1　福建省电网概况

　　福建省电力系统是一个独立的省区电力系统，截止1997年底，全系统装机容量共有7.5 GW，其中水电4.4 GW，约占60%，火电3.1 GW，约占40%，形成800多km的220 kV双环网。闽西北地区装机容量约4.8 GW，东南地区包括水口电厂在内装机容量2.7 GW。全网最大负荷4.6 GW，最小负荷2.01 GW，60%的负荷分布在闽东南地区。另在东南部装有700 Mvar的电容无功补偿。
　　1998年3月福建省首项500 kV工程——水泉500 kV工程建成投运，后石电厂第1台600 MW机组及其配套的500 kV输变电工程于1999年初投运。至2000年福建电网将建成由6条500 kV线路、3个500 kV变电站、后石(2×600 MW)和水口(7×200 MW)两大电厂直接接入500 kV级所组成的500 kV初期网架(如图1所示)。

图1　福建省电力系统示意图(2000年前后)
Fig.1　Schematic diagram of Fujian China Power System (around year 2000)

2　主要安全稳定问题

　　1995年厦门嵩屿电厂(2×300 MW)未建成前，华能福州电厂(2×350 MW)和省电网形成“大机组小电网”的特殊结构。嵩屿电厂接入系统后，虽然缓解了福建省北电南送的格局，电源的分布有所改善，但嵩屿电厂、华能福州电厂单机容量仍占全网最小负荷的15%以上，两厂失磁会在附近电网(主要是厦门地区、泉州地区和福州地区)产生低电压。两电厂单机特别是双机同时或短时因故障相继切除时，系统低频，附近电网伴有低电压。
　　500 kV水泉线投运后，在500 kV/220 kV电磁环网的“合环”运行方式下，水泉线发生相间短路故障时，泉州地区主要220 kV变电站电压^*低于0.8达0.8 s以 上，有电压不稳定问题。水口电厂一厂分裂为二厂运行的5/2(2台机挂500 kV，5台机挂220 kV运行)或3/4(4台机挂500 kV，3台机挂220 kV运行)等方式下，500 kV水泉线因故障开断，系统(包括南部电网)会出现低频，南部电网会出现低电压。为防止低电压导致南部电网乃至系统电压崩溃，适时切除低电压地区电网负荷是最有效的措施。为防止系统突然出现400 MW～1　　200 MW(如2×200 MW，2×300 MW，2×350 MW，1×600 MW或2×600 MW的双机切除)功率缺额，频率高梯度下降，导致频率崩溃，适时切除适当地区适量负荷是最有效的措施。　　
　　*本文未标注单位的电压值为标幺值；
　　**du/dt的单位是标幺值/s,文中以s^-1表示。500 kV初期网架形成后，由于后石600 MW大机组占主网最小负荷的比重仍然可能达30%以上，福建电网再次出现更高层次的“大机组小电网”的结构，其安全稳定问题仍然是电压稳定性突出、频率稳定性情况严重，同时存在功角稳定性隐患。例如：500 kV网架上单相、相间短路，快速保护动作异常，靠后备保护动作扩大切除故障范围，就会导致后石600 MW机组或后石、嵩屿机群与系统失步。

3　低频低压自动减负荷装置的应用

　　UFV—2是由电力自动化研究院开发生产的低频、低压自动减负荷装置，它能分别按就地的频率和电压下降的程度和速率，快速切除相应数量的本地负荷，阻止系统电压或频率的更严重下降或使之趋于恢复到正常水平，确保电网的安全稳定运行。此外还具有自动识别和躲开短路故障功能。
　　UFV—2在福建东南部电网实施分布情况如图2，在L，Z，G，Y，J等站装设UFV—2G型低频、低压切负荷装置，并预留有接收远方切负荷命令接口。在嵩屿电厂失磁、切双机故障等严重故障时适时切除嵩屿电厂附近及泉州地区负荷，以保持系统稳定；500 kV水泉线在南送功率大于350 MW时因故障突然开断，切除泉州地区的J，Y，G及厦门部分地区的适量负荷，以保持系统稳定。具体应用情况如下。

