孤立電網(wǎng)穩(wěn)定運行研究

王林

（四川省電力公司自貢電業(yè)局，四川 自貢 641000）

孤立電網(wǎng)，簡稱孤網(wǎng)，通常指的是與大型電網(wǎng)整體相分離的容量較小的電網(wǎng)。當孤立電網(wǎng)內(nèi)部只有一個單獨的供電機組時，這個系統(tǒng)可以被稱為單機帶孤網(wǎng)的工作方式。單機帶孤網(wǎng)方式的顯著特征是把傳統(tǒng)電網(wǎng)對于電荷的控制轉(zhuǎn)化為對于運行頻率的控制。這就要求電網(wǎng)系統(tǒng)具有調(diào)節(jié)運行速度的功能、合乎要求的靜態(tài)特點、運行的穩(wěn)定狀態(tài)以及敏捷的響應(yīng)性，只有這樣，才能保證電網(wǎng)運轉(zhuǎn)頻率不受到用戶用電量變化的干擾。在孤網(wǎng)系統(tǒng)中，機組工作的核心問題由調(diào)整負荷量，轉(zhuǎn)變?yōu)檎{(diào)整頻率，將運行頻率保持在特定的頻率數(shù)值附近。本文著重探討建立在孤網(wǎng)運行特殊性基礎(chǔ)上的實踐管理方式。

一、保證孤網(wǎng)運行穩(wěn)定的技術(shù)

（一）控制電壓

穩(wěn)定孤網(wǎng)電壓的技術(shù)，首先包括穩(wěn)定自動控制電壓的技術(shù)。AVR在系統(tǒng)中自動控制著電壓，在單機帶孤網(wǎng)工作時，為了滿足電能在負荷端的質(zhì)量需求以及整個用電體系的穩(wěn)定需求，應(yīng)當維持發(fā)電機端口的電壓基本穩(wěn)定。孤網(wǎng)在具體運行時，需要機組使用AVR作為自動調(diào)節(jié)電壓的手段，AVR可以根據(jù)無功電流的數(shù)值變化，來調(diào)整發(fā)電機內(nèi)部通過的勵磁電流，從而維持端電壓數(shù)值的基本穩(wěn)定。

對于電壓的控制還包括去除勵磁系統(tǒng)部分功能，主要是PSS作用。單機帶孤網(wǎng)工作過程中，由于我們無法掌控負荷端的有功電流改變，如果采用了PSS設(shè)備，無功的變化就會與有功相關(guān)，這可能會造成端口電壓的波動。因此，最好去掉電網(wǎng)系統(tǒng)中的這種功能，以免它干擾系統(tǒng)正常工作。

（二）控制頻率

穩(wěn)定運行頻率，是控制孤網(wǎng)運行的重要環(huán)節(jié)。在發(fā)電機組帶動的孤網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)，孤網(wǎng)自身缺乏調(diào)節(jié)平衡的能力，因此，發(fā)電機的運轉(zhuǎn)必須依據(jù)負載功率的改變而發(fā)生改變，這樣才能輸出恒定的頻率數(shù)值。當系統(tǒng)的功率變化或者負荷受到干擾時，整個電網(wǎng)的頻率也會相應(yīng)改變。要保證孤網(wǎng)頻率特定，就要將汽輪的旋轉(zhuǎn)速度保持在每分鐘3000轉(zhuǎn)的范圍內(nèi)，這樣才能實現(xiàn)火電機組帶動孤網(wǎng)的成功運轉(zhuǎn)。從這樣的控制目標出發(fā)，我們應(yīng)當將控制的重點放在汽輪的旋轉(zhuǎn)速度上，設(shè)置相應(yīng)的回路。

在火電機組帶動的孤立電網(wǎng)工作時，如果負荷端口甩掉十分之一以上的負荷，那么整個系統(tǒng)的運行周波就會急速增加，汽輪機的旋轉(zhuǎn)速度可能高達每分鐘3100轉(zhuǎn)左右，這種情況很嚴重時，機組就會甩掉全部負荷而停止運轉(zhuǎn)。為了避免這一現(xiàn)象的出現(xiàn)，我們?nèi)コ薕PC動作，保留機組在每分鐘3000轉(zhuǎn)的正常速度下所具有的電超速、設(shè)備超速維護功能，并維持人工停機回路的暢通。

