安防之家讯：cript>摘 要：介绍了河北南部电网针对系统全停或大面积停电，采取不同启动电源和分区启动的策略，而制订的河北南网黑启动或区外受电启动方案；并对恢复方式中可能出现的自励磁、过电压等问题进行了计算分析。结果表明此方案具有一定的可操作性，可作为系统全停后快速启动的一种应急预案。
关键词：电网;黑启动;系统恢复
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10755.9MW，其中水电101.9MW，火电10654MW。直接接入220kV主网的发电容量为7220MW，接入500kV电网的发电容量为1860MW，接入110kV及以下的直调发电容量为1675.9MW。外购电力指标为840MW（娘子关电厂240MW、河曲电厂450MW、北京150MW）。全网直调发购电容量合计11595.9MW，非直调地方或自备小火电厂装机容量923.7MW，河北南网全口径发购容量合计12519.6MW。
河北南网以220kV与500kV构成主网架，北部通过500kV房保线、保霸线、神保双线与京津唐、山西电网相联，南部通过500kV辛嘉线与华中电网相联，500kV辛聊双回线与山东电网相联。截止到2004年底，全网共运行500kV变电站6座；500kV降压变压器6台，容量4500MVA；500kV输电线路11条（不含网间联络线），总长度1001.662km。220kV变电站67座（包括用户站4[JP2]座）；220kV降压变压器133台，容量18330MV·A；220kV线路159条，总长度5027.287km。
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10489MW。
目前河北南网在安全稳定方面主要存在以下一些问题：
a.500kV主网架薄弱。500kV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500kV辛安开关站和辛廉、辛蔺500kV线路，500kV网架得到了一定加强。但500kV系统还是相对薄弱，500kV和220kV仍维持电磁环网运行。500kV线路停运将引起同断面的220kV线路过极限或造成受端系统电压下降。500kV主变停运将引起相关的其它500kV主变过负荷，或引起所在地区电压下降。cript>
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500kV线路联网，电网稳定水平得到了提高。但是目前500kV联络线还承担着转供电任务，而且220kV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220kV母差保护停运期间，如发生220kV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220kV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500kV站的220kV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500kV电网发展较晚，主力电厂大多接入220kV主网，直接接入500kV的机组不多，仅有3台机，容量为1260MW，规划中的电厂还将有部分机组接入220kV电网。220kV主网联系较强，在500kV网架形成初期，由于可靠性的要求，电网必须采取500kV与220kV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67.4MW。事故情况下如电网需要可带35MW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.500kV房保线（保霸线或神保I、II线）是河北南网与华北主网的500kV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.220kV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220kV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220kV变电站，带一部分重要负荷。
c.220kV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220kV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220kV变电站，带一部分重要负荷和电厂的厂用负荷。cript>
d.500kV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500kV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500kV蔺河变电站，进而启动部分220kV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200MW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125MW大机组提供厂用电。
2.2电网分区情况
按照DL7552001《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］
2.3.1500kV系统
河北南网500kV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220kV系统。500kV系统启动有3种方式。第一，通过辛安500kV站启动；第二，通过房山500kV站（霸州或神头二电厂站）启动；第三，辛安500kV站和房山500kV站同时向河北南网500kV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500kV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500kV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500kV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500kV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500kV系统启动，则4个区域可都并入500kV系统，属一个网，不存在同期并列问题，只要220kV系统适时成环运行即可。如果4个区域不是通过500kV系统启动，或部分不是通过500kV系统启动，则需考虑系统间的同期并列问题。cript>
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500kV线路（有或无高抗），各个母线均不与220kV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500kV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500kV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/T6201997《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500kV站启动。
b.通过房山500kV站启动。
c.辛安与房山500kV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500kV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500kV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：cript>
a.网络N-1故障，500kV、220kV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.500kV线路无故障跳闸。
c.各厂站500kV、220kV、110kV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，500kV线路两侧0.1s跳开；220kV线路两侧0.15s跳开，重合闸时间为1s。
b.母线故障。500kV母线故障、母差保护动作、故障母线出线跳开均用0.1s；220kV母线故障、母差保护动作、故障母线出线跳开均用0.15s。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。
4结论
在厂网分开的新形势下，电网安全还面临一些新的问题。尤其在近期，电网安全运行存在较大的隐患。首先，厂网分开后，电网缺乏保证电网安全的有力调控手段，在网络结构薄弱和部分新投产机组运行不稳定的情况下，一旦大机组故障跳闸或出现网厂不协调问题，容易引发大的电网事故。其次，在实施“西电东送、南北互供、全国联网”的战略过程中，电网必然要经历一个由弱联系到强联系的过程。按目前的电网结构，互联电网的稳定问题比较突出。第三，电网运行的外部环境不佳，经常遭受外力等破坏，严重威胁电网安全。
在这种形势下，类似美、加电网事故造成区域性的大停电在我国发生的可能性不能排除。因此，制订河北南网的黑启动和区外受电启动方案是必要的。经过计算分析，上述河北南网的黑启动和区外受电启动方案是切实可行的，能够满足系统运行需求，对用于应对主网全停事故具有重要意义。
参考文献
［1］张其明，王万军.陕西电网黑启动方案研究［J］.电网技术，2002，（4）.
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