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中华人民共和国国家经济贸易委员会2001－12－26批准 2002-5-1
前言
本标准是根据国家电力公司电力规划设计总院“1995年电力勘测设计科研、标准化、信息计划项目的通知”安排编制的。在编制工作中,进行了广泛的调查研究,参考了国内外同类标准,征求了国内电力行业单位和专家的意见。
本标准符合中华人民共和国国家标准GB14285—1993《继电保护和安全自动装置技术规程》、中华人民共和国原水利电力部SD131—1984《电力系统技术导则》(试行)和DL755—2001《电力系统安全稳定导则》的原则,是为电力系统安全自动装置设计制定的。
本标准的附录A是提示的附录。
本标准由电力行业电力规划设计标准化技术委员会提出。
本标准由电力行业电力规划设计标准化技术委员会归口。
本标准起草单位：国家电力公司东北电力设计院。
本标准主要起草人：张友、左长春。
本标准由电力行业电力规划设计标准化技术委员会负责解释。
1 范围
本标准规定了电力系统设计过程中,电力系统安全稳定计算分析、安全自动装置设计配置等原则要求,适用于系统安全自动装置设计,发电厂、变电所接入系统安全自动装置设计和安全自动装置实施方案研究等。
2 引用标准
下列标准所包含的条文,通过在本标准中引用而构成为本标准的条文。本标准出版时,所示版本均为有效版本。所有标准都会被修订,使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。
GB 14285—1993 继电保护和安全自动装置技术规程
DL/T 559—1994 220~500千伏电网继电保护装置运行整定规程
DL 428—1991 电力系统自动低频减负荷技术规定
DL 755—2001 电力系统安全稳定导则
SD 131—1984 电力系统技术导则(试行)
3 总则
3．0．1 电力系统安全自动装置的设计应满足DL
755的要求。电力系统安全自动装置按功能性用途,可分为用于自动防止稳定破坏的自动装置、自动消除异步运行的自动装置、自动消除可能造成事故发展及设备损坏的频率或电压偏差的自动装置和恢复正常系统工况的自动装置等。
电力系统安全稳定控制系统主要用于在电力系统事故状态下,防止电力系统失去稳定性和避免电力系统发生大面积停电的系统事故。
3．0．2
电力系统安全自动装置的配置及控制宜优先采用有成熟经验的、简单、可靠、有效的分散式装置,不同控制对象的各类装置应协调工作。
3．0．3
电力系统稳定控制装置的硬件应具有一定的通用性,软件应做到模块化,并具有可扩展性,以适应系统发展变化的需要。
3．0．4
符合SD1321和DL755要求的、合理的电网结构是保证电力系统安全稳定运行的重要物质基础。在一般的电网结构条件下,采用常用的提高稳定的措施,可以保证在单一故障情况下的电网安全稳定运行。但对于可能的多重性故障,为了防止发生恶性连锁反应造成全网大事故,就必须有一个合理的电网结构,并配合必要而可靠的安全稳定自动控制措施。
3．0．5
为了防止系统崩溃,避免造成长时间的大面积停电和对重要用户(包括发电厂的厂用电)的灾害性停电,使负荷损失尽可能减到最小,并考虑在发生了严重的事故后能使系统得以尽快恢复正常运行。在对待电力系统安全稳定问题的指导策略上,需要做可能出现最坏情况的准备,并尽可能采取预定措施。为终止系统状态的进一步恶化,势必采取牺牲局部以换取保全整体等措施,以防止对系统的重大破坏。
3．0．6