許多孤網(wǎng)的機組內(nèi)部都有一個負荷波動的限制，通常為10%左右，但是這樣的限制已經(jīng)不能滿足孤網(wǎng)幅度調(diào)整的需要。我們依據(jù)5%的子速不等率來設(shè)計修正頻率的函數(shù)，取消了一次調(diào)節(jié)頻率函數(shù)的上限。為了確保鍋爐的安全工作，將這種頻率調(diào)節(jié)函數(shù)的下線設(shè)置在35%的范圍內(nèi)。在孤網(wǎng)發(fā)生切換時，事先將一次調(diào)整頻率的死區(qū)設(shè)置在每分鐘2轉(zhuǎn)范圍內(nèi)，能夠最大限度減少干擾量。在切換完畢之后，可以依據(jù)機組工作的穩(wěn)定程度，對于頻率調(diào)節(jié)死區(qū)再一次進行調(diào)整。

在切換孤網(wǎng)之前，要取消協(xié)調(diào)機組的控制功能，人工控制功率的回路。要將DEH調(diào)整到遙控或者閥控的狀態(tài)，將系統(tǒng)投入到一次調(diào)頻狀態(tài)的回路中。孤網(wǎng)工作時，機組旋轉(zhuǎn)速度受到疊加信號與人工調(diào)節(jié)命令的限制，這種調(diào)整方式為比例調(diào)整，其結(jié)果存在一定偏差，對于機組旋轉(zhuǎn)速度的調(diào)整是存在靜態(tài)差值的。因此，工作人員需要及時觀察機器轉(zhuǎn)動時穩(wěn)定點數(shù)值的差值變化，如果這一穩(wěn)定點的變化幅度超過了每分鐘3000轉(zhuǎn)，且超出程度過大，那么就要手工對汽輪機的調(diào)節(jié)閥門進行調(diào)整。

（三）控制負荷

分析孤網(wǎng)的頻率特征和負荷特征可以知道：為了將電網(wǎng)負荷改變引起的頻率改變數(shù)值控制在標準范圍內(nèi)，就需要管理和組織用電端負荷量，以保證系統(tǒng)運行頻率恒定。首先，負荷量的增加和減少數(shù)值都不應(yīng)當超過5MW。在做出增加或減少負荷量的決定之前，應(yīng)當將這一決定通知調(diào)度人員，由中調(diào)人員事先對頻率加以調(diào)整，然后再增加或減少系統(tǒng)負荷量。其次，孤網(wǎng)所承受的負荷量上限為120MW，下限為90MW。要準確掌控負荷端在不同狀態(tài)下的負荷數(shù)值，使這一數(shù)值與單機發(fā)電峰值的調(diào)整相協(xié)調(diào)。這是確保系統(tǒng)運行正常的重要技術(shù)手段之一。

（四）控制機組

首先是對于電氣系統(tǒng)的控制。電廠要做好對于單元機組的各項管理工作，包括用電體系管理、保安管理、直流系統(tǒng)管理和公用體系管理，要安排這些系統(tǒng)的檢測和隔離工作，保證在臨近機組或者電網(wǎng)出現(xiàn)運行故障時，孤網(wǎng)機組仍然可以維持正常狀態(tài)。孤網(wǎng)無法承受臨近機組切換用電量帶來的沖擊，因此，應(yīng)當事先準備切換方案，以便在孤網(wǎng)出現(xiàn)跳閘時，保安電源可以切換至臨近的電網(wǎng)系統(tǒng)中。

其次是對于鍋爐系統(tǒng)的控制。電廠使用的燃煤種類不同于設(shè)計燃煤，這會降低鍋爐工作的穩(wěn)定程度。要實現(xiàn)燃油的正常燃燒，通常應(yīng)當投入兩支油槍，維持燃燒過程的穩(wěn)定。在發(fā)現(xiàn)爐膛不能穩(wěn)定燃燒時，要及時調(diào)整燃燒狀況，可以采用再投入幾支油槍的方式，不能讓鍋爐熄火。要做好燃燒原料的成分搭配工作，確保投入燃煤質(zhì)量的穩(wěn)定。嚴格控制制粉系統(tǒng)的工作狀態(tài)，在啟動和停止系統(tǒng)之前，穩(wěn)定好燃燒進程，將煤粉倉庫的料位保持在特定范圍內(nèi)。

為了實現(xiàn)機組運轉(zhuǎn)時的負荷要求，一次頻率調(diào)整的回路會頻繁調(diào)節(jié)汽輪機的閥門，這將會造成鍋爐內(nèi)部的壓力數(shù)值浮動，且幅度超過正常范圍。主汽壓力的變化會波及到汽包的水位和系統(tǒng)溫度。為了使主汽壓力保持恒定，降低操作負擔，可以將自動式的協(xié)調(diào)回路投入系統(tǒng)使用，降低壓力的預(yù)設(shè)數(shù)值，使系統(tǒng)可以自主調(diào)整主汽壓力。此外，還可以適當放松對于汽包水位和相關(guān)動作數(shù)值的限制。

