電網(wǎng)新設(shè)備啟動(dòng)方案范文

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《國(guó)家電網(wǎng)雜志》2014年第六期

1新設(shè)備啟動(dòng)方案概述

1.1啟動(dòng)方案一如圖1所示，A站為送電變電站，接線方式為雙母線接線。B站為新建待送電變電站，也為雙母線接線，兩站之間的聯(lián)絡(luò)線亦為新建線路。在新設(shè)備啟動(dòng)送電前，啟動(dòng)方案一(以下簡(jiǎn)稱(chēng)方案一)是將A站待送電線路開(kāi)關(guān)所在的Ⅰ母線騰空，投入母聯(lián)開(kāi)關(guān)的過(guò)流保護(hù)，為防止母線差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作，須停用母線差動(dòng)保護(hù)，投入新線路開(kāi)關(guān)的后備保護(hù)。如圖1所示，新建線路及B變電站的送電操作如下：（1）將A站Ⅰ母線上所有運(yùn)行開(kāi)關(guān)倒至Ⅱ母線運(yùn)行。（2）將A站Ⅱ母線出線對(duì)側(cè)開(kāi)關(guān)線路保護(hù)中的后備保護(hù)時(shí)間定值按系統(tǒng)需求調(diào)整。（3）投入A站母聯(lián)開(kāi)關(guān)的過(guò)流保護(hù)。（4）停用A站母線差動(dòng)保護(hù)。（5）投入A站新線路開(kāi)關(guān)后備保護(hù)。（6）對(duì)新設(shè)備進(jìn)行沖擊試驗(yàn)、保護(hù)帶負(fù)荷測(cè)相量試驗(yàn)。此方案是220kV新設(shè)備啟動(dòng)的傳統(tǒng)方案。該方案的特點(diǎn)是新線路在沖擊和試驗(yàn)期間，有兩級(jí)保護(hù)。新線路發(fā)生故障時(shí)即使線路開(kāi)關(guān)(或其保護(hù))拒動(dòng)，母聯(lián)開(kāi)關(guān)過(guò)流保護(hù)也能動(dòng)作隔離故障點(diǎn)，不影響運(yùn)行線路?？梢钥闯?，A站母聯(lián)開(kāi)關(guān)及其過(guò)流保護(hù)在此是作為新設(shè)備啟動(dòng)時(shí)的總后備。

1.2啟動(dòng)方案二如圖2所示，啟動(dòng)方案二(以下簡(jiǎn)稱(chēng)方案二)是在送電側(cè)變電站(A站)保持正常的雙母線接線，直接由新線路開(kāi)關(guān)對(duì)新設(shè)備沖擊送電。該方案要求新線路開(kāi)關(guān)及其保護(hù)在新設(shè)備故障時(shí)能可靠動(dòng)作。由于新線路開(kāi)關(guān)的保護(hù)裝置二次電流、電壓回路極性確性無(wú)法確認(rèn)，因此涉及新線路開(kāi)關(guān)的主保護(hù)及后備距離保護(hù)無(wú)法正常投入，需投入其過(guò)流保護(hù)。該方案仍需停用送電側(cè)變電站的母線差動(dòng)保護(hù)，同時(shí)投入該變電站母聯(lián)開(kāi)關(guān)的過(guò)流保護(hù)，保證一條母線故障時(shí)能夠解列母線，保護(hù)另外一條母線正常運(yùn)行。本方案中，新線路開(kāi)關(guān)的過(guò)流保護(hù)有兩種方法可供選擇，一種是投入其線路保護(hù)中的PT斷線過(guò)流保護(hù)，或者是加裝臨時(shí)過(guò)流保護(hù)裝置。如圖2所示，新線路開(kāi)關(guān)及B變電站送電操作如下：（1）將A站Ⅱ母線出線對(duì)側(cè)開(kāi)關(guān)線路保護(hù)中的后備保護(hù)保護(hù)時(shí)間定值按系統(tǒng)需求調(diào)整。（2）投入A站母聯(lián)開(kāi)關(guān)的過(guò)流保護(hù)。（3）停用A站母線差動(dòng)保護(hù)。（4）投入A站新線路開(kāi)關(guān)過(guò)流保護(hù)(臨時(shí)過(guò)流或PT斷線過(guò)流)。（5）調(diào)整A站Ⅰ母線運(yùn)行線路對(duì)側(cè)開(kāi)關(guān)后備保護(hù)。（6）對(duì)新設(shè)備進(jìn)行沖擊試驗(yàn)、保護(hù)帶負(fù)荷測(cè)相量試驗(yàn)。該方案在對(duì)新線路開(kāi)關(guān)沖擊或試驗(yàn)時(shí)，對(duì)發(fā)生在新設(shè)備上的故障由本側(cè)線路開(kāi)關(guān)隔離故障點(diǎn)，對(duì)發(fā)生在新線路開(kāi)關(guān)所聯(lián)接母線上的故障由母聯(lián)開(kāi)關(guān)及該母線上其余運(yùn)行線路對(duì)側(cè)開(kāi)關(guān)隔離故障點(diǎn)。