继电保护装置的正确动作和快速切除故障是电力系统安全稳定运行的重要保证,应努力改善和提高继电保护动作性能,以提高电力系统的稳定水平。
3．0．7
在选择电力系统安全自动装置的配置方案时,评价所设置并运行的电力系统安全自动装置的经济效益,应着重考虑由于电力系统安全自动装置的正确作用提高电力系统稳定极限,使输电能力增强及保证向用户不间断供电所创造的经济效益和社会效益,并与设置电力系统安全自动装置所需投资费用相比较。
4 术语
4．1 电力系统安全自动装置
防止电力系统失去稳定性和避免电力系统发生大面积停电事故的自动保护装置,如输电线路自动重合闸装置、电力系统稳定控制装置、电力系统自动解列装置、按频率降低自动减负荷装置和按电压降低自动减负荷装置等。
4．2 电力系统稳定控制装置
电力系统稳定控制装置是自动防止电力系统稳定破坏的综合自动装置。电力系统稳定控制装置的结构形式分为分散式和集中式两种,分散式采用当地有关信息进行处理与判断,或再辅以通过通道传送命令,实现就地或远方控制；集中式则除采取当地有关信息外,还需通过信息通道收集系统中其他点有关信息,进行综合处理与判断,就地或者通过信息通道向其他点发出控制命令。
4．3 电力系统自动解列装置
针对电力系统失步振荡、频率崩溃或电压崩溃的情况,在预先安排的适当地点有计划地自动将电力系统解开,或将电厂与连带的适当负荷自动与主系统断开,以平息振荡的自动装置。依系统发生的事故性质,按不同的使用条件和安装地点,电力系统自动解列装置可分为振荡解列装置、频率解列装置和低电压解列装置。
4．4 按频率降低自动减负荷装置
在电力系统发生事故出现功率缺额引起频率急剧大幅度下降时,自动切除部分用电负荷使频率迅速恢复到允许范围内,以避免频率崩溃的自动装置,又称自动低频减载装置。
4．5 按电压降低自动减负荷装置
为防止事故后或负荷上涨超过预测值,因无功补偿不足引发电压崩溃事故,自动切除部分负荷,使运行电压恢复到允许范围内的自动装置。
4．6 自动重合闸
架空线路或母线因故断开后,被断开的断路器经预定短时延而自动合闸,使断开的电力元件重新带电；如果故障未消除,则由保护装置动作将断路器再次断开的自动操作循环。主要分为三相重合闸、单相重合闸和综合重合闸。
4．7 提高电力系统稳定二次系统措施
在电力系统紧急状态(或事故状态)下,通过自动装置的动作,控制与调整电力元件及设备的运行状态,以促进电力系统稳定运行的各种自动化措施总称。如快速切除故障、切除发电机组、快速减火电机组原动机出力、电气制动、发电机快速励磁和切集中负荷等。
4．8 事故扰动
电力系统由于短路或系统元件非计划切除而造成的突然巨大的和实质性的状态变化称为事故扰动。
4．9 连接和断面
连接是联系电力系统两个部分的电网元件(输电线、变压器等)的组合。中间发电厂和负荷枢纽点也可包括在“连接”概念中。断面是一个或数个连接元件,将其断开后电力系统分为两个独立部分。
5 电力系统安全稳定计算分析原则
5．1 稳定计算运行方式
进行电力系统稳定计算分析时,应针对具体校验对象(线路、母线等),选择下列三种运行方式中对稳定最不利的情况进行稳定校验。
5．1．1 正常运行方式
包括正常检修运行方式,和按照负荷曲线以及季节变化出现的水电多发、火电多发、最大或最小负荷和最小开机等可能出现的短期稳态运行方式。
5．1．2 事故后运行方式
电力系统事故消除后,在恢复到正常运行方式前所出现的短期稳态运行方式。
5．1．3 特殊运行方式
主干线路、大联络变压器等设备检修及其他对系统稳定运行影响较为严重的方式。
5．2 稳定计算的故障类型
5．2．1 Ⅰ类(单一轻微故障)
1 任何线路发生单相瞬时接地故障重合闸成功；
