對(duì)具有連續(xù)生產(chǎn)工藝的大型煉化企業(yè)來(lái)說(shuō)，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(bào)廢，重者會(huì)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(jì)，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(guò)千億。在國(guó)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(duì)的重要課題。一般來(lái)說(shuō)大型企業(yè)都會(huì)配置自備發(fā)電機(jī)組來(lái)預(yù)防電網(wǎng)進(jìn)線(xiàn)跳脫后的核心設(shè)備的供電，同時(shí)也會(huì)考慮配置低頻減載系統(tǒng)以期在系統(tǒng)故障時(shí)通過(guò)檢測(cè)頻率的下降而切除預(yù)先設(shè)定的輪次負(fù)荷來(lái)使系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定；或者再配置備自投和快速母線(xiàn)切換裝置的整體配合來(lái)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(xiàn)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(guó)外多個(gè)項(xiàng)目中得以成功應(yīng)用，2009年在國(guó)內(nèi)1200萬(wàn)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(jiǎn)稱(chēng)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(shí)現(xiàn)的，變電站部分運(yùn)行于一個(gè)或多個(gè)變電站節(jié)點(diǎn)（快速減載區(qū)域控制器）。

對(duì)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(dòng)力站）配置S800遠(yuǎn)程I/O單元。遠(yuǎn)程I/O單元通過(guò)冗余光纜與中央控制器通信。

中央控制器通過(guò)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(kāi)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(guò)硬接線(xiàn)獲取，減載命令由S800遠(yuǎn)程I/O單元通過(guò)專(zhuān)用的硬接線(xiàn)回路來(lái)驅(qū)動(dòng)相關(guān)斷路器的跳閘線(xiàn)圈。

系統(tǒng)原理和特點(diǎn)

1原理和動(dòng)作過(guò)程

FLS系統(tǒng)通過(guò)采集各變電所的斷路器和隔離開(kāi)關(guān)的位置，來(lái)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(xiàn)所帶的負(fù)荷量和每臺(tái)發(fā)電機(jī)的發(fā)電量，經(jīng)過(guò)軟件較驗(yàn)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(jì)算。這些測(cè)量值通過(guò)I/O單元采集或者直接通過(guò)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(tái)發(fā)電機(jī)退出運(yùn)行，快速減載系統(tǒng)便開(kāi)始檢查所有獨(dú)立的電氣島拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，計(jì)算每個(gè)電氣島的電能平衡。如果某個(gè)電氣島其中一個(gè)負(fù)荷超出可用電能，則切斷此超載負(fù)荷。針對(duì)每個(gè)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(tái)發(fā)電機(jī)停機(jī)或失去部分發(fā)電容量都會(huì)導(dǎo)致快速減載的啟動(dòng)。

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(kāi)始計(jì)算動(dòng)態(tài)優(yōu)先快速減載表。計(jì)算的輸入數(shù)據(jù)來(lái)源于電氣島拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和若干條母線(xiàn)的負(fù)荷優(yōu)先級(jí)表。對(duì)于每個(gè)具有可快速減載的母線(xiàn)，都會(huì)組成這樣的負(fù)荷優(yōu)先級(jí)表。每個(gè)母線(xiàn)的負(fù)荷優(yōu)先級(jí)表按照優(yōu)先級(jí)的順序組成，這些計(jì)算是在后臺(tái)完成的。

從這張負(fù)荷優(yōu)先級(jí)表中，得到每個(gè)母線(xiàn)的某個(gè)優(yōu)先級(jí)的負(fù)荷總加。一旦快速減載啟動(dòng)，整個(gè)電氣島負(fù)荷總加的優(yōu)先級(jí)表也被計(jì)算出來(lái)。如果能量平衡計(jì)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(jì)算得到。然后，這個(gè)數(shù)量會(huì)與電氣島的負(fù)荷總加優(yōu)先級(jí)表的內(nèi)容進(jìn)行比較。由此產(chǎn)生的快速減載命令會(huì)發(fā)送到和這些負(fù)荷實(shí)際連接的操作單元。

2系統(tǒng)特點(diǎn)

2.1 硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(kāi)關(guān)量，模擬量I/O到設(shè)計(jì)模塊，SOE模塊和安全模塊。模塊可帶電插拔，在線(xiàn)調(diào)整配置。當(dāng)通訊失去時(shí)，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(dòng)。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(lái)自于已發(fā)生故障的網(wǎng)絡(luò)和不穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)時(shí)，可以避免使用錯(cuò)誤數(shù)據(jù)來(lái)快速減載。

2.2 動(dòng)作優(yōu)先級(jí)隨需要由調(diào)度員輸入。

系統(tǒng)最多可以使用100個(gè)優(yōu)先級(jí)。對(duì)于每個(gè)負(fù)荷，調(diào)度員可以定義所有優(yōu)先級(jí)。第100個(gè)優(yōu)先級(jí)則由不能切斷的負(fù)荷和無(wú)法切斷的負(fù)荷來(lái)使用。針對(duì)于每個(gè)可切斷選項(xiàng)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(jí)，并且可以啟動(dòng)或關(guān)閉減載功能。

2.3 動(dòng)作響應(yīng)快。

從供電源斷路器跳閘開(kāi)始，讀取任一個(gè)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(duì)應(yīng)開(kāi)關(guān)的跳閘回路之間經(jīng)過(guò)的時(shí)間為100到250毫秒。

2.4減載方案的自適應(yīng)設(shè)計(jì)。

較前的減載方案都是事先制定好的，沒(méi)有充分考慮到實(shí)際系統(tǒng)的特征和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，也沒(méi)有考慮到系統(tǒng)運(yùn)行中具體故障的大小，往往會(huì)造成過(guò)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(shí)現(xiàn)減載后的最優(yōu)化效果。

實(shí)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(shí)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(guò)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(dòng)判據(jù)

該煉油廠有兩路進(jìn)線(xiàn)電源引自外部電網(wǎng)，內(nèi)部配置有3臺(tái)自備發(fā)電機(jī)組，但由于發(fā)電容量較小，全部開(kāi)機(jī)時(shí)也遠(yuǎn)不能滿(mǎn)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(lái)實(shí)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(xiàn)路均停電時(shí)起動(dòng)，以保證重要負(fù)荷的運(yùn)行。當(dāng)全廠供電從正常的外線(xiàn)路雙電源或單電源供電方式變?yōu)閮蓷l線(xiàn)路均突然跳閘而完全靠廠內(nèi)自備發(fā)電機(jī)時(shí)，立即起動(dòng)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(xiàn)均跳開(kāi)而發(fā)電機(jī)孤網(wǎng)運(yùn)行作為FLS的觸發(fā)啟動(dòng)判據(jù)。

3 動(dòng)作優(yōu)先級(jí)

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(shí)，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(jí)（或4輪）實(shí)現(xiàn)，第1級(jí)最早動(dòng)作切除，第4級(jí)最后動(dòng)作切除。

表1 FLS動(dòng)作優(yōu)先級(jí)順序

結(jié)束語(yǔ)

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(duì)規(guī)模較大的廠用電系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，應(yīng)用后經(jīng)濟(jì)效益會(huì)更加明顯。

（編自《電氣技術(shù)》，作者為張明忠、鄭國(guó)文。）