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中華人民共和國國家經濟貿易委員會2001－12－26批準 2002-5-1
前言
本標準是根據國家電力公司電力規劃設計總院“1995年電力勘測設計科研、標準化、信息計劃項目的通知”安排編制的。在編制工作中,進行了廣泛的調查研究,參考了國內外同類標準,征求了國內電力行業單位和專家的意見。
本標準符合中華人民共和國國家標準GB14285—1993《繼電保護和安全自動裝置技術規程》、中華人民共和國原水利電力部SD131—1984《電力系統技術導則》(試行)和DL755—2001《電力系統安全穩定導則》的原則,是為電力系統安全自動裝置設計制定的。
本標準的附錄A是提示的附錄。
本標準由電力行業電力規劃設計標準化技術委員會提出。
本標準由電力行業電力規劃設計標準化技術委員會歸口。
本標準起草單位：國家電力公司東北電力設計院。
本標準主要起草人：張友、左長春。
本標準由電力行業電力規劃設計標準化技術委員會負責解釋。
1 范圍
本標準規定了電力系統設計過程中,電力系統安全穩定計算分析、安全自動裝置設計配置等原則要求,適用于系統安全自動裝置設計,發電廠、變電所接入系統安全自動裝置設計和安全自動裝置實施方案研究等。
2 引用標準
下列標準所包含的條文,通過在本標準中引用而構成為本標準的條文。本標準出版時,所示版本均為有效版本。所有標準都會被修訂,使用本標準的各方應探討使用下列標準最新版本的可能性。
GB 14285—1993 繼電保護和安全自動裝置技術規程
DL/T 559—1994 220~500千伏電網繼電保護裝置運行整定規程
DL 428—1991 電力系統自動低頻減負荷技術規定
DL 755—2001 電力系統安全穩定導則
SD 131—1984 電力系統技術導則(試行)
3 總則
3．0．1 電力系統安全自動裝置的設計應滿足DL
755的要求。電力系統安全自動裝置按功能性用途,可分為用于自動防止穩定破壞的自動裝置、自動消除異步運行的自動裝置、自動消除可能造成事故發展及設備損壞的頻率或電壓偏差的自動裝置和恢復正常系統工況的自動裝置等。
電力系統安全穩定控制系統主要用于在電力系統事故狀態下,防止電力系統失去穩定性和避免電力系統發生大面積停電的系統事故。
3．0．2
電力系統安全自動裝置的配置及控制宜優先采用有成熟經驗的、簡單、可靠、有效的分散式裝置,不同控制對象的各類裝置應協調工作。
3．0．3
電力系統穩定控制裝置的硬件應具有一定的通用性,軟件應做到模塊化,并具有可擴展性,以適應系統發展變化的需要。
3．0．4
符合SD1321和DL755要求的、合理的電網結構是保證電力系統安全穩定運行的重要物質基礎。在一般的電網結構條件下,采用常用的提高穩定的措施,可以保證在單一故障情況下的電網安全穩定運行。但對于可能的多重性故障,為了防止發生惡性連鎖反應造成全網大事故,就必須有一個合理的電網結構,并配合必要而可靠的安全穩定自動控制措施。
3．0．5
為了防止系統崩潰,避免造成長時間的大面積停電和對重要用戶(包括發電廠的廠用電)的災害性停電,使負荷損失盡可能減到最小,并考慮在發生了嚴重的事故后能使系統得以盡快恢復正常運行。在對待電力系統安全穩定問題的指導策略上,需要做可能出現最壞情況的準備,并盡可能采取預定措施。為終止系統狀態的進一步惡化,勢必采取犧牲局部以換取保全整體等措施,以防止對系統的重大破壞。
3．0．6
繼電保護裝置的正確動作和快速切除故障是電力系統安全穩定運行的重要保證,應努力改善和提高繼電保護動作性能,以提高電力系統的穩定水平。