2 对同级电压的双回或多回线,任一回线发生单相永久接地故障重合不成功及无故障三相断开不重合；
3 任一台发电机组跳闸或失磁；
4 系统中任一大负荷突然变化(如冲击负荷,或大负荷突然退出)。
5．2．2 Ⅱ类(单一严重故障)
1 单回线路发生单相永久接地故障重合闸不成功,及无故障三相断开不重合；
2 母线故障；
3 两级电压的电磁环网,单回高一级电压线路故障或无故障三相断开不重合；
4 同杆并架双回线的异名两相同时发生单相接地故障重合不成功,双回线同时跳开；
5 占系统容量比重过大或原发电机组跳闸或失磁；
6 发电厂的送出线路发生三相短路。
5．3 稳定计算故障切除时间
故障切除时间包括断路器全断开和继电保护动作(故障开始到发出跳闸脉冲)的时间。
5．3．1
线路故障切除时间：500kV线路近故障端0.08s,远故障端0.1s；220kV线路近故障端0.1s,远故障端0.12s。
5．3．2 母线故障切除时间：一般取0.08s~0.1s；现有母线,按实际数据取值。
对于现有线路保护或母线保护,如果由于继电保护动作时间过长引起电力系统稳定问题,应采用快速动作的线路保护或母线保护动作时间计算,并更换原有继电保护设备。
5．4 稳定计算重合闸时间
重合闸时间为从故障切除后到断路器主断口重新合上的时间,应根据系统条件、系统稳定的要求等因素选定。
5．4．1 受故障切除后的故障消弧及绝缘恢复时间制约的单相重合闸最短时间
1
下列情况下选用重合闸时间应不小于0.5s：220kV线路,长度分别不大于150km与100km的330kV与500kV线路(无并联高压电抗器补偿)；带有中性点小电抗的高压并联电抗器补偿了线路相间电容的所有330kV与500kV线路。
2
对无并联高压电抗器补偿的长度分别大于150km与100km的330kV与500kV线路所选取的重合闸时间,应参照实际的单相重合闸试验结果决定。
5．4．2 重合闸最佳时间
对一般存在稳定问题的线路,其重合闸时间应按重合于永久性故障时的系统稳定条件决定。即当线路传输最大功率时故障并切除后,送端机组对受端系统的相对角度经最大值,回摆到摇摆曲线的ds/dt为负的最大值附近时进行重合。
5．5 数学模型和设备参数
5．5．1 同步发电机模型
对于远离故障点的同步发电机,可采用暂态电势恒定模型,靠近故障点的同步发电机或需要特殊研究其行为的同步发电机,宜采用次暂态电势变化模型。
在规划设计阶段或无完整参数时,同步发电机可均采用恒定暂态电势E′d或E′q模型。
5．5．2 负荷模型
应根据实际负荷特性和所使用的程序确定合适的模型和参数。
1 综合负荷的模型可用静态电压和频率的指数函数并选用恰当的指数代表。
2
对比较集中的大容量电动机负荷的模型,可在相应的110kV(66kV)高压母线用一等价感应电动机负荷与并联的静态负荷表示。
3 在规划设计阶段,负荷可用恒定阻抗表示。
5．5．3 设备参数
现有设备按实际参数考虑；
新建设备按设计参数考虑。
在规划设计阶段或无完整参数时,可按同类型设备典型参数考虑。
6 安全自动装置的主要控制作用方式
6．1 快速减火电机组原动机出力
快速减火电机组原动机出力,简称快控汽门,是指在电力系统发生将导致稳定破坏故障时快速关闭汽轮机的调节汽门,降低汽轮机出力。根据汽轮机及其调节系统类型不同,分为在快关过程中仅控制汽轮机中压调节汽门及同时控制高、中压调节汽门两种。通过调节系统实现对调节汽门的控制。
根据电力系统的要求和机组的适应能力,快控汽门分为瞬时快控和持续快控。
6．1．1 汽轮机瞬时快控汽门
