1、電網大面積停電事故時寶二300MW火電機組孤網帶廠用電運行方式探討郭小衛關鍵詞：解列孤網全廠停電黑啟動摘要：電網的大面積停電事故，可能造成發電廠與系統解列，從而引起發電廠全廠停電以及產生嚴重后果。如何有效防止全廠停電，將事故損失降至最低，已得到各發電企業的高度重視。本文主要通過對寶二發電公司4×300MW火電機組在電網事故情況下，機組孤網帶廠用電運行方式的探討，認為在電網事故情況下，寶二發電機組可實現“孤網帶廠用電運行”，從而避免全廠停電事故的發生。引言對于整個電網而言，雖然隨著電網建設步伐的加快，電網結構日趨強大、合理，電網防范和抵御事故的能力提高了，但任何事物都具有兩面性，當發生

2、電網事故特別是大面積停電事故的時候，因電網結構的復雜而使電網的事故處理和恢復更加困難、更加復雜。2003年8月14日美加電網發生了大面積停電，次后，英國、意大利、俄國等也相繼發生了大面積停電事故，停電時間從幾十分鐘到幾小時，其損失和影響之大不言而喻。為避免電網事故引發重大損失，依據國家電網公司的要求，國內各電網相繼引入了“黑啟動”的概念，其核心就是在整個電網故障停運后，不依賴其他網絡的幫助，通過啟動系統中具有自啟動能力的機組來帶動無自啟動能力的機組，逐步擴大系統的恢復范圍，其目標就是要在最短的時間內使系統恢復帶負荷的能力，將損失降至最低。由于各火電廠均無黑啟動電源，因此，在發生電網事故時如何避

3、免引起火電廠全廠停電事故的發生，也日益引起各火電廠的重視。我們該如何來防止電網事故引發的廠用電全停事故呢？對于沒有黑啟動電源的火力發電廠來說，唯一的選擇就是“保證在電網事故情況下，實現部分機組解列帶廠用電運行。”本文將對發電機組解列孤網帶廠用電運行以及可能遇到的問題進行分析和探討。1.     實現發電機組孤網帶廠用電運行的必要性近幾年來，全國發電廠多次發生全廠停電事故，事故次數占發電廠各類重大事故之首，損失嚴重，影響較大。引起電廠全廠停電事故的原因很多，電網事故、廠用系統運行方式不合理，設備缺陷多等，最后多導致廠用電全停。因此，在發生電網解列事故情況下

4、，防止廠用電全停便是防止全廠停電的根本。從寶二發電公司電氣主接線方式來看， 330KV系統兩條母線經四條出線與電網聯絡，其中新馬、線與馬營變電站聯絡，新雍、線與雍城變電站聯絡，廠用備用電源通過110KV寶雍線路接入。當發生電網事故四條330KV線路全部跳閘時，寶二公司運行機組將要甩掉全部負荷，就可能發生機組跳閘和廠用電源切換。此時如果雍城變電站由于電網事故同時失壓，就意味著全廠停電事故的發生。由于寶二發電公司機組本身并不具備黑啟動電源，因此廠用電源的恢復、機組的重新啟動只能依賴于電網的恢復。在電網黑啟動電源成功后向各電廠提供廠用電，然而電網的實際恢復時間還是取決于廠用電恢復之后，輔助相關系統恢

5、復的快慢。實際上，機組公用系統的恢復速度，如循環水系統、輔助蒸汽系統、真空系統的恢復，這些過程將會很花時間，其中真空的建立、蒸汽參數和汽缸溫度的匹配都會需要很長時間，停電時間越長機組恢復需要的時間就越長，對電網、社會和發電企業的損失也越大。如果在電網癱瘓后，部分機組能夠實現自保廠用電運行，則根本不需要花大量時間對廠公用系統進行恢復，依靠這些機組直接往電網供電，迅速化解機場、醫院等重要部門的燃眉之急，并幫助其它沒有自保的電廠恢復運行。這樣，電網恢復時間就可以大大縮短，并可減少經濟損失和社會影響。追溯到1996年7月2日，美國西部加利福尼亞等共有13個州發生停電，其中部分地區處于"全黑&

6、quot;狀態，即全部電源皆失去，并向北擴散至加拿大的阿爾伯達、大不列顛哥倫比亞，向南擴散至墨西哥的巴加(Baja)，如此大范圍的停電其影響用戶僅為200萬人，停電在幾分鐘和幾小時不等均得到恢復，其原因就是發電機組孤網運行模式得到了很好的實踐，停電時，在整個西部互聯網中有5個電廠成功的從事故中解列并維持了自供電運行，正是這5個電廠減少了停用的客戶人數并縮短了大電網的恢復時間。從電廠的角度來看，回顧我們的6.11事故，就是因為機組廠用電源全部失去，而柴油發電機沒有及時聯動，直流事故油泵也沒有能成功啟動而導致。每一次的廠用電源失去對發電設備安全都存在不可預知威脅。綜上所述，有必要制定一套可行的方案