3．0．7
在選擇電力系統安全自動裝置的配置方案時,評價所設置并運行的電力系統安全自動裝置的經濟效益,應著重考慮由于電力系統安全自動裝置的正確作用提高電力系統穩定極限,使輸電能力增強及保證向用戶不間斷供電所創造的經濟效益和社會效益,并與設置電力系統安全自動裝置所需投資費用相比較。
4 術語
4．1 電力系統安全自動裝置
防止電力系統失去穩定性和避免電力系統發生大面積停電事故的自動保護裝置,如輸電線路自動重合閘裝置、電力系統穩定控制裝置、電力系統自動解列裝置、按頻率降低自動減負荷裝置和按電壓降低自動減負荷裝置等。
4．2 電力系統穩定控制裝置
電力系統穩定控制裝置是自動防止電力系統穩定破壞的綜合自動裝置。電力系統穩定控制裝置的結構形式分為分散式和集中式兩種,分散式采用當地有關信息進行處理與判斷,或再輔以通過通道傳送命令,實現就地或遠方控制；集中式則除采取當地有關信息外,還需通過信息通道收集系統中其他點有關信息,進行綜合處理與判斷,就地或者通過信息通道向其他點發出控制命令。
4．3 電力系統自動解列裝置
針對電力系統失步振蕩、頻率崩潰或電壓崩潰的情況,在預先安排的適當地點有計劃地自動將電力系統解開,或將電廠與連帶的適當負荷自動與主系統斷開,以平息振蕩的自動裝置。依系統發生的事故性質,按不同的使用條件和安裝地點,電力系統自動解列裝置可分為振蕩解列裝置、頻率解列裝置和低電壓解列裝置。
4．4 按頻率降低自動減負荷裝置
在電力系統發生事故出現功率缺額引起頻率急劇大幅度下降時,自動切除部分用電負荷使頻率迅速恢復到允許范圍內,以避免頻率崩潰的自動裝置,又稱自動低頻減載裝置。
4．5 按電壓降低自動減負荷裝置
為防止事故后或負荷上漲超過預測值,因無功補償不足引發電壓崩潰事故,自動切除部分負荷,使運行電壓恢復到允許范圍內的自動裝置。
4．6 自動重合閘
架空線路或母線因故斷開后,被斷開的斷路器經預定短時延而自動合閘,使斷開的電力元件重新帶電；如果故障未消除,則由保護裝置動作將斷路器再次斷開的自動操作循環。主要分為三相重合閘、單相重合閘和綜合重合閘。
4．7 提高電力系統穩定二次系統措施
在電力系統緊急狀態(或事故狀態)下,通過自動裝置的動作,控制與調整電力元件及設備的運行狀態,以促進電力系統穩定運行的各種自動化措施總稱。如快速切除故障、切除發電機組、快速減火電機組原動機出力、電氣制動、發電機快速勵磁和切集中負荷等。
4．8 事故擾動
電力系統由于短路或系統元件非計劃切除而造成的突然巨大的和實質性的狀態變化稱為事故擾動。
4．9 連接和斷面
連接是聯系電力系統兩個部分的電網元件(輸電線、變壓器等)的組合。中間發電廠和負荷樞紐點也可包括在“連接”概念中。斷面是一個或數個連接元件,將其斷開后電力系統分為兩個獨立部分。
5 電力系統安全穩定計算分析原則
5．1 穩定計算運行方式
進行電力系統穩定計算分析時,應針對具體校驗對象(線路、母線等),選擇下列三種運行方式中對穩定最不利的情況進行穩定校驗。
5．1．1 正常運行方式
包括正常檢修運行方式,和按照負荷曲線以及季節變化出現的水電多發、火電多發、最大或最小負荷和最小開機等可能出現的短期穩態運行方式。
5．1．2 事故后運行方式
電力系統事故消除后,在恢復到正常運行方式前所出現的短期穩態運行方式。
5．1．3 特殊運行方式
主干線路、大聯絡變壓器等設備檢修及其他對系統穩定運行影響較為嚴重的方式。
5．2 穩定計算的故障類型
5．2．1 Ⅰ類(單一輕微故障)
1 任何線路發生單相瞬時接地故障重合閘成功；