2啟動(dòng)方案風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法

故障樹(shù)分析法是非常靈活和實(shí)用的復(fù)雜系統(tǒng)可靠性分析方法，其最早是于1961年由貝爾實(shí)驗(yàn)室的沃特森提出，該方法已經(jīng)被應(yīng)用于各種復(fù)雜系統(tǒng)的分析[12]。通常，將特別關(guān)心的系統(tǒng)失效事件定義為故障樹(shù)頂事件。通過(guò)對(duì)故障樹(shù)頂事件的分解，定義可能導(dǎo)致頂事件的各分支事件，各分支事件繼續(xù)進(jìn)行分解直至不能分解或能夠簡(jiǎn)化的基本事件。根據(jù)各分支事件以及基本事件和故障樹(shù)頂事件的關(guān)系構(gòu)建故障樹(shù)。故障樹(shù)分析法能夠圖形化地反映各基本事件的關(guān)系以及各基本事件與故障樹(shù)頂事件的邏輯聯(lián)系。將各基本事件通過(guò)概率量化之后，故障樹(shù)分析法能夠快速地定量分析故障樹(shù)頂事件發(fā)生的概率。在電網(wǎng)新設(shè)備啟動(dòng)過(guò)程中，首要考慮的是電網(wǎng)安全性。而電網(wǎng)安全性實(shí)際上存在著兩個(gè)約束條件。其一是電力系統(tǒng)穩(wěn)定性，該約束條件要求電力系統(tǒng)生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中要最大程度地保證電力系統(tǒng)不失去穩(wěn)定[13]，這是個(gè)邏輯性約束條件，該條件只有穩(wěn)定和不穩(wěn)定兩種狀態(tài)。其二是負(fù)荷的損失，該約束條件要求在電力系統(tǒng)生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中要最大程度地保證供電的延續(xù)性。這是個(gè)數(shù)值性約束條件，供電損失只有達(dá)到一定量和持續(xù)時(shí)間時(shí)才能成為約束條件。根據(jù)這兩個(gè)電力系統(tǒng)安全性約束條件，可定義故障樹(shù)頂事件。

2.1事件定義為了用故障樹(shù)法分析上述兩種方案，針對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行安全性的約束條件。在此，定義故障樹(shù)頂事件為單一故障引起的雙母線失電。雙母線失電是指運(yùn)行電網(wǎng)的雙母線失電，包括送電變電站A站的雙母線失電或由A站母線故障引起的A站單母線失電和與A站相鄰的變電站單母線失電。雙母線失電超出了電網(wǎng)N-1穩(wěn)定控制要求[13]，可能導(dǎo)致系統(tǒng)失穩(wěn)或聯(lián)鎖故障，并可能引起主變失電，造成負(fù)荷損失。對(duì)方案一，按上述故障樹(shù)頂事件的定義，可能導(dǎo)致頂事件發(fā)生的基本事件有A站Ⅱ母線故障。當(dāng)A站Ⅱ母線故障，其出線對(duì)側(cè)若有開(kāi)關(guān)拒動(dòng)，則其相鄰站將有母線失電，因此A站Ⅱ母線出線對(duì)側(cè)開(kāi)關(guān)(或保護(hù))拒動(dòng)亦為基本事件。A站雙母線同時(shí)跳閘可分解為母聯(lián)開(kāi)關(guān)(或保護(hù))拒動(dòng)、Ⅰ母線故障、新設(shè)備靠Ⅰ母線側(cè)故障、母聯(lián)死區(qū)故障、新設(shè)備靠線路側(cè)故障、新線路開(kāi)關(guān)(或保護(hù))拒動(dòng)等基本事件。針對(duì)方案二，因存在運(yùn)行線路在送電的Ⅰ母線上。因此當(dāng)新設(shè)備線路側(cè)故障時(shí)一旦新線路開(kāi)關(guān)(或保護(hù))拒動(dòng)，需要Ⅰ母線上所聯(lián)接的設(shè)備對(duì)側(cè)開(kāi)關(guān)和母聯(lián)開(kāi)關(guān)同時(shí)動(dòng)作方能隔離故障。因此定義A站Ⅰ母線對(duì)側(cè)開(kāi)關(guān)(或保護(hù))拒動(dòng)為一基本事件。將兩種方案中定義的基本事件編號(hào)如表1所示。故障樹(shù)頂事件用Et表示，其樹(shù)生概率用pt。對(duì)表1中的基本事件，用pn表示相應(yīng)En事件發(fā)生的概率。對(duì)A站Ⅰ母線對(duì)側(cè)開(kāi)關(guān)(或保護(hù))拒動(dòng)這一基本事件，其發(fā)生概率為所有A站Ⅰ母線出線對(duì)側(cè)開(kāi)關(guān)(或保護(hù))拒動(dòng)概率的和，設(shè)開(kāi)關(guān)數(shù)量為m，任一開(kāi)關(guān)(或保護(hù))拒動(dòng)概率為p8，則該事件(E8)對(duì)應(yīng)概率可表示為m•p8。對(duì)基本事件E9可同樣定義。