二、實踐管理操作建議

（一）改造發(fā)電機組

在設(shè)置大中型城市的發(fā)電機組時，要充分考慮自動啟動和獨立電網(wǎng)的工作性能。單元機組帶動的孤網(wǎng)，是一種特殊的工作方式。多數(shù)電廠的技術(shù)人員在控制機組工作狀態(tài)時，都沒有顧及到機組的特殊功能，這增大了孤網(wǎng)的設(shè)置和運行難度。在研究單機帶動孤網(wǎng)的實施方案時，應(yīng)當綜合考慮如何保持系統(tǒng)之間的隔離、如何控制汽輪機的旋轉(zhuǎn)、如何維持鍋爐和相關(guān)設(shè)備的穩(wěn)定運轉(zhuǎn)，這就需要對系統(tǒng)采取大量的試驗措施和應(yīng)急措施。

機組功能不完整，將會增添對重要城市供電的風險，不利于維持供電可靠性。只有嚴格執(zhí)行用電體系設(shè)置標準、自動啟動電源的安裝標準、熱量控制標準以及監(jiān)視單獨電網(wǎng)電壓頻率的標準，才能在技術(shù)層面上確保單機帶動孤網(wǎng)運行可靠，為城市供電提供保障。

（二）編制供電方案

在管理孤網(wǎng)運行的實踐中，有必要為重要城市編制電量供應(yīng)的預(yù)案。在城市遭遇自然災(zāi)害等不可抗力作用時，由外部進入城市的電源被全部中斷，這時應(yīng)急方案能夠確保城市的供電正常。這種方案包括孤網(wǎng)運行方案，負責調(diào)整參與運行的電廠設(shè)備，隔離并切換電廠用電量，組織管理保安電源，合理控制輸電線路內(nèi)部產(chǎn)生的電荷量等。在孤網(wǎng)形成之后，供電方案還可以調(diào)節(jié)系統(tǒng)電壓值和頻率值。

（三）規(guī)劃保安電源

我國部分供電重點城市主要依靠外地提供的電源來供電，有些城市沒有自己的保安電源。如果外部送進來的全部輸電網(wǎng)絡(luò)中斷，那么只能依靠孤網(wǎng)來提供電量。因此，可以考慮在重點供電城市建設(shè)特定規(guī)模的保安電源電廠，確保城市供電不受外界因素制約。

（四）制定融冰措施

對于容易發(fā)生冰凍災(zāi)害的城市來說，要加大融冰領(lǐng)域的技術(shù)研究力度，制定有針對性的融冰措施體系，應(yīng)對突發(fā)冰災(zāi)事件。在強化投入使用輸電系統(tǒng)抵抗冰災(zāi)的能力方面，需要設(shè)立三個關(guān)鍵步驟：避免接地線路受到冰凍之后和導(dǎo)線接觸產(chǎn)生跳閘、避免導(dǎo)線被冰層覆蓋之后造成線路中斷、保持桿塔的直立狀態(tài)。

我們要在研究國內(nèi)融冰實用技術(shù)手段的基礎(chǔ)上，引進國外在融冰方面的先進科技，提升調(diào)研水平。要準確把握這一領(lǐng)域技術(shù)的發(fā)展階段和應(yīng)用現(xiàn)狀，提出符合當?shù)貙嶋H情況的融冰技術(shù)方案。要針對電壓級別不同的供電線路系統(tǒng)，設(shè)置不同的融冰計劃。在冰凍災(zāi)害范圍較小、還沒有威脅到城市電網(wǎng)運行的安全時，就采取及時措施消除覆蓋的冰層，可以有效防止冰凍影響范圍的進一步擴展，維持城市供電的及時性和連續(xù)性。

結(jié)語

孤網(wǎng)運行的穩(wěn)定性分析，包括電網(wǎng)系統(tǒng)運行流程的設(shè)計、電壓穩(wěn)定性和頻率穩(wěn)定性數(shù)值的計算等等。孤網(wǎng)運行方面的技術(shù)，包括穩(wěn)定電壓的技術(shù)、穩(wěn)定頻率的技術(shù)、組織管理機組的技術(shù)，以及控制端口電荷量的技術(shù)。為了確保單機帶孤網(wǎng)運行流程的穩(wěn)定，提升城市供電系統(tǒng)工作的可靠程度，大中型城市的發(fā)電機組設(shè)計應(yīng)當考慮到可以自主啟動和獨立運行的電網(wǎng)。設(shè)計人員要規(guī)劃城市供電的基本方案，以及城市重要電源的建設(shè)方案。此外，為了防止城市供電系統(tǒng)在遇到冰凍等自然災(zāi)害時產(chǎn)生孤網(wǎng)現(xiàn)象，應(yīng)當對融冰等技術(shù)手段展開探討，設(shè)立有針對性的應(yīng)對措施技術(shù)體系，提升關(guān)鍵供電線路的防護標準。

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