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英国“8·9”停电事故分析报告深度解读

作者:朱鑫要 廖诗武 来源:电力工程技术杂志 发布时间:2019-08-27 浏览:
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中国储能网讯:英国“8·9”停电事故发生后,引起了世界电力工程界的广泛关注。在电力系统中新能源大规模接入,设备电力电子化,系统惯量持续降低的背景下,英国“8·9”停电事故对于我国电网的安全稳定运行具有深刻的警示作用。因此,《电力工程技术》期刊编辑部邀请国网江苏电科院朱鑫要博士,廖诗武博士针对英国国家电网NationalgridESO在8月16日向Ofgem提交的事故分析报告进行深度解读。

1. 英国8·9停电事故概况

当地时间8月9日(周五)17:00(BST,英国夏令时,后同),英国发生大范围停电,波及包括伦敦在内的英格兰和威尔士大部分地区,约110万人受到停电影响。由于停电正值周五下班高峰,火车、机场和公路瘫痪,且停电的同时伦敦多地还遭遇暴雨天气,在各地引发严重混乱。此次停电事故影响范围如下图1所示。

据悉,至当天17:06,系统恢复正常运行,脱网负荷开始重新并网;当天17:37,事故停电负荷已全部恢复供电。

2. 英国电网概况

英国电力系统工频50 Hz,频率合格范围为49.5~50.5 Hz。截止2018年底,英国的发电总装机容量约为80 GW。

英国电力系统按地理分布可划为3大系统:英格兰和威尔士系统,苏格兰系统和北爱尔兰系统。英国的输电网电压等级为400 kV、275 kV和132 kV,区内拥有1条直流输电(容量2400 MW),将苏格兰地区富裕的风电馈入英格兰负荷中心。英国不列颠岛目前通过4条跨海直流输电与欧洲大陆电网和爱尔兰岛电网互联:1条连接法国(容量2000 MW),1条连接荷兰(容量1000 MW),2条连接爱尔兰(容量500 MW)和北爱尔兰(容量500 MW)。

3. 停电事故分析

3.1事故前电网发用电状态

事故发生前,英国英格兰和威尔士地区发布了气象黄色预警,并伴有雷电。当地时间16:52,英国电网负荷约28 GW,电力来源构成为:30%风电,30%燃气,20%核电,10%跨国输电,以及约10%来自于水电、抽蓄、燃煤和生物质能发电。8月9日,英国电网发电组成如图2所示。

事故发生前,英国输电网并网电源容量为32.13 GW,其中风电容量占比超过30%,常规电源容量占比约50%,全网备用容量约为4 GW。

根据大不列颠SQSS对电网频率的控制要求(一是系统稳态频率需控制在49.5~50.5 Hz之间,二是暂态期间频率高于50.5 Hz或低于49.5 Hz的时间不超过60 s),系统需具备抵御1000 MW发电失去和560 MW负荷失去故障的能力。故障前,英国电网频率响应措施能力如下表1所示,满足SQSS对电网频率的控制要求。


3.2事故发生及扩大情况

英国国家电网NationalgridESO在8月16日向Ofgem提交的事故分析报告中提供的本次事故时间线如图3所示。

16:52:33.490:Wymondley — Eaton Socon线路单相接地故障,线路首末两侧开关分别在70 ms(16:52:33.560)和74 ms(16:52:33.564)后跳闸隔离故障。

16:52:33.835:Hornsea海上风电场出力由故障前的799 MW降至62MW,损失功率 737MW。

16:52:34:Little Barford电厂汽轮机跳闸,损失功率244 MW;配网分布式电源损失功率约500 MW。至此,系统损失功率达到约1481MW,超出系统1000 MW的频率调节能力。