7、，以確保在電網發生最嚴重事故情況下保證廠用電源正常，以便運行機組跳閘后能安全滑停，將設備損害程度降至最低。很明顯，實現機組解列孤網帶廠用電的運行方式就可以有效地確保廠用電源系統的正常供電，可以避免全廠停電事故的發生。2.     實現發電機組孤網帶廠用電運行的可行性所謂“孤網”就是孤立電網的簡稱，一般泛指脫離大電網的小容量電網。機網容量比大于8的電網，統稱為小網；孤立運行的小網，稱為孤網，孤網可分為下列幾種情況。1）          網中有幾臺機組并列運行，單機與電網容量比超過8，稱為小網。2

8、）          網中只有一臺機組供電，稱為單機帶負荷。3）             甩負荷帶廠用電，也稱為小島運行，是單機帶負荷的一種特例。孤網運行最突出的特點，是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。這就是通常所說的一次調頻功能。由于孤網容量較小，其中旋轉慣量儲存的動能和鍋爐所具備的熱力勢能均較小，要求機組的調速系統具有更高的靈敏度，更小的遲緩率

9、和更快的動態響應。按照西北電網公司要求，2005年末寶二公司四臺機組完成一次調頻的動態試驗，目前已投入一次調頻功能，一次調頻死區為2rmin，且在試驗期間動作靈敏，負荷穩定迅速（實際運行中我公司設定一次調頻死區為10 rmin，是為了避免正常運行中的一次調頻頻繁動作）。根據#機組試驗報告顯示：汽輪機速度變動率為4.5%；汽輪機速度變動率為4.5%；調節控制系統的遲緩率小于0.06%；一次調頻負荷響應滯后時間為1秒，小于3秒的要求；當機組轉速變化超越一次調頻死區時，機組能在15秒內對目標出力完全響應。各項指標均在國標范圍之內，良好的一次調頻性能完全能夠滿足帶小負荷運行的頻率調整。根據東方汽輪機廠

10、對運行維護一般注意事項要求：“機組在電網解列帶廠用電狀態運行時，任何一次連續運行時間不超過15MIN，在30年運行壽命內，累計不超過10次?！睆倪@里可以看出，設計和制造上也是允許的。從保護配置上，四臺機組均設有解列出口保護（如發電機失步保護，防止電網事故引起發電機系統振蕩從而影響機組設備安全），該保護動作于切除該發變組出口兩側開關，鍋爐不滅火，汽輪機不掉閘，發電機不滅磁，廠用電源切換不啟動。從理論上講，我公司機組都具備在沒有任何準備的情況下，甩負荷后帶廠用電運行的能力。我公司四臺機組先后也都完成了或100的甩負荷試驗，但是在實際考核試驗中，都是在事先做了許多準備工作、有眾多試驗人員在場的情況下

11、進行，而試驗時間往往也是很短的，因而實際帶廠用電運行的能力要打折扣。就國內目前情況而言，發電機組孤網帶廠用電運行主要還是應用于中小機組。而對于國產大機組來說，實際運行中成功的例子較少，因此說要真正實現發電機組孤網帶廠用電運行還是有正相當的難度。但是從另一個方面來講，我們是從完全的困難中爭取機會，即便是50的成功率，也是相當值得的。根據有關資料顯示，目前廣東、吉林、貴州等電網部分火電機組通過試驗后已經采用了解列帶廠用電運行的方案，即當發生電網停電事故時，繼電保護裝置動作，跳開電廠至電網線路的開關，隔離故障，發電機帶廠用電繼續運行，等電網消除故障后，合上開關，恢復向電網供電。3. 電網事故發生時，

12、最為嚴重的兩種后果及其處理方向：3.1330KV母線一條檢修，一條故障，兩條母線同時失壓，發電機出口兩側開關全跳。這種情況下，由于故障點發生在廠內升壓站內，雖然導致了運行機組全部跳閘，但是由于大電網運行正常，寶雍線仍可向廠用系統提供電源，因此，只要運行人員處理得當，就能夠確保短時間內恢復廠用系統供電，對該類事故處理原則在寶二廠用電事故應急預案中已有詳細說明，在此不再贅述。3.2  電網事故，雍城變、馬營變失壓，330KV四條出線跳閘，發電機甩負荷。由于系統振蕩引起機組解列甩負荷后，若由于汽包水位或爐膛壓力突變過快，調整不及時而觸發鍋爐MFT，則機組全停，其后果就是全廠停電。

