ、Ⅱ线其中的一条能够通过山西电网送电，且山西电网正常，则可启动石家庄地区的部分220 kV变电站，带一部分重要负荷和电厂的厂用负荷。
d. 500 kV辛安变电站是华北、华中联网以及华北与山东联网的枢钮变电站，在电网发生严重事故的情况下，如果500 kV辛安变具备送电条件，且华中或山东电网正常，则可启动邯郸地区的500 kV蔺河变电站，进而启动部分220 kV变电站，带一部分重要负荷和电厂的厂用负荷。
2.1.3其它电源
a. 邯郸热电厂位于邯郸电网的负荷中心，在电网事故情况下靠低周低压解列装置和低周减载装置独立运行后，既可带邯郸地区部分重要负荷，又可向本厂200 MW大机组提供厂用电。
b. 石家庄热电厂位于石家庄电网负荷中心，在电网事故情况下靠低周低压解列装置和低周减载装置独立运行后，既可带石家庄地区部分重要负荷，又可向本厂200MW大机组提供厂用电。
c. 保定热电厂位于保定电网负荷中心，在电网事故情况下靠低周低压解列装置和低周减载装置独立运行后，既可带保定地区部分重要负荷，又可向本厂125 MW大机组提供厂用电。
2.2电网分区情况
按照DL 7552001《电力系统安全稳定导则》的要求，为加速电网全停后的恢复，可将电网分为若干个子系统，分区进行恢复。考虑河北南网主网结构特点和地域分布情况，将其分为邯邢区、石家庄区、保定区、衡沧区，以这4个区为基础，开展电网的恢复工作。
2.3系统启动操作步骤〔1〕
2.3.1500 kV系统
河北南网500 kV系统在系统全停后，如果能及时得到华北主网或华中、山东电网的事故支援，则可快速启动并为各个区域网提供启动电源，进而启动220 kV系统。500 kV系统启动有3种方式。第一，通过辛安500 kV站启动；第二，通过房山500 kV站（霸州或神头二电厂站）启动；第三，辛安500 kV站和房山500 kV站同时向河北南网500 kV系统提供启动电源。
2.3.2邯邢区域小网启动
首先考虑通过500 kV蔺河站启动；第二，考虑通过保留电源如150电厂（或邯郸热电厂）启动。如果这两种方式都不可能，则只能等其它区域启动后给提供启动电源。
2.3.3石家庄区域小网启动
首先考虑通过500 kV廉州站启动；第二，考虑通过山西网娘子关电厂启动；第三，考虑通过岗南电厂黑启动。
2.3.4保定区域小网启动
首先考虑通过500 kV廉州站启动；第二，考虑通过保留电源如保定电厂启动。如果这两种方式都不可能，则只能等其它区域启动后给提供启动电源。
2.3.5衡沧区域小网启动
首先考虑通过500 kV沧西站启动；第二，考虑通过邯邢区启动后，由邯邢区提供启动电源启动。
2.3.6小区域间互联
邯邢区、石家庄区、保定区、衡沧区4个区域在互联前各个子系统应能保持相对稳定，保持系统频率、电压在合格范围。4个区域如果均通过500 kV系统启动，则4个区域可都并入500 kV系统，属一个网，不存在同期并列问题，只要220 kV系统适时成环运行即可。如果4个区域不是通过500 kV系统启动，或部分不是通过500 kV系统启动，则需考虑系统间的同期并列问题。
2.3.7恢复整个系统
恢复整个系统是进一步扩大初次恢复的成果，使系统恢复至正常运行方式或相对正常运行方式状态。与正常送电操作相类似，但要求省调、地调、发电厂、变电站之间必须相互协调配合，确保系统稳定运行。3主要电气计算分析
3.1自励磁问题的计算分析
通过对系统全停后的各种恢复方式进行验算，发电机带线路启动方式下，线路等值电抗均为感性，系统不会发生自励磁情况。只有在邯峰电厂仅连接邯峰－蔺河－廉州－保北500 kV线路（有或无高抗），各个母线均不与220 kV电网相连接的特殊方式下，线路的等值电抗为容性。因此安排河北南网黑启动方式时，应避免出现邯峰电厂带邯峰－蔺河－廉州－保北500 kV线路启动的方式。
3.2过电压计算分析
河北南网黑启动电磁暂态计算分析主要针对500 kV系统采用通用EMTP程序进行计算分析。
3.2.1系统工频过电压
系统工频过电压的计算依据DL/T 6201997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》（简称《标准》）所列出的允许水平，按对母线为1.3倍，对线路为1.4倍的要求考虑。计算的故障形式为：
a. 线路一端无故障断路器三相跳闸。
b. 线路一端单相接地，接地点附近断路器三相跳闸。
3.2.2系统操作过电压
系统操作过电压的计算依据《标准》所列出的允许水平，按线路操作过电压小于2倍系统最高运行电压的要求考虑。操作过电压主要研究：
a. 合空线路断路器三相跳闸。
b. 单相重合闸断路器三相跳闸。
3.2.3计算时考虑的启动方式
计算系统工频过电压和操作过电压，考虑了电网的以下几种启动方式：
a. 通过辛安500 kV站启动。
b. 通过房山500 kV站启动。
c. 辛安与房山500 kV站同时启动。
按照上述条件，对系统工频过电压及操作过电压进行了详细的计算分析。计算结果均未超出《标准》的要求。因此从过电压方面来分析，通过500 kV系统的启动方案是可行的。
3.3系统初步恢复后的稳定性分析
3.3.1计算用基本运行方式
上述电网初步恢复后的电网方式为基本方式，负荷以初步恢复后的电网带初步最小负荷作为计算用基本负荷。考虑与华北主网通过房山－保北500 kV线路相联，与华中电网通过辛安－蔺河相联，河北南网同时与华北、华中相联，河北南网独立运行等不同方式。
3.3.2计算用程序及数学模型
计算程序采用“BPA电力系统分析程序”。河北南网机组采用Ｅq'恒定模型,不考虑调速系统、励磁系统的动态调节作用。负荷模型采用40%恒阻抗、60%恒功率。潮流计算采用牛顿-拉夫逊算法，稳定计算采用梯形积分迭代法。
3.3.3潮流稳定计算准则及故障类型
潮流稳定计算及分析按照DL755-2001《电力系统安全稳定导则》及华北电力调度局颁发的《华北电网安全稳定运行管理规定》的要求进行。故障形态选择为：
a. 网络N-1故障，500 kV、220 kV线路均选用线路送端或受端（对稳定不利的一端）发生单相接地短路跳单相重合。
b. 500 kV线路无故障跳闸。
c. 各厂站500 kV、220 kV、110 kV母线故障。
3.3.4稳定计算用故障切除时间
a. 线路故障考虑全线有快速保护，500 kV线路两侧0.1 s跳开；220 kV线路两侧0.15 s跳开，重合闸时间为1 s。
b. 母线故障。500 kV母线故障、母差保护动作、故障母线出线跳开均用0.1 s；220 kV母线故障、母差保护动作、故障母线出线跳开均用0.15 s。母线故障考虑单相故障形态。
3.3.5潮流稳定计算主要结论
a. 按照黑启动的控制策略，主网初步恢复后系统潮流电压均能够满足运行要求，没有过电压、过电流情况发生。
b. 按照主网初步恢复后的系统稳定性校核，系统具有一定的稳定裕度，系统发生单瞬故障不会造成稳定破坏。 [1][2]下一页