對具有連續(xù)生產(chǎn)工藝的大型煉化企業(yè)來說，供電電源的穩(wěn)定可靠尤其關(guān)鍵和重要。由于其中的關(guān)鍵工藝設(shè)備一旦停電輕者可能造成成批的原材料或中間料的報廢，重者會引起有害氣體泄露或爆炸等劣性公共安全事故。據(jù)不完全統(tǒng)計，每年全世界都有因各種原因引起的全廠斷電事故，由此引起的直接經(jīng)濟(jì)損失超過千億。在國內(nèi)情況基本相似。

預(yù)防全廠斷電事故保證關(guān)鍵設(shè)備不斷電成為企業(yè)必須面對的重要課題。一般來說大型企業(yè)都會配置自備發(fā)電機(jī)組來預(yù)防電網(wǎng)進(jìn)線跳脫后的核心設(shè)備的供電，同時也會考慮配置低頻減載系統(tǒng)以期在系統(tǒng)故障時通過檢測頻率的下降而切除預(yù)先設(shè)定的輪次負(fù)荷來使系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定；或者再配置備自投和快速母線切換裝置的整體配合來避免全廠斷電事故的發(fā)生。但結(jié)果是即使采取了這些措施還是不能有效避免全廠斷電事故的發(fā)生。

本文介紹一種基于外線路故障斷電事故情況下，充分利用廠內(nèi)自備發(fā)電機(jī)有限的出力保證重要負(fù)荷不斷電的快速減載方案FLS(Fast loadshedding System)， 該系統(tǒng)由ABB研發(fā)，在國外多個項目中得以成功應(yīng)用，2009年在國內(nèi)1200萬噸/年大型煉廠中首次成功應(yīng)用。

FLS快速減載系統(tǒng)構(gòu)成方案

ABB FLS快速減載系統(tǒng)（以下簡稱FLS系統(tǒng)）由以下兩部分功能組成：中心部分和各區(qū)域變電站部分。中心部分是在中心節(jié)點(diǎn)(快速減載中央控制器)實現(xiàn)的，變電站部分運(yùn)行于一個或多個變電站節(jié)點(diǎn)（快速減載區(qū)域控制器）。

對應(yīng)的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖所示，在配電中心或總變電站配置冗余的AC800M控制器為中央控制器。在各區(qū)域變電站（包括廠內(nèi)自備電站或動力站）配置S800遠(yuǎn)程I/O單元。遠(yuǎn)程I/O單元通過冗余光纜與中央控制器通信。

中央控制器通過OPC Sever從配電中心監(jiān)控系統(tǒng)MicroSCADA中獲取配電系統(tǒng)的潮流信息，有關(guān)的開關(guān)量狀態(tài)則由各區(qū)域變電站的S800遠(yuǎn)程I/O單元通過硬接線獲取，減載命令由S800遠(yuǎn)程I/O單元通過專用的硬接線回路來驅(qū)動相關(guān)斷路器的跳閘線圈。

系統(tǒng)原理和特點(diǎn)

1原理和動作過程

FLS系統(tǒng)通過采集各變電所的斷路器和隔離開關(guān)的位置，來確定電氣島拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；采集網(wǎng)絡(luò)中的負(fù)荷潮流數(shù)據(jù)，包括母線所帶的負(fù)荷量和每臺發(fā)電機(jī)的發(fā)電量，經(jīng)過軟件較驗后作為模擬量輸入至中央快速減載功能，用于FLS快速減載計算。這些測量值通過I/O單元采集或者直接通過SCADA獲取。

在電網(wǎng)正常穩(wěn)定運(yùn)行情況下，F(xiàn)LS系統(tǒng)不斷檢查電氣島拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中是否有變更發(fā)生。一旦變更發(fā)生，比如某臺發(fā)電機(jī)退出運(yùn)行，快速減載系統(tǒng)便開始檢查所有獨(dú)立的電氣島拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，計算每個電氣島的電能平衡。如果某個電氣島其中一個負(fù)荷超出可用電能，則切斷此超載負(fù)荷。針對每個處在穩(wěn)態(tài)下的電氣島，F(xiàn)LS系統(tǒng)不斷地監(jiān)視其中的發(fā)電機(jī)有效電能。整臺發(fā)電機(jī)停機(jī)或失去部分發(fā)電容量都會導(dǎo)致快速減載的啟動。

一旦由于電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的改變（而不是真正的切斷命令發(fā)送），快速減載初始化完畢，系統(tǒng)便開始計算動態(tài)優(yōu)先快速減載表。計算的輸入數(shù)據(jù)來源于電氣島拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和若干條母線的負(fù)荷優(yōu)先級表。對于每個具有可快速減載的母線，都會組成這樣的負(fù)荷優(yōu)先級表。每個母線的負(fù)荷優(yōu)先級表按照優(yōu)先級的順序組成，這些計算是在后臺完成的。

從這張負(fù)荷優(yōu)先級表中，得到每個母線的某個優(yōu)先級的負(fù)荷總加。一旦快速減載啟動，整個電氣島負(fù)荷總加的優(yōu)先級表也被計算出來。如果能量平衡計算的結(jié)論是需要執(zhí)行快速減載，那么切斷的負(fù)荷數(shù)量也依據(jù)能量平衡計算得到。然后，這個數(shù)量會與電氣島的負(fù)荷總加優(yōu)先級表的內(nèi)容進(jìn)行比較。由此產(chǎn)生的快速減載命令會發(fā)送到和這些負(fù)荷實際連接的操作單元。

