NorthChinaElectricPowerUniversity電氣與電子工程學(xué)院

現(xiàn)代電網(wǎng)運(yùn)行技術(shù)第三章提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施五、安全自動(dòng)控制裝置的應(yīng)用（安全穩(wěn)定控制裝置、穩(wěn)定控制裝置、安控裝置、穩(wěn)控裝置、安自裝置）第三章提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施

安全自動(dòng)裝置的研究和應(yīng)用是隨著電網(wǎng)的不斷發(fā)展而發(fā)展的一種提高電網(wǎng)安全、穩(wěn)定水平的輔助技術(shù)。這種輔助技術(shù)是以提高系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定水平為主要目的，所以我們把這一類裝置也叫做安全、穩(wěn)定控制裝置（安自裝置或安控裝置）。第三章提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施

當(dāng)我們對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算分析后，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)在某種運(yùn)行方式存在穩(wěn)定問題或過負(fù)荷等問題，而一次系統(tǒng)無法解決或時(shí)間不允許時(shí)，我們就要求助于二次系統(tǒng)來解決。第三章提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施

穩(wěn)定控制早期使用的就是我們前面講的簡單的分散的就地控制。這種技術(shù)的發(fā)展一是隨著電網(wǎng)的發(fā)展對(duì)安全、穩(wěn)定控制提出新的要求，二是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，使一些較為復(fù)雜的控制功能得以實(shí)現(xiàn)。目前，我們國內(nèi)已經(jīng)投入運(yùn)行或正在研究實(shí)施的安全穩(wěn)定控制裝置按其實(shí)現(xiàn)手段、智能化水平可分為四種類型，第三章提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施1、邏輯式安控裝置

邏輯式切負(fù)荷、切機(jī)裝置的原理較為簡單，裝置通常以某一個(gè)電廠或某一個(gè)變電站保護(hù)和開關(guān)動(dòng)作信息作為裝置的啟動(dòng)信號(hào)，根據(jù)機(jī)組或線路保護(hù)和開關(guān)動(dòng)作的多少，經(jīng)邏輯電路進(jìn)行邏輯判別，下達(dá)若干個(gè)命令（切負(fù)荷、切機(jī)）。

第三章提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施命令一般2～3級(jí)，通過載波或微波通道將命令送到執(zhí)行端，執(zhí)行端收到切機(jī)切負(fù)荷命令后，經(jīng)過邏輯判斷（加就地判別）跳開相應(yīng)的出線開關(guān)，切除一定數(shù)量的負(fù)荷或電源。各點(diǎn)的邏輯裝置中，有許多壓板可隨時(shí)投運(yùn)或退出。第三章提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施

邏輯式遠(yuǎn)方安控裝置是國內(nèi)使用較早的安全穩(wěn)定控制裝置，它是由晶體管邏輯電路組成。第三章提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施

七十年代湖北電網(wǎng)就開始使用邏輯式安控裝置，用于丹江水電機(jī)組或送出線發(fā)生故障時(shí)，遙切湖北東部地區(qū)負(fù)荷。到八十年代為解決葛洲壩電廠電力送出問題，裝設(shè)規(guī)模更大的邏輯聯(lián)切裝置，當(dāng)葛洲壩出線發(fā)生故障跳閘時(shí)，遙切湖北中部和河南中北部負(fù)荷，形成了華中電網(wǎng)的邏輯式安全穩(wěn)定控制裝置系統(tǒng)。第三章提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施

邏輯式安控裝置最大的缺點(diǎn)是，裝置不能采集系統(tǒng)的實(shí)際信息，不能根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際情況進(jìn)行判別，只能根據(jù)保護(hù)和開關(guān)的動(dòng)作信號(hào)作為啟動(dòng)信號(hào)，再根據(jù)邏輯判別和就地信號(hào)，啟動(dòng)安控裝置動(dòng)作。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行方式變化時(shí)，由運(yùn)行人員進(jìn)行投退壓板。第三章提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施事例：80年代陜西電網(wǎng)曾經(jīng)運(yùn)行一套邏輯判別安控裝置，如圖：第三章提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施問題：

