本发明属于石油化工电气安全技术领域，具体涉及一种炼油化工装置供电系统的暂态特性评价方法。
背景技术：
大型石油化工企业的生产装置具有高温、高压、易燃、易爆、易中毒、关联性强等特点，其供电系统必须满足生产装置的安全、稳定、长周期、满负荷、优质运行的要求。石油化工企业经过多年投入和不断扩能改造的滚动发展，千万吨/年炼油、百万吨/年乙烯等大型化、节约化、现代化生产装置相继建成投运后，对装置的供电安全稳定性要求越来越高。生产装置一旦发生断电、电压波动、电压突变等情况将造成生产装置大面积非计划停车，同时易导致着火、爆炸、泄漏、设备损坏、人员伤亡、环境污染等重大次生事故，造成重大损失。近几年统计的炼油化工装置由于“晃电”引起的非计划停车事故占总事故的20％以上，还有逐年上升的趋势。因此，炼油化工装置供电系统安全稳定性问题一直是需要重点关注和解决的共性问题。
供电系统安全稳定性可以分为静态稳定和暂态稳定，而炼油化工装置由于“晃电”引起的非计划停车事故主要是由于系统对内外电网的抗扰动能力薄弱引起的，即系统暂态稳定性问题，例如：投入或切除大容量的电动机、发电机等主设备切除或投入供电系统、供电系统发生短路故障等原因均能引起供电系统失稳造成“晃电”事故。因此，亟需开展炼油化工装置的暂态安全特性评价，并提出提高系统在异常工况下的控制措施，保障装置供电系统的安全可靠运行。
技术实现要素：
针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提出了一种基于PSD-BPA的炼油化工装置供电系统的暂态特性评价方法，用于校核装置供电系统在受到大的扰动时(各短路、切换线路或变压器等)保持稳定运行、连续供电的能力，设计合理，具有良好的推广价值。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种炼油化工装置供电系统的暂态特性评价方法，包括如下步骤：
步骤1：搭建供电系统模型并获得模型参数
供电系统模型由包括发电机、线路、变压器在内的一次设备及其控制系统模型、以电动机为主负荷模型，以及包括快切、继电保护、备自投在内的二次设备模型，通过相互连接组成；其包括企业电网内部的数据和与之互联的电网外部的数据；
供电系统的一次设备模型和负荷模型的参数通过设备台账信息、建模研究、出厂参数或实测参数获得；发电机采用次暂态电势变化模型；包括架空线和电缆在内的线路和变压器采用π型等值电路模型；负荷模型由电动机模型和静态负荷模型表示，电动机模型采用三阶机电暂态电动机模型，静态模型采用ZIP模型；
供电系统的二次设备模型采用实际定值或实际动作时间；
步骤2：运行方式设置
根据包括网络结构、企业电网开停机计划、设备检修计划、负荷变化情况以及外部电网相关运行方式在内的条件，针对供电系统实际运行中出现的不利情况，设置系统的包括机组开停情况、最大或最小负荷情况在内的运行方式，并进行灵敏度分析；
步骤3：故障设置
在可能出现的故障地点中，设置如下故障：
(1)任何线路单相瞬时接地故障同时重合成功；
(2)任一线路无故障断线不重合；
(3)任一线路三相短路故障断开不重合；
(4)变压器短路故障；
(5)发电机失磁故障；
(6)发电机出口短路故障；
(7)任一大负荷波动；
步骤4：暂态特性仿真计算分析
供电系统的暂态特性仿真计算分析，包括短路电流计算、内外电网预想故障扫描分析、孤岛稳定运行分析以及电动机启动特性分析；
步骤5：暂态稳定运行判定
供电系统的暂态稳定运行判定，包括短路电流计算判据、内外电网预想故障扫描分析判据、孤岛稳定运行判据以及电动机启动特性判据；
步骤6：稳控措施的提出
对于短路电流超标的情况，规划阶段采取的措施：选用开断电流较大的开关设备、电网合理分层分区、电源合理接入、采用短路电流限制器、；运行阶段采取的措施：解开高低压环网运行、断开部分线路、母线分列运行；
对于内外电网预想故障扫描分析可能存在的问题，提出完善电网结构、优化有功无功电源布局和运行方式、制定安自装置和相关继电保护协调配置方案，配置动态无功补偿装置；
对于供电系统孤岛运行不满足要求的情况，合理配置联锁切机、联锁切负荷、快关汽门，校核或配置失步解列、快速解列、低频减载、低压减载、高频切机，校核发电机以及汽轮机相关涉网保护配置；
对于电动机起动分析不满足要求的情况，选择在合理的运行方式下安排电机起动，若还不满足条件，选择配置动态无功补偿装置；对于电动机群起分析不满足要求的情况，对起动时间和起动批次进行优化，对电动机保护和安自装置配置进行协调配置。
优选地，在步骤3中，保护故障的切除时间按下列数据选取：
(1)220kV线路：近故障点侧0.12秒，远故障点侧0.12秒；
