水力發電機組孤網運行淺析

范小波 樂紹揚 周大鵬 朱在兵

摘 要：本文詳細介紹了水力發電機組孤網運行的特點，結合某電站孤網運行方式淺析了孤網運行存在的風險，并根據實際運行情況提出了相應的對策和建議。

關鍵詞：水力發電機組;孤網運行;淺析

中圖分類號：TM312 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）23-0160-02

0 引言

隨著現代社會活動對電力供應的可靠性和電能品質的要求越來越高，對發電設備的安全可靠穩定運行也提出了極高要求，在主網解列和線路異常跳閘情況下，發電機組能通過孤網運行來保障小電網的正常運行和電廠自身安全顯得極為重要。鑒于此，通過分析水力發電機組孤網運行的特點、風險，并采取針對性的措施來提高水力發電機組孤網運行的可靠性。

1 孤網運行基本概念

1.1 孤網

最大單機容量小于電網總容量的8%的電網，可以稱為大電網;機組容量和電網容量比大于8%的電網，統稱為小網。孤網既孤立運行的小網，一般泛指脫離大電網的小容量電網。

1.2 孤網運行的分類

（1）有幾臺機組并列運行形成小網，不與外部電網連接。（2）只有一臺機組供電的單機帶負荷方式。（3）并網運行的發電機組與外部電網解列，甩負荷后只帶廠用電運行，是單機帶負荷的一種特例。

2 孤網運行技術特點

孤網運行最突出的特點是發電機組由負荷控制轉變為頻率控制，要求調速系統具有符合要求的靜態特性、良好的穩定性和動態響應特性，以保證在用戶負荷變化的情況下自動保持電網頻率的穩定。運行人員關注的重點不再是負荷調整，而是頻率調整，確保頻率維持在額定頻率附近，這種調整是通過調整調速系統的給定機構來完成，成為二次調頻。由于孤網容量一般較小，這就要求機組的調速系統具有更高的靈敏度，更小的遲緩率和更快的動態響應，來滿足用戶負荷變化后維持頻率穩定。

3 某電站孤網運行方式

如圖1所示，因1#變電站進行升壓改造工作需與主網解列運行，由某水電站1號機組由聯網轉入孤網運行（單機組小網）。

4 孤網運行風險分析

（1）在聯網轉孤網時，因某水電站機組調速器、勵磁等調控系統出現控制異常，造成系統頻率、電壓失穩，機組被迫停機，造成全網失電。（2）若某水電站發變組或送出線路出現故障跳閘，造成全網失電。（3）重要負荷設備（1#變電站主變、2#變電站主變、1#工地施工變電站）故障跳閘，導致負荷損失較大，可能造成系統頻率失穩，嚴重時造成全網失電。（4）在負荷低谷時段，重要負荷設備故障跳閘，可能引發系統過電壓，造成全網失電或影響電氣設備安全。（5）因網內施工負荷占據50%以上，負荷波動頻繁，會造成機組負荷頻繁調整而影響發電機組運行工況，從而縮短發電機組壽命或引發調速器事故低油壓動作停機。

5 孤網運行風險應對措施

（1）在轉孤網運行前，由專業技術人員全面核對調速器、勵磁等調控系統的控制參數和功能投退情況，確保各項控制參數和功能投退的正確性。（2）加強對某水電站發變組、送出線路設備的巡視和缺陷處理工作，降低孤網運行期間出現故障跳閘的可能性。（3）根據孤網系統的變化情況，對繼電保護裝置定值進行重新計算、整定，保證在重要負荷設備故障后繼電保護裝置動作的可靠性和正確性。（4）為避免系統過電壓對全網設備造成危害，重新調整安控裝置判據定值，降低過壓定值和時限，確保過壓情況下安控裝置動作的靈敏性。（5）要求運行值班人員加強與大負荷用戶（施工單位）的溝通，盡可能減少負荷的大幅調整，同時根據系統對頻率的要求適當調整孤網運行頻率調節死區，有效控制調速器的頻繁調節。

6 總結與建議

6.1 調速器控制模式

在調速器功能方面建議增設孤網運行模式，并通過調速器建模試驗整定孤網運行模式控制參數，確保當所在電網解列轉為孤網運行時能自動切換成孤網模式運行，提高系統穩定性。

6.2 一次調頻功能

在孤網運行方式下，系統負荷變化頻繁、頻率不穩，因一次調頻動作靈敏，動作幅度大，投入一次調頻功能易造成系統振蕩，同時調速器頻繁調節易引發調速器油壓裝置事故低油壓，造成機組事故停機，因此在孤網運行方式下建議退出一次調頻功能。

6.3 調速器永態轉差系數（Bp）值設置

調速器的永態轉差系數是指接力器行程為零時的轉速與接力器全行程時的轉速之差與額定轉速之比。從圖2中可知：Bp1>Bp2，當系統頻率由f2變化至f1時，ΔY2>ΔY1，即當系統負荷變化時，Bp值小的機組承當的變化負荷較Bp值大的機組多。因此在有多臺機組參與孤網運行的系統中，Bp值的取值應本著降低響應速度、保證電網穩定及機組在系統中擔任的調節作用進行設置，不易設置過小，一般擔任調峰、調頻的機組比非調峰、調頻的機組Bp值小。本次孤網僅某電站1號機組參與運行，承擔調頻任務，因此該機組孤網運行Bp值設置為0。

6.4 孤網運行頻率調節死區

孤網運行頻率調節死區的設置將會直接影響系統的穩定性和電能質量，設置小，調速器動作頻繁，系統頻率穩定;設置大，調速器動作遲緩，系統頻率變幅大。因此孤網運行頻率調節死區的設置應根據電網對頻率的要求和機組調速器的性能綜合考慮設置。某水電1號機組在孤網運行期間綜合考慮電網要求和調速器調節性能，孤網運行頻率調節死區設置為±0.2Hz。

6.5 應急管理

加強對應急電源（柴油發電機等）的專項檢查維護，確保應急電源的可靠備用;同時要提前制定發電機組黑啟動方案，并進行實操演練來提升應急人員的應急處置水平，保證在出現系統垮網后能夠迅速恢復供電，以保障水電站自身安全和減少系統停電時間。

6.6 運行和調度管理

運行人員和專業技術人員應堅持開展專項巡檢，認真記錄、分析機組各項運行數據，及時發現設備存在的缺陷和設備工況出現的變化，及時掌握機組運行工況，必要時，及時開展機組重要螺栓、銷、鍵的檢查工作，確保機組安全穩定運行。調度方面，運行人員應積極主動與調度機構溝通，全面了解系統運行和負荷、電壓、頻率的變化情況;并根據歷史負荷曲線變化規律，做好負荷預判、合理調控。

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