當(dāng)碧口水電廠、石泉水電廠2--3臺(tái)機(jī)組運(yùn)行時(shí)，220KV洋周線單相瞬時(shí)故障，陜南電網(wǎng)與系統(tǒng)失步；洋周線單相永久或三相故障系統(tǒng)失步，且110KV略馬線過負(fù)荷。第三章提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施解決辦法：當(dāng)220KV洋周線單相瞬時(shí)故障，需要遠(yuǎn)方切碧口水電廠1--2臺(tái)機(jī)組和石泉1--2臺(tái)機(jī)組；當(dāng)220KV洋周線單相永久或三相故障需遠(yuǎn)方切除碧口1-2臺(tái)機(jī)組和石泉1-2臺(tái)機(jī)組，同時(shí)解列110KV略馬線。第三章提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施為解決以上問題，裝設(shè)邏輯式安控裝置。裝置共分四套，采用邏輯判別，主站在洋縣，當(dāng)洋周線保護(hù)和開關(guān)動(dòng)作，分別向石泉發(fā)信（開關(guān)量），經(jīng)勉縣變向碧口水電廠發(fā)信（開關(guān)量）。碧口和石泉水電廠根據(jù)開機(jī)方式，運(yùn)行人員投退壓板。當(dāng)3臺(tái)機(jī)運(yùn)行時(shí)投切2臺(tái)機(jī)壓板，2臺(tái)機(jī)運(yùn)行時(shí)投1臺(tái)切機(jī)壓板。

第三章提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施略馬線略陽側(cè)裝設(shè)過負(fù)荷解列裝置，采用就地判別，當(dāng)裝置檢測出略馬線過負(fù)荷電流值達(dá)到整定值時(shí)，裝置動(dòng)作，跳開略馬線。該裝置為碧口水電廠和石泉水電廠在豐水季節(jié)的水電送出起到了很大的作用,但一直未動(dòng)作。第三章提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施2、初級(jí)智能型微機(jī)安控裝置

初級(jí)智能型安控裝置有一個(gè)主裝置和若干個(gè)子裝置組成，主裝置具有一定的智能性，由計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，它可根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況，經(jīng)過一定的智能判斷，決定是否要啟動(dòng)切機(jī)或切負(fù)荷裝置，然后發(fā)出切機(jī)或切負(fù)荷命令。第三章提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施如判斷事故前故障元件的輸送功率，且三相開關(guān)跳開，或功率突變量。第三章提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施各子裝置仍然是邏輯式的，裝在切機(jī)或切負(fù)荷的執(zhí)行端，由一定的邏輯電路組成，當(dāng)裝置收到經(jīng)通道傳送的切機(jī)或切負(fù)荷指令后，經(jīng)過邏輯判斷，跳開相應(yīng)的線路開關(guān)，切除一定量的機(jī)組或負(fù)荷。第三章提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施

初級(jí)智能型微機(jī)安控裝置與邏輯式安控裝置比較：由于它具備一定的智能化，當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行方式變化時(shí)，它能適應(yīng)運(yùn)行方式的變化并根據(jù)實(shí)際潮流情況做出正確判斷，給生產(chǎn)運(yùn)行人員帶來很大方便。第三章提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施

但是，由于初級(jí)智能型微機(jī)安控裝置只采集一個(gè)點(diǎn)的狀態(tài)信息（主站安裝處），不能采集系統(tǒng)多處狀態(tài)信息，而且只接收或傳送單方向的跳閘信號(hào)，主站給子站發(fā)信，不知子站是否收到，所以它對(duì)系統(tǒng)的判別是不全面的。第三章提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施

不能進(jìn)行優(yōu)化切機(jī)或切負(fù)荷。由于切機(jī)或切負(fù)荷量是由離線仿真計(jì)算得到的，必然與實(shí)際運(yùn)行情況有誤差，因此一般偏于保守，切負(fù)荷量較大。另外，該裝置使用范圍有一定的局限性，不能很好的完成區(qū)域電網(wǎng)的穩(wěn)定控制。第三章提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施事例：2001年甘肅碧口地區(qū)電網(wǎng)220KV碧成線安全自動(dòng)裝置就屬于該型安控裝置，如圖：第三章提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施碧口地區(qū)電網(wǎng)存在如下穩(wěn)定問題：1）當(dāng)220KV碧成線在一定的輸送功率下，發(fā)生單相瞬時(shí)故障，需立即切除碧口電廠一臺(tái)機(jī)，方可保持該系統(tǒng)的穩(wěn)定。2）當(dāng)碧成線因故障三相跳開，碧口水電廠頻率過高，需切除并入碧成線運(yùn)行機(jī)組的其中一臺(tái)，可保持碧口水電廠機(jī)組的穩(wěn)定。第三章提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施3）在碧成線重負(fù)荷方式下，成縣變一臺(tái)變壓器故障跳開，需碧口水電廠壓出力或切除碧口水電廠1臺(tái)機(jī)組。4）當(dāng)碧成線按靜穩(wěn)定水平運(yùn)行時(shí)，該系統(tǒng)發(fā)生任意故障均會(huì)造成碧口水電廠機(jī)組與甘肅主網(wǎng)失穩(wěn)，需解列碧成線。5）在碧成線重負(fù)荷，江洛、長道負(fù)荷較輕時(shí)，若110KV江天、長七線其中一回線跳閘，會(huì)造成另一回線路過負(fù)荷，必要時(shí)需跳開非故障線路。第三章提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施為了解決以上問題，保證碧口電廠在豐水期功率順利送出，在碧成線裝設(shè)了安全自動(dòng)裝置，考慮到該地區(qū)的通信通道為載波通道，可靠性相對(duì)較差，但計(jì)算機(jī)技術(shù)已得到長足的發(fā)展，確定采用初級(jí)智能型微機(jī)安控裝置。第三章提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施1）為解決碧口單相瞬時(shí)故障時(shí)碧成線的穩(wěn)定問題，提高碧成線暫態(tài)穩(wěn)定水平，在碧口電廠裝設(shè)連鎖切機(jī)裝置。功能：監(jiān)視碧成線輸送功率，當(dāng)碧成線P≥某一功率值（160MW），若碧成線發(fā)生單相瞬時(shí)故障，在繼電保護(hù)和開關(guān)動(dòng)作的同時(shí)（單相跳開），聯(lián)切碧口水電廠一臺(tái)機(jī)。第三章提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施2）為解決碧成線因故障三相跳開后，碧口水電廠頻率過高問題，在碧口水電廠裝設(shè)高頻切機(jī)裝置。該裝置取頻率上線為51.5HZ(當(dāng)?shù)刂?,，當(dāng)機(jī)組頻率達(dá)到整定值時(shí)，切碧口水電廠一臺(tái)機(jī)組。

