电网新设备启动方案

电网设备启动方案《国家电网杂志》2023年第六期1设备启动方案概述1.1启动方案一如图1所示，A站为送电变电站，接线方式为双母线接线。B站为建待送电变电站，也为双母线接线，两站之间的联络线亦为建线路。在设备启动送电前，启动方案一(以下简称方案一)是将A站待送电线路开关所在的Ⅰ母线腾空，投入母联开关的过流保护，为防止母线差动保护误动作，须停用母线差动保护，投入线路开关的后备保护。如图1所示，建线路及B变电站的送电操作如下：〔1〕将A站Ⅰ母线上所有运行开关倒至Ⅱ母线运行。〔2〕将A站Ⅱ母线出线对侧开关线路保护中的后备保护时间定值按系统需求调整。〔3〕投入A站母联开关的过流保护。〔4〕停用A站母线差动保护。〔5〕投入A站线路开关后备保护。〔6〕对设备进行冲击试验、保护带负荷测相量试验。此方案是220kV设备启动的传统方案。该方案的特点是线路在冲击和试验期间，有两级保护。线路发生故障时即使线路开关(或其保护)拒动，母联开关过流保护也能动作隔离故障点，不影响运行线路。可以看出，A站母联开关后1.2及备启其。动过方流案保二护如在图此2是所作示为，启设动备方启案动二时(的以总下简称方案二)是在送电侧变电站(A站)保持正常的双母线接线，直接由线路开关对设备冲击送电。该方案要求线路开关及其保护在设备故障时能可靠动作。由于线路开关的保护装置二次电流、电压回路极性确性无法确认，因此涉及线路开关的主保护及后备距离保护无法正常投入，需投入其过流保护。该方案仍需停用送电侧变电站的母线差动保护，同时投入该变电站母联开关的过流保护，保证一条母线故障时能够解列母线，保护另外一条母线正常运行。本方案中，线路开关的过流保护有两种方法可供选择，一种是投入其线路保护中的PT断线过流保护，或者是加装临时过流保护装置。如图2所示，线路开关及B变电站送电操作如下：〔1〕将A站Ⅱ母线出线对侧开关线路保护中的后备保护保护时间定值按系统需求调整。〔2〕投入A站母联开关的过流保护。〔3〕停用A站母线差动保护。〔4〕投入A站线路开关过流保护(临时过流或PT断线过流)。〔5〕调整A站Ⅰ母线运行线路对侧开关后备保护。〔6〕对设备进行冲击试验、保护带负荷测相量试验。该方案在对线路开关冲击或试验时，对发生在设备上的故障由本侧线路开关隔离故障点，对发生在线路开关所联接母线上的故障由母联开关点及。该母线上其余运行线路对侧开关隔离故障2启动方案风险评价方法故障树分析法是非常灵活和实用的复杂系统可靠性分析方法，其最早是于1961年由贝尔实验室的沃特森提出，该方法已经被应用于各种复杂系统的分析[12]。通常，将特别关心的系统失效事件定义为故障树顶事件。通过对故障树顶事件的分解，定义可能导致顶事件的各分支事件，各分支事件继续进行分解直至不能分解或能够简化的基本事件。根据各分支事件以及基本事件和故障树顶事件的关系构建故障树。故障树分析法能够图形化地反映各基本事件的关系以及各基本事件与故障树顶事件的逻辑联系。将各基本事件通过概率量化之后，故障树分析法能够快速地定量分析故障树顶事件发生的概率。在电网设备启动过程中，首要考虑的是电网安全性。而电网安全性实际上存在着两个约束条件。其一是电力系统稳定性，该约束条件要求电力系统生产运行过程中要最大程度地保证电力系统不失去稳定[13]，这是个逻辑性约束条件，该条件只有稳定和不稳定两种状态。其二是负荷的损失，该约束条件要求在电力系统生产运行过程中要最大程度地保证供电的延续性。这是个数值性约束条件，供电损失只有达到一定量和持续时间时才能成为约束条件。根据这两个电力系统安全性约束条件，可定义故障树顶事件。2.1事件定义为了用故障树法分析上述两种方案，针对电力系统运行安全性的约束条件。在此，定义故障树顶事件为单一故障引起的双母线失电。双母线失电是指运行电网的双母线失电，包括送电变电站A站的双母线失电或由A站母线故障引起的A站单母线失电和与A站相邻的变电站单母线失电。双母线失电超出了电网N-1稳定控制要求[13]，可能导致系统失稳或联锁故障，并可能引起主变失电，造成负荷损失。对方案一，按上述故障树顶事件的定义，可能导致顶事件发生的基本事件有A站Ⅱ母线故障。当A站Ⅱ母线故障，其出线对侧假设有开关拒动，则其相邻站将有母线失电，因此A站Ⅱ母线出线对侧开关(或保护)拒动亦为基本事件。A站双母线同时跳闸可分解为母联开关(或保护)拒动、Ⅰ母线故障、设备靠Ⅰ母线侧故障、母联死区故障、设备靠线路侧故障、线路开关(或保护)拒动等基本事件。针对方案二，因存在运行线路在送电的Ⅰ母线上。