(2)110kV线路：近故障点侧0.15秒，远故障点侧0.20秒；
(3)变压器的故障切除时间按同电压等级线路近端故障切除时间考虑。
优选地，在步骤4中，所述的短路电流计算，具体包括：计算供电系统各种运行方式下各节点对应的最大短路电流，以检验系统的短路电流水平是否在开关设备的开断能力之内，确保在设备发生短路故障时开关设备能可靠切断短路电流，隔离故障元件；同时校核现有保护设备定值是否合理；
所述的内外电网预想故障扫描分析，具体包括：仿真模拟供电系统中包括发电机、变压器、线路、外部联络线在内的设备发生常见故障或组合故障时，判定系统的电压、功角、频率是否失稳，校核继电保护、安自装置的定值及协调配合是否恰当，查找影响系统安全稳定运行的潜在故障类型；
所述的孤岛稳定运行分析，具体包括：仿真模拟装置供电系统孤岛形成时系统内频率和电压的变化特性，评估系统孤网运行失稳的风险；对系统的包括低频减载、低压减载、联切负荷在内的安全稳定控制措施进行合理配置，分析部分发电机涉网保护定值在孤岛方式下的适应性；明确现有配置的不足，提出合理的改进、完善方案，最终保证系统在各种可能的运行方式下孤网稳定运行；
所述的电动机启动特性分析，具体包括：分析装置大型电动机启动方式的现状，对可能的启动方式进行模拟，开展大型电动机或电动机组群起电压水平计算、起动转矩校验、稳定性计算，分析系统内电动机有功功率、无功功率及端口电压的恢复情况，确定企业电力负荷重要性排序方案，提出可能的电动机群起策略，研究各级自动切换装置与电动机再起动要求之间的配合问题，分析电动机再启动对供电系统安全稳定运行的影响，制定电动机再启动方案及流程。
优选地，在步骤5中，所述的短路电流计算判据，具体包括：计算得出的厂站母线的三相短路电流和单相短路电流值均小于该厂站内开关设备的额定短路开断电流，并留有适当的裕度；
所述的内外电网预想故障扫描分析判据，具体包括：供电系统遭受扰动后，引起同步系统内各机组之间功角相对摇摆，在经过第一、第二振荡周期不失步，作同步衰减振荡，系统中枢点电压逐渐恢复；供电系统主要母线电压能在0.5s内恢复至0.6pu～0.7pu，或系统不会出现电动机大面积脱扣导致生产工艺停运的情况；
所述的孤岛稳定运行判据，具体包括：频率控制在49～51.5Hz范围内，解列运行恢复稳态后频率在49.5～50.5Hz范围内；
所述的电动机启动特性判据，具体包括：电动机频繁起动时，母线电压不宜低于额定电压的90％，电动机不频繁起动时，不宜低于额定电压的85％；当母线上未接照明及其它对电压波动敏感的负荷，且电机不频繁起动时，不低于额定电压的80％；若母线上未接其他用电设备，则母线电压按保证电动机起动转矩的条件决定；对于额定电压在1000V以下的电动机，应保证接触器线圈的电压不低于释放电压，若不满足起动条件要求，则选择其他的起动方式来起动电机。
本发明具有如下优点：
本发明述及的基于PSD-BPA的炼油化工装置供电系统的暂态特性评价方法，可以渗透到装置供电系统规划、设计、运行和管理各个方面，评估供电系统在内、外电网故障扰动下电压、功角、频率的暂态特性和损失负荷的风险，校核继电保护、安自装置的定值及协调配合是否恰当，判断是否会出现危害工艺或电动机脱扣等情况发生，并提出提高系统在异常工况下的控制措施，保障装置供电系统的安全稳定运行，减少扰动过程中的负荷损失。
附图说明
图1为本发明基于PSD-BPA的炼油化工装置供电系统的暂态特性评价方法的流程框图。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步详细说明：
基于PSD-BPA的炼油化工装置供电系统暂态特性评价方法(如图1所示)，包括如下步骤：
步骤1：搭建供电系统模型和参数
供电系统模型由发电机、线路、变压器等各类一次设备及其控制系统模型，负荷模型(电动机为主)，以及快切、继电保护、备自投等二次设备模型，通过相互连接组成，包括企业电网内部数据和与之互联的电网外部数据。
供电系统的一次设备模型和负荷模型的参数应通过设备台账信息、建模研究、出厂参数或实测参数获得。发电机应采用次暂态电势变化模型；线路(包括架空线和电缆)和变压器一般采用π型等值电路模型；负荷模型由电动机模型和静态负荷模型表示，电动机模型采用三阶机电暂态电动机模型，静态模型采用ZIP模型。
供电系统的二次设备模型应采用实际定值或实际动作时间。
步骤2：运行方式设置
根据网络结构、企业电网开停机计划、设备检修计划、负荷变化情况、以及外部电网相关运行方式等条件，针对供电系统实际运行中可能出现的不利情况，设置系统的运行方式。包括机组开停情况、最大或最小负荷情况等，并进行必要的灵敏度分析，确保考虑了可能出现的不利情况，还应考虑外部联络解列系统形成孤岛的运行方式。