第三章提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施3）為解決豐水期碧成線按靜穩(wěn)定水平運(yùn)行時(shí)，該系統(tǒng)發(fā)生任意故障時(shí)的穩(wěn)定問題，在碧口水電廠裝設(shè)振蕩解列裝置。當(dāng)碧口水電廠機(jī)組與主系統(tǒng)間發(fā)生振蕩時(shí)，解列碧成線。

第三章提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施4）為解決碧成線在重負(fù)荷下，成縣變一臺(tái)主變故障，另一臺(tái)主變過負(fù)荷問題，在成縣變電站裝設(shè)過載遠(yuǎn)方切機(jī)裝置；在碧口水電廠振蕩解列裝置增設(shè)切機(jī)和壓出力功能。功能：監(jiān)視該站兩臺(tái)主變的運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)其中一臺(tái)跳閘時(shí)，另一臺(tái)主變出現(xiàn)過載，則根據(jù)過載情況通過載波通道向碧口水電廠振蕩解列裝置發(fā)出壓出力或切機(jī)命令；當(dāng)發(fā)出壓出力或切機(jī)命令后，如果在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)過載沒有消除（可能通道等有問題），則直接跳開過載主變的220KV側(cè)開關(guān)。第三章提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施5）為解決碧成線重負(fù)荷情況下，110KV江天、長七線一回線跳閘，另一回線可能過負(fù)荷問題，在江洛和長道變電站各裝設(shè)一套過載解列裝置。功能：監(jiān)視江天線、長七線運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)由于一回線跳閘引起另一回線路過載時(shí)，根據(jù)過載情況向線路的本站側(cè)發(fā)告警或解列命令。如果在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)過載沒有消除，則發(fā)出命令跳開該線路的背側(cè)線路。第三章提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施為解決以上5種問題，碧成線安全自動(dòng)裝置包括：碧口水電廠振蕩解列、過頻切機(jī)、線路保護(hù)動(dòng)作聯(lián)切機(jī)組、接收成縣變信號(hào)壓出力或切機(jī)裝置；成縣變電站過載遠(yuǎn)方壓出力、切機(jī)裝置；長道和江洛變電站過載解列裝置。以上裝置均為微機(jī)型裝置。由于裝置只接收或傳送單方向的動(dòng)作信號(hào)，因此為初級(jí)智能型安控裝置。

第三章提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施3較高級(jí)智能（中級(jí)智能）型安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)——依賴于計(jì)算機(jī)和通訊

較高級(jí)智能型微機(jī)切負(fù)荷穩(wěn)定控制系統(tǒng)是一個(gè)集中、分散型控制系統(tǒng)，一般由一個(gè)主站和若干個(gè)子站、終端站（沒有控制功能，只有執(zhí)行功能）構(gòu)成。第三章提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施

主站設(shè)在樞紐變電站或處于樞紐位置的大型發(fā)電廠，負(fù)責(zé)匯總各站的運(yùn)行工況信息，進(jìn)行分析，識(shí)別區(qū)域電網(wǎng)運(yùn)行方式。并根據(jù)已存入的控制策略表相比較，進(jìn)行實(shí)時(shí)判斷和決策，向各子站、終端站發(fā)出控制命令，指示各子站對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行控制（切機(jī)、切負(fù)荷等）。第三章提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施