2 對同級電壓的雙回或多回線,任一回線發生單相永久接地故障重合不成功及無故障三相斷開不重合；
3 任一臺發電機組跳閘或失磁；
4 系統中任一大負荷突然變化(如沖擊負荷,或大負荷突然退出)。
5．2．2 Ⅱ類(單一嚴重故障)
1 單回線路發生單相永久接地故障重合閘不成功,及無故障三相斷開不重合；
2 母線故障；
3 兩級電壓的電磁環網,單回高一級電壓線路故障或無故障三相斷開不重合；
4 同桿并架雙回線的異名兩相同時發生單相接地故障重合不成功,雙回線同時跳開；
5 占系統容量比重過大或原發電機組跳閘或失磁；
6 發電廠的送出線路發生三相短路。
5．3 穩定計算故障切除時間
故障切除時間包括斷路器全斷開和繼電保護動作(故障開始到發出跳閘脈沖)的時間。
5．3．1
線路故障切除時間：500kV線路近故障端0.08s,遠故障端0.1s；220kV線路近故障端0.1s,遠故障端0.12s。
5．3．2 母線故障切除時間：一般取0.08s~0.1s；現有母線,按實際數據取值。
對于現有線路保護或母線保護,如果由于繼電保護動作時間過長引起電力系統穩定問題,應采用快速動作的線路保護或母線保護動作時間計算,并更換原有繼電保護設備。
5．4 穩定計算重合閘時間
重合閘時間為從故障切除后到斷路器主斷口重新合上的時間,應根據系統條件、系統穩定的要求等因素選定。
5．4．1 受故障切除后的故障消弧及絕緣恢復時間制約的單相重合閘最短時間
1
下列情況下選用重合閘時間應不小于0.5s：220kV線路,長度分別不大于150km與100km的330kV與500kV線路(無并聯高壓電抗器補償)；帶有中性點小電抗的高壓并聯電抗器補償了線路相間電容的所有330kV與500kV線路。
2
對無并聯高壓電抗器補償的長度分別大于150km與100km的330kV與500kV線路所選取的重合閘時間,應參照實際的單相重合閘試驗結果決定。
5．4．2 重合閘最佳時間
對一般存在穩定問題的線路,其重合閘時間應按重合于永久性故障時的系統穩定條件決定。即當線路傳輸最大功率時故障并切除后,送端機組對受端系統的相對角度經最大值,回擺到搖擺曲線的ds/dt為負的最大值附近時進行重合。
5．5 數學模型和設備參數
5．5．1 同步發電機模型
對于遠離故障點的同步發電機,可采用暫態電勢恒定模型,靠近故障點的同步發電機或需要特殊研究其行為的同步發電機,宜采用次暫態電勢變化模型。
在規劃設計階段或無完整參數時,同步發電機可均采用恒定暫態電勢E′d或E′q模型。
5．5．2 負荷模型
應根據實際負荷特性和所使用的程序確定合適的模型和參數。
1 綜合負荷的模型可用靜態電壓和頻率的指數函數并選用恰當的指數代表。
2
對比較集中的大容量電動機負荷的模型,可在相應的110kV(66kV)高壓母線用一等價感應電動機負荷與并聯的靜態負荷表示。
3 在規劃設計階段,負荷可用恒定阻抗表示。
5．5．3 設備參數
現有設備按實際參數考慮；
新建設備按設計參數考慮。
在規劃設計階段或無完整參數時,可按同類型設備典型參數考慮。
6 安全自動裝置的主要控制作用方式
6．1 快速減火電機組原動機出力
快速減火電機組原動機出力,簡稱快控汽門,是指在電力系統發生將導致穩定破壞故障時快速關閉汽輪機的調節汽門,降低汽輪機出力。根據汽輪機及其調節系統類型不同,分為在快關過程中僅控制汽輪機中壓調節汽門及同時控制高、中壓調節汽門兩種。通過調節系統實現對調節汽門的控制。
根據電力系統的要求和機組的適應能力,快控汽門分為瞬時快控和持續快控。
6．1．1 汽輪機瞬時快控汽門