因此当设备线路侧故障时一旦线路开关(或保护)拒动，需要Ⅰ母线上所联接的设备对侧开关和母联开关同时动作方能隔离故障。因此定义A站Ⅰ母线对侧开关(或保护)拒动为一基本事件。将两种方案中定义的基本事件编号如表1所示。故障树顶事件用Et表示，其树生概率用pt。对表1中的基本事件，用pn表示相应En事件发生的概率。对A站Ⅰ母线对侧开关(或保护)拒动这一基本事件，其发生概率为所有A站Ⅰ母线出线对侧开关(或保护)拒动概率的和，设开关数量为m，任一开关(或保护)拒动概率为p8，则该事件(E8)对应概率可表示为m•p8。对基本事件E9可同样定义。2.2构建故障树由表1定义的基本事件及方案一接线示意图2，采用自顶向下设计方法[14]可构建方案一的故障树如图3所示。首先，对方案一，在启动过程中，其电源均是在Ⅱ母线上，因此其故障树顶事件有三个分支：A站母联死区故障E3，A站Ⅱ母线故障E2且A站Ⅱ母线对侧开关(或保护)拒动E9，及A站Ⅰ母线侧故障而母联开关(或保护)拒动E6。而A站Ⅰ母线侧故障继续分解为三个分支，即A站Ⅰ母线故障E1、A站设备靠Ⅰ母线侧故障E4、设备线路侧故障E5且A站线路开关(或保护)拒动E7。图3中所示的逻辑与门为表示输入之间是需要同时发生才有输出，逻辑或门表示输入之间有任一个发生即有输出。Et1表示方案一的故障树顶事件。式(2)中的5项即为方案一故障树顶事件的最小割集。假设各最小割集相互独立则可以得出故障树顶事件发生的概率。将相应事件发生的概率代入可得(设运行于Ⅱ母线上的开关数为z)：由表1及方案二接线图2，采用自顶向下设计方法[14]可构建方案二的故障树如图4所示。对方案二，故障树顶事件也可分解为三个分支：A站母联死区故障E3分支，A站Ⅰ母线侧故障且相应开关(或保护)拒动分支，A站Ⅱ母线故障E2且相应开关(或保护)拒动分支。A站Ⅰ母线侧故障继续分解为三个分支，即A站Ⅰ母线故障E1、A站设备靠Ⅰ母线侧故障E4、设备靠线路侧故障E5且A站线路开关(或保护)拒动E7。对Ⅰ母线侧故障，可能引起故障树顶事件的是A站母联开关拒动E6或A站Ⅰ母线出线对侧开关(或保护)拒动E8。对Ⅱ母线故障，可能引起故障树顶事件的是A站母联开关拒动E6或A站Ⅱ母线出线对侧开关(或保护)拒动E9．按前述分析，得出方案二故障树顶事件的最小割集，并将相应事件的概率代入可得故障树顶事发生的概率。设联接Ⅰ母线上的运行开关数为x，联接于Ⅱ母线上的运行开关数为y。2.3两方案风险性比较及方案选择为定量分析两种方案的风险大小，我们只需要考虑两种方案故障树顶事件发生的概率大小即可。因此，令式(3)与式(5)相减。由式(8)可知，针对稳定性约束条件，方案二故障树的顶事件发生概率大于方案一故障树顶事件发生概率。同时，也可以看出，方案二较方案一风险较大的事件均为二阶以上事件，即需要两个以上基本事件同时发生才可能出现，在系统中这些均为极小概率事件。另一方面，对方案一，该方案在设备启动之前需要进行送电变电站倒母线操作。将所有运行开关全部倒至一条母线改变了电网的正常运行方式。为了满足第一级安全稳定标准[13]，此时有可能采取限负荷，限发电出力的控制措施。当限负荷占地区用电比例较高，超过社会承受能力时，方案一将失去其优越性，方案二可成为首选方案。3风险评价方法在启动方案设计上的应用某地区建220kV变电站，需要某220kV枢纽变电站通过建线路对其送电。该枢纽变为双母线接线，如图5所示。由前文分析，从安全性考虑，应采用方案一腾空Ⅰ母线进行送电。事实情况是，该变电站投运正值迎峰度夏前，该地区用地负荷已大幅增加，如将Ⅰ母线上所有出线开关倒至Ⅱ母线运行，根据电网N-1稳定要求[13]，需要在该地区限制用电近300MW，而该地区总负荷约在1200MW，所限负荷近该地区用电负荷25％，将极大影响当地社会的生产与人民生活。供电持续性无法正常满足，限负荷超出了社会承受能力，需要考虑方案二做为替代方案。式(8)可知，为降低方案二的风险，一是降低该枢纽变母联开关(或保护)的拒动概率，另一个措施是提高该枢纽变Ⅰ母线对侧开关在线路开关(或保护)拒动的情况下的正确动作概率。通过调整母联开关的过流保护定值以及Ⅰ母线出线对侧开关的距离Ⅱ段和Ⅲ段的定值，确保当故障发生在线路的末端或被送变电站的母线上时，母联开关过流保护以及Ⅰ母线出线对侧开关距离II段和Ⅲ段的保护均有灵敏度。通过方案优化，该建220kV变电站采用方案二顺利完成了投运工作。4以结上论将故障树分析法及概率分析法相结合，对电网设备启动时可能采用的两种方案进行了风险评估及定量分析。通过分