16:52:53:Wymondley — Eaton Socon线路重新投入运行。

16:52:58:在频率响应措施的作用下,系统频率跌落被控制在49.1 Hz。

16:53:18:频率响应措施容量达到约900 MW,系统频率恢复至约49.2 Hz。

16:53:31:Little Barford电厂燃气机组GT1A跳闸,损失功率210 MW;系统全部频率响应措施容量均投入频率支撑。

16:53:49:系统频率跌落至48.8 Hz,触发低频减载动作,切除负荷约931 MW。

16:53:58:Little Barford电厂燃气机组GT1B跳闸,损失功率187 MW。

16:57:15:系统频率恢复至50 Hz。

Wymondley — Eaton Socon线路,及Hornsea海上风电场和Little Barford电厂位置如下图4所示。

8·9事故发生及恢复期间,英国电网频率曲线如图5所示。

当天17:06,系统恢复正常运行,脱网负荷开始重新并网;当天17:37,事故停电负荷已全部恢复供电。本次事故中低频减载负荷切除及恢复情况如表2所示。

3.3事故原因分析

根据英国国家电网NationalgridESO在8月16日向Ofgem提交的事故分析报告,本次事故的直接起因为Wymondley — Eaton Socon线路单相接地跳闸;Hornsea海上风电场、Little Barford电厂、分布式电源脱网造成系统功率缺额超过系统频率响应容量则是本次事故扩大的原因;风电、直流输电等无惯性的电力电子并网电源占比高则是本次事故的深层次原因。

现对英国8·9事故原因分析归纳如下:

(1)Wymondley — Eaton Socon线路单相接地跳闸原因:事故发生前,英国英格兰和威尔士地区发布了气象黄色预警,并伴有雷电;另据气象服务公司MeteoGroup数据显示,16:52:33,在Wymondley — Eaton Socon线路附近探测到了3次雷击。因此,雷击是造成本次事故中线路故障的原因。

(2)Hornsea海上风电场脱网原因:风电运营商表示,在雷击同时,风电场探测到了与雷电关联的异常电压波动;风电场本应参与控制这个波动,但是很快电压波动就在风电场内蔓延,造成保护动作切除风机。Hornsea海上风电机组脱网的详细原因目前仍在调查分析中。

(3) Little Barford电厂切机原因:运营商RWE表示Little Barford电厂汽轮机(ST1C)首先切除的原因为机组的3个转速信号不一致,推测可能是雷电冲击造成机组转速测量装置受扰导致;约1分钟后,原动机蒸汽压力过高造成燃气机组GT1A保护动作切机;30 s后,由于蒸汽压过高,运行人员手动切除了燃气机组GT1B。

(4)分布式电源脱网原因:英国电网分布式电源主要包括光伏、小燃机、小内燃机等,其均配备有防孤岛保护,策略主要有频率变化率保护(RoCoF,0.125 Hz/s)和向量偏移保护(vector shift)2种,且2种防孤岛保护策略均对输电网故障较为敏感。因此,英国国家电网NationalgridESO认为,雷击短路故障后分布式电源保护动作脱网是符合预期的。

(5)系统频率下跌触发低频减载原因:本次事故发生前,英国电网风电、直流等电力电子并网电源出力占比超过40%,系统稳定性较弱;在线路故障后,Hornsea和Little Barford 2座电厂的部分机组几乎同时脱网,共损失功率981 MW,分布式电源脱网损失功率约500 MW,系统功率缺额远大于系统预留的1000 MW频率响应能力,进而造成系统频率跌破49.5 Hz的频率合格下限,跌落至49.1 Hz;在系统频率响应措施的支撑作用下,系统频率略有回升,达到4.92 Hz,但在故障约50 s后由于机组一次调频蓄能耗尽造成频率二次缓慢下跌,加之Little Barford电厂GT1A机组脱网损失210 MW功率,最终使系统频率跌落至48.8 Hz,触发低频减载首轮动作,切除全网约5%的负荷。英国电网低频减载系统共有9个轮次,触发频率涵盖从48.8 Hz至47.8 Hz的频段。

(6)重要负荷失电原因:本次事故中部分铁路、Ipswich医院和Newcastle机场失电,造成了较大的社会影响。据英国电网配电运行商表示,Newcastle机场在本次事故中确被低频减载系统切除,已在8月12日将其从低频减载系统中移出;但低频减载系统并未切除Ipswich医院和铁路系统负荷,Ipswich医院负荷损失是医院内部保护系统动作所致,铁路系统有2座直流牵引站由于频率相关原因而断电,60余列700和717型列车则是由于其内部保护动作而失电。

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