瞬時快控汽門是指瞬時(幾秒鐘)關閉汽輪機調節汽門后,使汽門重新開至原位置,以此來短時快速減少汽輪機功率。這是為平衡電力系統由事故擾動引起的轉子過剩的功能,以防止電力系統穩定破壞而采取的措施之一。
6．1．2 汽輪機持續快控汽門
持續快控汽門是指瞬時關閉汽輪機調節汽門后,使調節汽門重新開到調整后的開度并相應地減少鍋爐蒸汽量以長期降低功率。它可用以防止電力系統穩定破壞、限制設備過負荷、限制頻率升高及消除異步運行方式。
6．2 切除發電機
采用切除發電機(簡稱切機),可以防止穩定破壞、消防異步運行方式、限制頻率升高和限制設備過負荷。一般用斷開發電機變壓器組的斷路器來實現切機。
在選擇控制作用時,應考慮到：在水電廠切機比在火電廠切機為好；宜在汽輪機快控汽門不能使用或效果不足時,才使用火電廠的切機措施。
在選擇被切除的機組時,應考慮使其對廠用電影響程度為最小。
6．3 電氣制動
電氣制動是指在故障切除后在發電機端或高壓側母線上短時地投入具有相當容量的電阻器,以吸收發電機因故障獲得的加速能量,使發電機組在故障切除后得以快速減速,達到提高穩定水平的目的。也有一種電氣制動是在變壓器中性點中接入一電阻器,在發生接地故障的過程中,變壓器中性點通過電流,可以部分吸收發生機組的加速能量。
這種電氣制動措施主要用于防止電力系統穩定破壞,多用在水電廠。
6．4 切集中負荷
切集中負荷可以提高系統運行頻率,可以減輕某些電源線路的過負荷,可以提高受端電壓水平,用于防止穩定破壞、消除異步運行方式和限制設備過負荷。
為防止電力系統穩定破壞,可通過電力系統穩定控制裝置作用集中切負荷。為提高控制的可靠性及對重要用戶供電的可靠性,在任何情況下,應同時使用分散式切除負荷裝置。
6．5 并聯補償和串聯補償裝置的控制
串補的強行補償和切除并聯電抗器或投入并聯電容器,用以防止穩定破壞和電壓降低；投入并聯電抗器或切除并聯電容器,用以限制電壓過高。
6．6 電力系統解列
電力系統解列,即電力系統解列成各自同步運行的、有功及無功平衡的工作部分。可用以防止穩定破壞、消除異步運行方式、限制設備過負荷。
6．7 輸電線路自動重合閘
輸電線路自動重合閘,主要用于恢復電力網的完整性,以保持繼續送電或用以應付連續而來的相繼故障。
6．8 發電機強行勵磁
當系統發生故障使發電機端電壓低于整定值時,將發電機勵磁電壓瞬時增加到允許的最大值,從而提高發電機出口的電壓水平,以防止電力系統穩定破壞。
6．9 備用投入
水電站和蓄能電站的備用機組的自啟動,以及按頻率降低實現備用電源自動投入等,可以減少切除負荷的數值和時間。
6．10 交直流輸電系統中直流控制
通過對交直流輸電系統中直流控制,可以預防交流系統中穩定破壞、限制設備過負荷等。
具體控制方式有直流功率緊急增加或降低；利用直流輸送功率的變化調節交流系統頻率；調節換流器控制角或直流輸送功率來調節無功功率,從而控制交流電壓等。
6．11 水電機組失步振蕩自動增減出力裝置
當水電機組與系統失去同步時,通過快速增減水電機組出力有可能使失步的系統恢復再同步。
當在一定時間內,系統沒有恢復同步時,則應將失步的系統解列。
7 安全自動裝置的配置及構成
7．1 配置及構成原則
7．1．1 應在電力系統安全穩定計算和分析基礎上,確定安全自動裝置的配置及構成。
7．1．2 應以保證電力系統安全穩定控制的可靠性要求為前提,確定安全自動裝置的配置及構成。
可靠性是指裝置該動作時動作(依賴性),不該動作時不動作(安全性)。
安全自動裝置拒動可能造成電力系統失穩等系統事故；誤動將導致誤減出力及局部負荷損失等,都會引起一定的經濟損失。需要通過精心設計和裝置配置,兼顧這兩方面的要求。