2.2構(gòu)建故障樹(shù)由表1定義的基本事件及方案一接線示意圖2，采用自頂向下設(shè)計(jì)方法[14]可構(gòu)建方案一的故障樹(shù)如圖3所示。首先，對(duì)方案一，在啟動(dòng)過(guò)程中，其電源均是在Ⅱ母線上，因此其故障樹(shù)頂事件有三個(gè)分支：A站母聯(lián)死區(qū)故障E3，A站Ⅱ母線故障E2且A站Ⅱ母線對(duì)側(cè)開(kāi)關(guān)(或保護(hù))拒動(dòng)E9，及A站Ⅰ母線側(cè)故障而母聯(lián)開(kāi)關(guān)(或保護(hù))拒動(dòng)E6。而A站Ⅰ母線側(cè)故障繼續(xù)分解為三個(gè)分支，即A站Ⅰ母線故障E1、A站新設(shè)備靠Ⅰ母線側(cè)故障E4、新設(shè)備線路側(cè)故障E5且A站新線路開(kāi)關(guān)(或保護(hù))拒動(dòng)E7。圖3中所示的邏輯與門(mén)為表示輸入之間是需要同時(shí)發(fā)生才有輸出，邏輯或門(mén)表示輸入之間有任一個(gè)發(fā)生即有輸出。Et1表示方案一的故障樹(shù)頂事件。式(2)中的5項(xiàng)即為方案一故障樹(shù)頂事件的最小割集。假設(shè)各最小割集相互獨(dú)立則可以得出故障樹(shù)頂事件發(fā)生的概率。將相應(yīng)事件發(fā)生的概率代入可得(設(shè)運(yùn)行于Ⅱ母線上的開(kāi)關(guān)數(shù)為z)：由表1及方案二接線圖2，采用自頂向下設(shè)計(jì)方法[14]可構(gòu)建方案二的故障樹(shù)如圖4所示。對(duì)方案二，故障樹(shù)頂事件也可分解為三個(gè)分支：A站母聯(lián)死區(qū)故障E3分支，A站Ⅰ母線側(cè)故障且相應(yīng)開(kāi)關(guān)(或保護(hù))拒動(dòng)分支，A站Ⅱ母線故障E2且相應(yīng)開(kāi)關(guān)(或保護(hù))拒動(dòng)分支。A站Ⅰ母線側(cè)故障繼續(xù)分解為三個(gè)分支，即A站Ⅰ母線故障E1、A站新設(shè)備靠Ⅰ母線側(cè)故障E4、新設(shè)備靠線路側(cè)故障E5且A站新線路開(kāi)關(guān)(或保護(hù))拒動(dòng)E7。對(duì)Ⅰ母線側(cè)故障，可能引起故障樹(shù)頂事件的是A站母聯(lián)開(kāi)關(guān)拒動(dòng)E6或A站Ⅰ母線出線對(duì)側(cè)開(kāi)關(guān)(或保護(hù))拒動(dòng)E8。對(duì)Ⅱ母線故障，可能引起故障樹(shù)頂事件的是A站母聯(lián)開(kāi)關(guān)拒動(dòng)E6或A站Ⅱ母線出線對(duì)側(cè)開(kāi)關(guān)(或保護(hù))拒動(dòng)E9．按前述分析，得出方案二故障樹(shù)頂事件的最小割集，并將相應(yīng)事件的概率代入可得故障樹(shù)頂事發(fā)生的概率。設(shè)聯(lián)接Ⅰ母線上的運(yùn)行開(kāi)關(guān)數(shù)為x，聯(lián)接于Ⅱ母線上的運(yùn)行開(kāi)關(guān)數(shù)為y。