13、因為雍城變失壓，寶雍線無法向廠內110KV系統送電，故廠用電源只能等待電網送電后才能恢復。在正中情況下，柴油發電機及直流事故油泵任一個出問題都有可能帶來不可預料的后果。此時，若發電機失步保護未動作，運行機組在甩全負荷后若能維持運行，運行機組將繼續帶330KV空母線運行（其實此時330KV二母仍有0啟備變運行），并向其他備用或全停機組提供廠用電源。若由于系統沖擊發電機失步保護動作于解列出口時，330KV及110KV系統全部失壓，機組甩負荷后若能獨立帶本機廠用負荷運行，則可立即合發電機出口開關向330KV系統充電，并接待0啟備變運行。由此可以看出，無論發電機失步保護是否動作，只要能有一臺機組帶廠用

14、電運行，就能保證全廠設備安全。實際上，對于容量足夠大的機組來說，要求它們在緊急甩負荷時帶廠用電較長時間運行也是很困難的，而在理論上也沒有必要每臺機組都有獨立帶廠用電運行功能。下面重點探討電網事故情況下，如何使機組完成甩負荷后能帶廠用穩定運行。4.機組甩負荷后，孤網運行的若干問題電網故障引起發電機甩負荷后，導致機組全停（發電機解列滅磁、汽輪機掉閘、鍋爐滅火、廠用電源切換）的因素比較多，其中主要的也是最容易發生的有爐膛壓力保護、汽包水位保護及超速、保護人員誤判斷或誤操作等，任何一點注意不到、調整不及時或操作不到位都會導致機組全停。因此，要實現機組甩負荷后孤網帶廠用電運行，首先要解決如何保證汽輪機不

15、掉閘、鍋爐不滅火、發電機不滅磁；其次是要解決如何穩定運行并接待負荷的問題。4.1汽包水位調整是否能來得及。機組突然甩負荷后，鍋爐燃燒驟減、主蒸汽壓力快速上升以及汽泵汽源壓力變化引起汽泵出力下降等，都會影響汽包水位的調整速惡化。通過對長期鍋爐給水調整經驗的總結，我們考慮可以將水位保護從正常的±250mm擴展到±300mm，并給汽包水位保護增加3S延時觸發條件，同時必要時值班員可采用開啟向空排汽校正水位等方法，這樣可以盡可能的躲過汽包水位的瞬間變化，并為水位調整爭取一些時間，會取到較好效果。4.2 爐膛壓力的波動可能會引起鍋爐MFT動作。爐膛壓力保護是否也可以擴展呢？我認為不可

16、取，當機組突然甩負荷后，隨之要切除大量的入爐燃料，所引起的爐膛壓力變化和當時的煤質、負荷等工況有關，難以預料其變化脈沖的峰值，因此寄希望于擴展爐膛壓力保護上下限值來避免鍋爐MFT，顯然是盲目和危險的。當然，如果值班人員對事故性質判斷清楚，配合操作方法得當，便能有效控制爐膛壓力的劇烈變化，同時再通過對爐膛保護增加3秒的延時觸發條件，就可以幫其躲過爐膛壓力的突變脈沖。4.3 甩負荷后，汽輪發電機的超速問題，也就是接待負荷的穩定問題。當四條出線跳閘后，我廠與系統解列，發變組的解列出口保護動作時，DEH會自動檢測到并網信號消失，自動將調節系統控制由負荷控制切換到頻率控制。在前面已經談到孤網運行最突出的

17、特點，是由負荷控制轉變為頻率控制， DEH在頻率控制下，由于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，因此在廠用負荷變化的情況下能自動保持發電機頻率的穩定。當我廠與系統解列，若發電機出口母線的開關仍在合閘狀態，（系統故障后，由于線路保護快速正確動作，發電機保護未啟動），也就是發電機仍處于并網狀態，此時DEH接受的仍是負荷控制信號。在這種情況下，發電機的轉速就完全體現在值班員對負荷的控制能力及機組的一次調頻是否能正確動作上。我廠四臺機組的一次調頻轉速死區均為2r/min，調頻能力為18MW/min。因此在帶廠用電運行期間的小負荷變化，一次調頻功能基本能實現其頻率穩定。但是在負荷

18、穩定初期，由于DEH仍然接受負荷控制指令，如果值班員對其輸入負荷指令與用電負荷不能匹配就有可能引起發電機超速保護動作。此時，值班員的頭腦清醒和事故處理經驗的豐富就顯得尤為重要了。4.4   盡可能提高運行機組出力，減少低負荷運行時間根據汽輪機運行導則要求，汽輪發電機獨立帶廠用電運行時間不能太長，東方汽輪機廠規定為15分鐘。能源部安保安防止全廠停電措施第23條第二款： “ 帶直配線負荷的電廠應設置低頻率、低電壓解列的裝置，確保在系統事故時，解列1臺或部分機組能單獨帶廠用電和直配線負荷運行。” 其主要原因一是小負荷運行汽輪機轉速不易穩定，長時間超頻運行對汽輪機組損害較大；二是小負荷運行時，汽輪機通流量較小，鼓風摩擦嚴重，易導致末級葉片過熱。寶二并