瞬时快控汽门是指瞬时(几秒钟)关闭汽轮机调节汽门后,使汽门重新开至原位置,以此来短时快速减少汽轮机功率。这是为平衡电力系统由事故扰动引起的转子过剩的功能,以防止电力系统稳定破坏而采取的措施之一。
6．1．2 汽轮机持续快控汽门
持续快控汽门是指瞬时关闭汽轮机调节汽门后,使调节汽门重新开到调整后的开度并相应地减少锅炉蒸汽量以长期降低功率。它可用以防止电力系统稳定破坏、限制设备过负荷、限制频率升高及消除异步运行方式。
6．2 切除发电机
采用切除发电机(简称切机),可以防止稳定破坏、消防异步运行方式、限制频率升高和限制设备过负荷。一般用断开发电机变压器组的断路器来实现切机。
在选择控制作用时,应考虑到：在水电厂切机比在火电厂切机为好；宜在汽轮机快控汽门不能使用或效果不足时,才使用火电厂的切机措施。
在选择被切除的机组时,应考虑使其对厂用电影响程度为最小。
6．3 电气制动
电气制动是指在故障切除后在发电机端或高压侧母线上短时地投入具有相当容量的电阻器,以吸收发电机因故障获得的加速能量,使发电机组在故障切除后得以快速减速,达到提高稳定水平的目的。也有一种电气制动是在变压器中性点中接入一电阻器,在发生接地故障的过程中,变压器中性点通过电流,可以部分吸收发生机组的加速能量。
这种电气制动措施主要用于防止电力系统稳定破坏,多用在水电厂。
6．4 切集中负荷
切集中负荷可以提高系统运行频率,可以减轻某些电源线路的过负荷,可以提高受端电压水平,用于防止稳定破坏、消除异步运行方式和限制设备过负荷。
为防止电力系统稳定破坏,可通过电力系统稳定控制装置作用集中切负荷。为提高控制的可靠性及对重要用户供电的可靠性,在任何情况下,应同时使用分散式切除负荷装置。
6．5 并联补偿和串联补偿装置的控制
串补的强行补偿和切除并联电抗器或投入并联电容器,用以防止稳定破坏和电压降低；投入并联电抗器或切除并联电容器,用以限制电压过高。
6．6 电力系统解列
电力系统解列,即电力系统解列成各自同步运行的、有功及无功平衡的工作部分。可用以防止稳定破坏、消除异步运行方式、限制设备过负荷。
6．7 输电线路自动重合闸
输电线路自动重合闸,主要用于恢复电力网的完整性,以保持继续送电或用以应付连续而来的相继故障。
6．8 发电机强行励磁
当系统发生故障使发电机端电压低于整定值时,将发电机励磁电压瞬时增加到允许的最大值,从而提高发电机出口的电压水平,以防止电力系统稳定破坏。
6．9 备用投入
水电站和蓄能电站的备用机组的自启动,以及按频率降低实现备用电源自动投入等,可以减少切除负荷的数值和时间。
6．10 交直流输电系统中直流控制
通过对交直流输电系统中直流控制,可以预防交流系统中稳定破坏、限制设备过负荷等。
具体控制方式有直流功率紧急增加或降低；利用直流输送功率的变化调节交流系统频率；调节换流器控制角或直流输送功率来调节无功功率,从而控制交流电压等。
6．11 水电机组失步振荡自动增减出力装置
当水电机组与系统失去同步时,通过快速增减水电机组出力有可能使失步的系统恢复再同步。
当在一定时间内,系统没有恢复同步时,则应将失步的系统解列。
7 安全自动装置的配置及构成
7．1 配置及构成原则
7．1．1 应在电力系统安全稳定计算和分析基础上,确定安全自动装置的配置及构成。
7．1．2 应以保证电力系统安全稳定控制的可靠性要求为前提,确定安全自动装置的配置及构成。
可靠性是指装置该动作时动作(依赖性),不该动作时不动作(安全性)。
安全自动装置拒动可能造成电力系统失稳等系统事故；误动将导致误减出力及局部负荷损失等,都会引起一定的经济损失。需要通过精心设计和装置配置,兼顾这两方面的要求。