安全自動裝置宜盡量減少與繼電保護裝置間的聯系。
7．1．3
應保證電力系統安全穩定控制的有效性。其一是選擇安全自動裝置控制措施及控制量,應滿足要求。如在規定時間內,若同時出現數個同一性質但不同等級的控制作用命令時,應執行其中最大等級者。其二是選擇對電力系統安全穩定控制有效性高的控制對象,如當快速減出力控制對象有幾臺機組或電廠時,應尋求更有效果的機組或電廠加以控制。其三是安全自動裝置動作宜盡量快速并適時。
7．2 自動防止電力系統穩定破壞裝置
7．2．1
在進行電力系統穩定計算時,電力系統發生Ⅰ類擾動時,必須保證電力系統穩定運行和電網的正常供電。電力系統發生Ⅱ類擾動時,在電力系統失穩的情況下,需要配置電力系統穩定控制裝置,通過采取相應的提高電力系統穩定的二次系統措施,防止電力系統穩定破壞,此時允許損失部分負荷。
7．2．2 應根據電網及裝置的具體情況考慮電力系統穩定控制裝置的雙重化配置問題。
7．3 失步振蕩解列裝置
7．3．1
在所研究的區域內,根據一次網架結構,對可能異步運行的斷面,配置相應的電力系統自動解列裝置,將兩個不同步運行的部分解列,從而實現自動消除異步運行。
7．3．2 在較重要的斷面,宜雙重配置電力系統自動解列裝置。
7．3．3
為實現再同期,對功率過剩電力系統應采取快速減火電機組原動機出力、切除發電機等措施；對功率不足的電力系統,應采取切除負荷等措施。
7．4 過頻率切機裝置
由于系統有功突然出現較多剩余而使系統頻率快速升高時,必須根據事先計算的整定值,快速切除一定容量的機組以限制頻率升高,保證系統的正常運行。
系統有功突然出現過剩,往往是由于系統發生故障甩掉較大的負荷而造成的,此時采取正常的調頻措施不能秦效,因而必須采取過頻率切機措施。
7．5 低電壓控制裝置
局部系統因無功不足而導致電壓降低至允許值以下時,如不采取相應的控制措施有可能導致系統電壓崩潰,擴大系統事故范圍,此時應采取低電壓控制措施。常用的措施有增加發電機無功出力,容性無功補償裝置的快速投入,感性無功補償裝置的快速切除,快速切除部分負荷等。
7．6 事故后自動限制設備過負荷裝置
自動限制設備過負荷裝置,用于在允許時間內限制電氣設備超過允許的過電流值。假如電流沒有超過可人為控制時間(如20min及以上)的允許值,可不要求裝設自動限制設備過負荷裝置。自動限制設備過負荷裝置可按被監視的電流及其持續時間以階梯式實現對發電廠減出力或切負荷等措施。
7．7 自動重合閘裝置
應按GB14285執行。
7．8 自動投入裝置
應按GB14285執行。
7．9 自動調節勵磁
應按GB14285執行。
7．10 低頻減載
應按DL428執行。
附錄A
(提示的附錄)
本標準用詞說明
對本標準中的用詞說明如下：
A1 表示條文執行嚴格程度的用詞。
A1．1 表示很嚴格,非這樣作不可的用詞：
正面詞采用“必須”；
反面詞采用“嚴禁”。
A1．2 表示嚴格,在正常情況下都應當這樣作的用詞：
正面用詞采用“應”；
反面用詞采用“不應”或“不得”。
A1．3 表示允許稍有選擇,在條件許可時首先應這樣作的用詞：
正面用詞采用“宜”或“可”；
反面詞采用“不宜”。
A2
表示應按其他有關標準規范的規定執行時,寫為“應該……執行”或應“符合……要求或規定”。表示非必須按照所指的標準規范執行的,寫為“可參照……”。
A3 連詞的用法
“和”、“與”字,一般用于兩個類型相同的詞和詞組的連接,表示并列的關系。
“及”字,一般用于前后不能顛倒過來的兩個詞或詞組的連接。 |
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