2系統(tǒng)特點(diǎn)

2.1 硬件結(jié)構(gòu)簡單、可靠，配置靈活。

系統(tǒng)主要硬件是ABB可編程控制器AC800M和遠(yuǎn)程模塊S800I/O。AC800M模塊包括CPU，通訊模塊，電源模塊及附件。S800 I/O包括從開關(guān)量，模擬量I/O到設(shè)計模塊，SOE模塊和安全模塊。模塊可帶電插拔，在線調(diào)整配置。當(dāng)通訊失去時，還能保證所有輸入輸出都設(shè)定在予定義的值內(nèi)或保持當(dāng)前值不動。模塊可擴(kuò)展、靈活配置。

快速減載使用網(wǎng)絡(luò)中至少2秒前的負(fù)荷潮流數(shù)據(jù)，這樣當(dāng)數(shù)據(jù)來自于已發(fā)生故障的網(wǎng)絡(luò)和不穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)時，可以避免使用錯誤數(shù)據(jù)來快速減載。

2.2 動作優(yōu)先級隨需要由調(diào)度員輸入。

系統(tǒng)最多可以使用100個優(yōu)先級。對于每個負(fù)荷，調(diào)度員可以定義所有優(yōu)先級。第100個優(yōu)先級則由不能切斷的負(fù)荷和無法切斷的負(fù)荷來使用。針對于每個可切斷選項被激活的負(fù)荷而言，中央控制中心的調(diào)度員都可以更改優(yōu)先級，并且可以啟動或關(guān)閉減載功能。

2.3 動作響應(yīng)快。

從供電源斷路器跳閘開始，讀取任一個區(qū)域控制器的數(shù)字量輸入，發(fā)出減載命令，到特定區(qū)域控制器輸出的切負(fù)荷命令到對應(yīng)開關(guān)的跳閘回路之間經(jīng)過的時間為100到250毫秒。

2.4減載方案的自適應(yīng)設(shè)計。

較前的減載方案都是事先制定好的，沒有充分考慮到實際系統(tǒng)的特征和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，也沒有考慮到系統(tǒng)運(yùn)行中具體故障的大小，往往會造成過切或欠切現(xiàn)象。FLS系統(tǒng)基于新的自適應(yīng)的快速減載方案，根據(jù)供電系統(tǒng)的狀況進(jìn)行統(tǒng)籌考慮，能實現(xiàn)減載后的最優(yōu)化效果。

實際應(yīng)用

1系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

圖2為某煉油廠快速減載系統(tǒng)實際應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖，F(xiàn)LS的核心單元中央控制器（AC800M）安裝在該廠供電中樞地點(diǎn)35kV配電中心，遠(yuǎn)程I/O單元（S800）則分布在各區(qū)域變，中央控制器通過采用光纖鏈路模塊的雙光纖 Profibus-DP 環(huán)形網(wǎng)絡(luò)與各遠(yuǎn)程I/O單元連接。該光纜獨(dú)立敷設(shè)，不與SCADA或保護(hù)用光纜共用。

2系統(tǒng)啟動判據(jù)

該煉油廠有兩路進(jìn)線電源引自外部電網(wǎng)，內(nèi)部配置有3臺自備發(fā)電機(jī)組，但由于發(fā)電容量較小，全部開機(jī)時也遠(yuǎn)不能滿足全廠一半負(fù)荷的需求，因此確定采用靠備自投的整體配合并輔以FLS快速減載來實現(xiàn)避免全廠斷電事故發(fā)生的方案。

FLS快速減載系統(tǒng)的作用是在兩條線路均停電時起動，以保證重要負(fù)荷的運(yùn)行。當(dāng)全廠供電從正常的外線路雙電源或單電源供電方式變?yōu)閮蓷l線路均突然跳閘而完全靠廠內(nèi)自備發(fā)電機(jī)時，立即起動FLS進(jìn)行快速減負(fù)荷。

圖2 某煉廠FLS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

把判斷兩條進(jìn)線均跳開而發(fā)電機(jī)孤網(wǎng)運(yùn)行作為FLS的觸發(fā)啟動判據(jù)。

3 動作優(yōu)先級

當(dāng)廠外供電系統(tǒng)故障，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)孤網(wǎng)運(yùn)行且發(fā)電機(jī)出力不足以維持系統(tǒng)周波、電壓時，必須從生產(chǎn)、安全的方面全面權(quán)衡，以保廠用電、公用工程及消防等重要負(fù)荷為目的，確定快速切負(fù)荷的順序和必保的重要負(fù)荷。以下是某煉廠的快切負(fù)荷順序，根據(jù)發(fā)電機(jī)出力情況將可切除的負(fù)荷分為4級（或4輪）實現(xiàn)，第1級最早動作切除，第4級最后動作切除。

表1 FLS動作優(yōu)先級順序

結(jié)束語

FLS快速減載系統(tǒng)的應(yīng)用，有效避免了全廠停電事故的發(fā)生，減少了由此造成的巨大損失。該系統(tǒng)對規(guī)模較大的廠用電系統(tǒng)來說，應(yīng)用后經(jīng)濟(jì)效益會更加明顯。

（編自《電氣技術(shù)》，作者為張明忠、鄭國文。）