2.3兩方案風(fēng)險(xiǎn)性比較及方案選擇為定量分析兩種方案的風(fēng)險(xiǎn)大小，我們只需要考慮兩種方案故障樹(shù)頂事件發(fā)生的概率大小即可。因此，令式(3)與式(5)相減。由式(8)可知，針對(duì)穩(wěn)定性約束條件，方案二故障樹(shù)的頂事件發(fā)生概率大于方案一故障樹(shù)頂事件發(fā)生概率。同時(shí)，也可以看出，方案二較方案一風(fēng)險(xiǎn)較大的事件均為二階以上事件，即需要兩個(gè)以上基本事件同時(shí)發(fā)生才可能出現(xiàn)，在系統(tǒng)中這些均為極小概率事件。另一方面，對(duì)方案一，該方案在新設(shè)備啟動(dòng)之前需要進(jìn)行送電變電站倒母線操作。將所有運(yùn)行開(kāi)關(guān)全部倒至一條母線改變了電網(wǎng)的正常運(yùn)行方式。為了滿(mǎn)足第一級(jí)安全穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)[13]，此時(shí)有可能采取限負(fù)荷，限發(fā)電出力的控制措施。當(dāng)限負(fù)荷占地區(qū)用電比例較高，超過(guò)社會(huì)承受能力時(shí)，方案一將失去其優(yōu)越性，方案二可成為首選方案。

3風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法在啟動(dòng)方案設(shè)計(jì)上的應(yīng)用

某地區(qū)新建220kV變電站，需要某220kV樞紐變電站通過(guò)新建線路對(duì)其送電。該樞紐變?yōu)殡p母線接線，如圖5所示。由前文分析，從安全性考慮，應(yīng)采用方案一騰空Ⅰ母線進(jìn)行送電。事實(shí)情況是，該變電站投運(yùn)正值迎峰度夏前，該地區(qū)用地負(fù)荷已大幅增加，如將Ⅰ母線上所有出線開(kāi)關(guān)倒至Ⅱ母線運(yùn)行，根據(jù)電網(wǎng)N-1穩(wěn)定要求[13]，需要在該地區(qū)限制用電近300MW，而該地區(qū)總負(fù)荷約在1200MW，所限負(fù)荷近該地區(qū)用電負(fù)荷25％，將極大影響當(dāng)?shù)厣鐣?huì)的生產(chǎn)與人民生活。供電持續(xù)性無(wú)法正常滿(mǎn)足，限負(fù)荷超出了社會(huì)承受能力，需要考慮方案二做為替代方案。式(8)可知，為降低方案二的風(fēng)險(xiǎn)，一是降低該樞紐變母聯(lián)開(kāi)關(guān)(或保護(hù))的拒動(dòng)概率，另一個(gè)措施是提高該樞紐變Ⅰ母線對(duì)側(cè)開(kāi)關(guān)在新線路開(kāi)關(guān)(或保護(hù))拒動(dòng)的情況下的正確動(dòng)作概率。通過(guò)調(diào)整母聯(lián)開(kāi)關(guān)的過(guò)流保護(hù)定值以及Ⅰ母線出線對(duì)側(cè)開(kāi)關(guān)的距離Ⅱ段和Ⅲ段的定值，確保當(dāng)故障發(fā)生在新線路的末端或被送變電站的母線上時(shí)，母聯(lián)開(kāi)關(guān)過(guò)流保護(hù)以及Ⅰ母線出線對(duì)側(cè)開(kāi)關(guān)距離II段和Ⅲ段的保護(hù)均有靈敏度。通過(guò)方案優(yōu)化，該新建220kV變電站采用方案二順利完成了投運(yùn)工作。

4結(jié)論

以上將故障樹(shù)分析法及概率分析法相結(jié)合，對(duì)電網(wǎng)新設(shè)備啟動(dòng)時(shí)可能采用的兩種方案進(jìn)行了風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及定量分析。通過(guò)分析可以看出，在倒母線無(wú)需大量限負(fù)荷或限負(fù)荷可承受的情況下，應(yīng)選擇安全性更高的方案一。否則，當(dāng)限負(fù)荷超過(guò)承受能力時(shí)，可選擇方案二。通過(guò)本文的方法，在電網(wǎng)新設(shè)備啟動(dòng)的新方案設(shè)計(jì)時(shí)均可對(duì)相應(yīng)的方案進(jìn)行安全性的定量分析。這種分析可以是比較性的，也可以根據(jù)可靠性研究的一二次設(shè)備基礎(chǔ)數(shù)據(jù)[15]直接代入相應(yīng)指標(biāo)性數(shù)值，從而得出新方案針對(duì)實(shí)際情況的風(fēng)險(xiǎn)概率，提高新設(shè)備啟動(dòng)過(guò)渡過(guò)程中電網(wǎng)運(yùn)行的安全性及運(yùn)行效率。

作者：王海港胡曉飛曹凱麗謝民孫月琴單位：安徽省電力公司