步骤3：故障设置
从可能出现的故障地点中，主要考虑和设置如下故障：
(1)任何线路单相瞬时接地故障同时重合成功；
(2)任一线路无故障断线不重合；
(3)任一线路三相短路故障断开不重合(一般设在线路两侧变电站出口)；
(4)变压器短路故障(一般设在高压侧或中压侧出口)；
(5)发电机失磁故障；
(6)发电机出口短路故障(一般设在升压变高压侧出口)；
(7)任一大负荷波动。
快速保护故障切除时间一般按下列数据选取：
(1)220kV线路：近故障点侧0.12秒，远故障点侧0.12秒；
(2)110kV线路：近故障点侧0.15秒，远故障点侧0.20秒；
(3)变压器的故障切除时间按同电压等级线路近端故障切除时间考虑。
其他保护动作的故障切除时间应根据保护具体设置，重合闸装置应采用实际重合闸时间。
步骤4：暂态特性仿真计算分析
装置供电系统暂态特性仿真计算分析，包括短路电流计算、内外电网预想故障扫描分析、孤岛稳定运行分析、电动机启动特性分析；其中，
短路电流计算，计算供电系统各种运行方式下各节点对应的最大短路电流，以检验系统的短路电流水平是否在开关设备的开断能力之内，确保在设备发生短路故障时开关设备能可靠切断短路电流，隔离故障元件；同时校核现有保护设备定值是否合理。
内外电网预想故障扫描分析，仿真模拟供电系统发电机、变压器、线路、外部联络线等设备发生常见故障或组合故障时，判定系统电压、功角、频率是否失稳，校核继电保护、安自装置的定值及协调配合是否恰当，查找影响系统安全稳定运行的潜在故障类型。
孤岛稳定运行分析，仿真模拟装置供电系统孤岛形成时系统内频率和电压的变化特性，评估系统孤网运行失稳的风险；对系统的低频减载、低压减载、联切负荷等安全稳定控制措施进行合理配置，分析部分发电机涉网保护定值在孤岛方式下的适应性；明确现有配置的不足，提出合理的改进、完善方案，最终保证系统在各种可能的运行方式下孤网稳定运行。
电动机启动特性分析，分析装置大型电动机启动方式的现状，对可能的启动方式进行模拟，开展大型电动机或电动机组群起电压水平计算、起动转矩校验、稳定性计算，分析系统内电动机有功功率、无功功率及端口电压的恢复情况，确定企业电力负荷重要性排序方案，提出可能的电动机群起策略。研究各级自动切换装置与电动机再起动要求之间的配合问题，分析电动机再启动对供电系统安全稳定运行的影响，制定电动机再启动方案及流程。
步骤5：暂态稳定运行判定
短路电流计算判据：计算得出的厂站母线的三相短路电流和单相短路电流值均小于该厂站内开关设备的额定短路开断电流，并留有适当的裕度。
内外电网预想故障扫描分析判据：供电系统遭受扰动后，引起同步系统内各机组之间功角相对摇摆，在经过第一、第二振荡周期不失步，作同步衰减振荡，系统中枢点电压逐渐恢复；供电系统主要母线电压能在0.5s内恢复至0.6pu～0.7pu，或系统不会出现电动机大面积脱扣导致生产工艺停运的情况。
孤岛稳定运行判据：最高频率控制在51.5Hz以下，最低频率为49Hz，解列运行恢复稳态后频率在49.5～50.5Hz范围内。
电动机启动特性判据：一般情况下，电动机频繁起动时，母线电压不宜低于额定电压的90％，电动机不频繁起动时，不宜低于额定电压的85％；当母线上未接照明及其它对电压波动敏感的负荷，且电机不频繁起动时，不低于额定电压的80％；若配电母线上未接其他用电设备，则可按保证电动机起动转矩的条件决定；对于低压电动机，尚应保证接触器线圈的电压不低于释放电压，若不满足起动条件要求的话，则需要选择其他的起动方式来起动电机。
步骤6：稳控措施提出
对于短路电流超标的情况，必须采取措施将其降至开关遮断电流以下。规划阶段可采取的措施有：选用开断电流较大的开关设备，电网合理分层分区，电源合理接入，采用短路电流限制器等技术；运行阶段可采取的措施有：解开高低压环网运行，断开部分线路，母线分列运行等。
对于内外电网预想故障扫描分析可能存在的问题，提出完善电网结构、优化有功无功电源布局和运行方式、制定安自装置和相关继电保护协调配置方案，必要时配置一定容量的动态无功补偿装置。
对于供电系统孤岛运行不满足要求的情况，合理配置联锁切机、联锁切负荷、快关汽门，校核或配置失步解列、快速解列、低频减载、低压减载、高频切机，校核发电机、汽轮机相关涉网保护配置。
对于电动机起动分析不满足要求的情况，选择合理的运行方式下安排电机起动，若还不满足条件，可以选择配置一定容量的动态无功补偿装置提高企业电网电压的稳定性；对于电动机群起分析不满足要求的情况，对起动时间和起动批次进行优化，对电动机保护和安自装置配置进行协调配置。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。