安全自动装置宜尽量减少与继电保护装置间的联系。
7．1．3
应保证电力系统安全稳定控制的有效性。其一是选择安全自动装置控制措施及控制量,应满足要求。如在规定时间内,若同时出现数个同一性质但不同等级的控制作用命令时,应执行其中最大等级者。其二是选择对电力系统安全稳定控制有效性高的控制对象,如当快速减出力控制对象有几台机组或电厂时,应寻求更有效果的机组或电厂加以控制。其三是安全自动装置动作宜尽量快速并适时。
7．2 自动防止电力系统稳定破坏装置
7．2．1
在进行电力系统稳定计算时,电力系统发生Ⅰ类扰动时,必须保证电力系统稳定运行和电网的正常供电。电力系统发生Ⅱ类扰动时,在电力系统失稳的情况下,需要配置电力系统稳定控制装置,通过采取相应的提高电力系统稳定的二次系统措施,防止电力系统稳定破坏,此时允许损失部分负荷。
7．2．2 应根据电网及装置的具体情况考虑电力系统稳定控制装置的双重化配置问题。
7．3 失步振荡解列装置
7．3．1
在所研究的区域内,根据一次网架结构,对可能异步运行的断面,配置相应的电力系统自动解列装置,将两个不同步运行的部分解列,从而实现自动消除异步运行。
7．3．2 在较重要的断面,宜双重配置电力系统自动解列装置。
7．3．3
为实现再同期,对功率过剩电力系统应采取快速减火电机组原动机出力、切除发电机等措施；对功率不足的电力系统,应采取切除负荷等措施。
7．4 过频率切机装置
由于系统有功突然出现较多剩余而使系统频率快速升高时,必须根据事先计算的整定值,快速切除一定容量的机组以限制频率升高,保证系统的正常运行。
系统有功突然出现过剩,往往是由于系统发生故障甩掉较大的负荷而造成的,此时采取正常的调频措施不能秦效,因而必须采取过频率切机措施。
7．5 低电压控制装置
局部系统因无功不足而导致电压降低至允许值以下时,如不采取相应的控制措施有可能导致系统电压崩溃,扩大系统事故范围,此时应采取低电压控制措施。常用的措施有增加发电机无功出力,容性无功补偿装置的快速投入,感性无功补偿装置的快速切除,快速切除部分负荷等。
7．6 事故后自动限制设备过负荷装置
自动限制设备过负荷装置,用于在允许时间内限制电气设备超过允许的过电流值。假如电流没有超过可人为控制时间(如20min及以上)的允许值,可不要求装设自动限制设备过负荷装置。自动限制设备过负荷装置可按被监视的电流及其持续时间以阶梯式实现对发电厂减出力或切负荷等措施。
7．7 自动重合闸装置
应按GB14285执行。
7．8 自动投入装置
应按GB14285执行。
7．9 自动调节励磁
应按GB14285执行。
7．10 低频减载
应按DL428执行。
附录A
(提示的附录)
本标准用词说明
对本标准中的用词说明如下：
A1 表示条文执行严格程度的用词。
A1．1 表示很严格,非这样作不可的用词：
正面词采用“必须”；
反面词采用“严禁”。
A1．2 表示严格,在正常情况下都应当这样作的用词：
正面用词采用“应”；
反面用词采用“不应”或“不得”。
A1．3 表示允许稍有选择,在条件许可时首先应这样作的用词：
正面用词采用“宜”或“可”；
反面词采用“不宜”。
A2
表示应按其他有关标准规范的规定执行时,写为“应该……执行”或应“符合……要求或规定”。表示非必须按照所指的标准规范执行的,写为“可参照……”。
A3 连词的用法
“和”、“与”字,一般用于两个类型相同的词和词组的连接,表示并列的关系。
“及”字,一般用于前后不能颠倒过来的两个词或词组的连接。 |
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