图2 低频低压减载装置在福建电网的应用
Fig.2 Load shedding deice of low-ulotage and low-frequency applying in Fuhian power System

　　a. UFV—2G测量装置所在站的220 kV母线电压，由此计算出电压和频率及其变化率。装置启动频率一般设为49.0 Hz～49.2 Hz，延时0.1 s～0.15 s，低频第1轮至第4轮的频率每轮间隔可设为0.2 Hz～0.3 Hz，延时设0.1 s～0.15 s；特殊轮频率设为48.0 Hz～48.2 Hz，延时6 s～8 s。
　　装置启动电压一般设为0.80～0.85，延时0.1 s～0.15 s，低压第1轮至第4轮的电压每轮间隔0.2，延时0.5 s；特殊轮电压为0.78～0.82，延时6 s～8 s。
　　装置前4轮为基本轮，第5轮为特殊轮，电压切负荷的轮次与频率切负荷的轮次相同。
　　 b.当系统功率缺额较大时，根据df/dt加速切负荷，第1轮可设为0.4 Hz/s～0.5 Hz/s，第1轮至第2轮的df/dt的间隔为0.3 Hz/s，延时0.1 s～0.15 s；第3轮为1 Hz/s～2 Hz/s，不设延时。装置在切第1轮时可加速切除第2轮、第3轮，制止频率快速下降，防止出现频率崩溃事故。
　　c.当局部电网电压高梯度下降时，根据du/dt^**加速切负荷，第1轮可设为0.1 s^-1～0.2 s^-1，第1轮至第2轮的du/dt的间隔为0.1 s^-1，延时0.2 s～0.3 s；第3轮为0.5 s^-1～0.6 s^-1，不设延时。装置在切第1轮时可加速切除第2轮、第3轮，制止局部电压快速下降，以防止出现电压崩溃事故。
　　d.判断短路故障自适应设置为：短路故障判断母线电压消失值设定为0.3～0.35，母线电压恢复值为0.8～0.85，低电压减载的整定时间不需要与保护动作时间配合，保证系统低电压时快速动作，短路故障时可靠闭锁。
　　e.通信接口暂留，可作为将来区域电网稳定控制系统的执行终端。

4　安全自动化系统的方案

　　随着电网的发展，低频、低压减载装置可与分布式电网稳定控制装置(FWK)配合，利用远方信号传输装置，构成一个可靠性高的区域性电网稳定控制系统。已有的低频、低压减载装置接收远方FWK发来的命令信号，经本地判断解锁后形成决策出口，其中的FWK与远方信号传输装置均为模块化的产品，已有较成功的应用经验。如图1所示的福建电网示意图中，在直接接入500 kV的水口和后石两大电厂及3个500 kV变电站(厦门、泉州、郊尾)设置FWK，在厦门地区、泉州地区和莆田地区的220 kV变电站装设UFV—2G低频、低压减载装置，作为切负荷的终端站，接收FWK发来的切负荷命令。FWK间的命令传送可利用500 kV网架已有的光纤数字通信，FWK与UFV—2G间的通信可用载波或微波。
4.1　主要功能
　　a.当后石电厂出现故障切机或失磁切机时，向厦门和泉州地区发出切负荷命令。
　　b.当后—厦—泉一回线故障引起另一回线过载时，由FWK发出切后石电厂机组命令的同时，向厦门及泉州地区发出切负荷命令。
　　c.当水—泉线故障时，FWK向泉州及莆田地区发出切负荷命令，同时水口电厂启动就地切机。
4.2　总体功能要求
　　a.检测电网的运行状态和必要的远方信息，识别局部电网的运行方式。
　　b.判断局部电网的故障状态，如单相故障、相间故障、失步振荡、低频振荡、线路过负荷、无故障跳闸等。
　　c.在系统发生故障时，可根据检测到的本地信息和远方送来的故障命令，判断出故障类型，根据事故前的电网运行方式，查找出预先制订的控制策略表，确定控制措施，向远方和本地发出控制命令，如切机、切负荷、降低出力等。
　　d.可进行简单的事件记录和事故过程中的数据记录。
　　以上方案可分阶段实施，实施前将逐步深化。
　　1990年前后，针对华能福州电厂大机组失磁切机、相继或同时切双机而实施了装设在电厂到福州东郊、北郊、红山、林中的4对JYT81型装置及经林中向南至泉州的3对JYT81装置，远方联切福州、莆田、泉州地区负荷的JYT远方联切系统，因林中以下的系统220 kV网架变化较大，无法适应电网运行，但华能至福州4对、至林中1对的原系统仍然可以在前述故障下发挥作用，应加以改造和完善，使其发挥作用。

5　结论

　　福建省电力系统不与外系统联网，由于其600 MW机组相对系统负荷比例较大，500 kV网架单薄，必须借助专门的安全自动化系统，以确保系统的电压、频率和功角稳定性。安全自动化系统的实施应以分散式的UFV—2型系列低频、低压切负荷装置为先导，适时地设立由FWK为主的区域性电网稳定控制系统，方可适应福建电网的实际需要。已有的JYT远方联切系统应经过适当的改造、完善，继续发挥作用。