較高級(jí)智能型微機(jī)切負(fù)荷控制系統(tǒng)對(duì)通道要求較高，通道分為命令通道和數(shù)據(jù)通道，所有命令都是雙方向工作，用于主站向子站下達(dá)控制命令，子站向主站傳送執(zhí)行情況（主要開關(guān)量信息）。第三章提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施較高級(jí)智能型微機(jī)安控系統(tǒng)采用“控制策略表”進(jìn)行實(shí)時(shí)決策，控制系統(tǒng)的智能化和很高的實(shí)時(shí)性是靠存放在主站計(jì)算機(jī)內(nèi)的一張“控制策略表”來實(shí)現(xiàn)的。所謂控制策略表，是事先對(duì)電網(wǎng)各種可能的運(yùn)行方式和故障類型進(jìn)行預(yù)想，并進(jìn)行大量的離線方式計(jì)算，求出相應(yīng)的控制措施，然后制成表格形式存放在計(jì)算機(jī)中。第三章提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施

當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，計(jì)算機(jī)利用采集到的正常運(yùn)行方式信息和故障信息，采取“對(duì)號(hào)入座”的方式直接查找控制策略表，求得相應(yīng)的控制措施，給各子站發(fā)出相應(yīng)的切機(jī)或切負(fù)荷命令。第三章提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施

為了增加切機(jī)或切負(fù)荷控制系統(tǒng)的可靠性，不論是主站還是子站，控制啟動(dòng)都分為通道正常和不正常兩種情況。通道正常時(shí)，控制由主站發(fā)出的信號(hào)啟動(dòng)，并用當(dāng)?shù)匦盘?hào)進(jìn)行校核。通道不正常時(shí)，各裝置以當(dāng)?shù)匦盘?hào)校核條件作為啟動(dòng)條件。第三章提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施比較：較高級(jí)智能型微機(jī)安控系統(tǒng)與邏輯式、初級(jí)式安控裝置相比較，由于它是多點(diǎn)采集信息并按照控制策略表進(jìn)行實(shí)時(shí)判斷，因此它能較全面的對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行方式和故障狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)識(shí)別，由控制策略表得到的控制量相對(duì)較精確、智能水平相對(duì)較高。第三章提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施但控制策略表的確定是通過離線仿真計(jì)算分析及實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)確定的，因此和實(shí)際系統(tǒng)運(yùn)行方式有一定的差距，使實(shí)際控制不可避免的存在誤差。并且當(dāng)電網(wǎng)發(fā)展變化時(shí)，需要對(duì)控制策略表進(jìn)行修正，工作量非常大，往往會(huì)出現(xiàn)控制策略表的修正趕不上電網(wǎng)變化情況，使控制措施之間的協(xié)調(diào)和優(yōu)化難于實(shí)現(xiàn)。第三章提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施

a）南方互聯(lián)電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)（1994年投入使用），如圖：第三章提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施南方電網(wǎng)經(jīng)500KV線路，將天生橋和巖灘等水電廠的電力送到廣東、貴州等地。500KV線路除平--巖--來環(huán)網(wǎng)外，有兩條聯(lián)絡(luò)線為單回線，500KV平--巖--來線路還和220KV線路構(gòu)成電磁環(huán)網(wǎng)，電網(wǎng)聯(lián)系薄弱，穩(wěn)定問題較為嚴(yán)重。第三章提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施問題：1）當(dāng)系統(tǒng)受到故障擾動(dòng)后，容易發(fā)生失步振蕩。2）在有電磁環(huán)網(wǎng)的區(qū)段，500KV線路斷開后，220KV線路連接的系統(tǒng)將出現(xiàn)暫態(tài)穩(wěn)定、電壓穩(wěn)定及過負(fù)荷問題。3）天—蘋或來--梧聯(lián)絡(luò)線因故斷開，將使送端電網(wǎng)頻率升高，廣東、廣西電網(wǎng)或廣東電網(wǎng)頻率降低，如處理不及時(shí)可能出現(xiàn)電網(wǎng)頻率崩潰事故。第三章提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施為解決以上問題，南方電網(wǎng)裝設(shè)了較高級(jí)安控系統(tǒng)。系統(tǒng)設(shè)一個(gè)主站裝于系統(tǒng)的樞紐變電站--蘋果變電站，設(shè)三個(gè)子站裝于天生橋水電站、巖灘水電站和來賓變電站。還有五個(gè)具有就地判別功能的終端站（在此不進(jìn)行分析介紹）。

主站功能為：

1）根據(jù)本站和各子站傳送來的電網(wǎng)信息和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，自動(dòng)識(shí)別電網(wǎng)當(dāng)前的運(yùn)行方式。

2）根據(jù)測量到的系統(tǒng)狀態(tài)量△U、△i、△P的變化，及本站繼電保護(hù)動(dòng)作信號(hào)、斷路