淺議小機(jī)組關(guān)停對電網(wǎng)的影響

（新疆天富能源股份有限責(zé)任公司，石河子市，832000） 張邏恒

近年來，能耗高、污染重的小火電機(jī)組占比過大，為改變不合理的電力結(jié)構(gòu)，落實(shí)國家“上大壓小”政策，推進(jìn)節(jié)能降耗，石河子市將逐步關(guān)停小火電機(jī)組，努力減少氮氧化物、二氧化硫排放總量，實(shí)現(xiàn)電力工業(yè)節(jié)能降耗減排目標(biāo)和健康發(fā)展。目前，全網(wǎng)擁有10臺小火電機(jī)組，裝機(jī)總?cè)萘?15MW，機(jī)組關(guān)停后電網(wǎng)在110kV片區(qū)缺少電源支撐，對電網(wǎng)電能質(zhì)量、運(yùn)行方式、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)等方面產(chǎn)生較大影響，本文結(jié)合電網(wǎng)運(yùn)行和電源分布實(shí)際情況，分析了小機(jī)組停運(yùn)后對電網(wǎng)的影響并提出了相應(yīng)的完善措施。

1 電網(wǎng)介紹

石河子電網(wǎng)作為發(fā)、供、調(diào)一體化的兵團(tuán)局域電網(wǎng)，主要通過110kV瑪東線與新疆自治區(qū)電網(wǎng)弱連接，已建成覆蓋全墾區(qū)220kV骨干網(wǎng)架，其中市區(qū)已形成不完全的220kV雙環(huán)網(wǎng)，骨干網(wǎng)架實(shí)現(xiàn)了由110kV向220kV的轉(zhuǎn)型升級。截止目前，全網(wǎng)裝機(jī)容量6 530MW，其中自備電廠裝機(jī)2 760MW，火電機(jī)組裝機(jī)共6 230MW，垃圾發(fā)電裝機(jī)15MW，水電裝機(jī)230MW，光伏發(fā)電70MWP。220kV降壓變電站10座，變壓器43臺，總變電容量4 080MVA，110kV降壓變電站23座，變壓器46臺，總變電容量2020MVA，35kV降壓變電站28座，變壓器51臺，總變電容量459.4MVA。供電轄區(qū)東起昌吉州瑪納斯縣、六師新湖農(nóng)場，西鄰克拉瑪依市、奎屯市，南至石場鎮(zhèn)，北至西古城鎮(zhèn)，覆蓋地域7 762km2。全網(wǎng)擁有12臺330MW火電機(jī)組，兩臺660MW火電機(jī)組，全網(wǎng)最大負(fù)荷可達(dá)4 000MW，小火電機(jī)組最大發(fā)電

圖1 石河子小火電機(jī)組情況圖

由圖1可知，全網(wǎng)共有10臺小火電機(jī)組，市區(qū)東熱電、西熱電各2臺機(jī)組（#1機(jī)組135MW、#2機(jī)組100MW，#2機(jī)組為背壓機(jī)組），南熱電2臺機(jī)組（#1、#2機(jī)組均為125MW），團(tuán)場共4臺機(jī)組（3臺15MW機(jī)組，1臺50MW），總?cè)萘?15MW。東、西、南熱電廠地處市區(qū)，連接市區(qū)重要變電站，是110kV片區(qū)重要的電源點(diǎn)，對電網(wǎng)起一定的支撐作用，機(jī)組自并網(wǎng)以來，對電力供應(yīng)發(fā)揮了重要作用。

團(tuán)場小火電機(jī)組分別在121、142、147、148團(tuán)場，團(tuán)場小火電機(jī)組除了發(fā)電外還向團(tuán)場提供冬季供熱，由于團(tuán)場距離市區(qū)較遠(yuǎn)，夏季農(nóng)灌高峰負(fù)荷時，造成末端電壓低，小火電機(jī)組的存在一定程度上起到了電壓支撐作用。近年來，空氣污染嚴(yán)重，環(huán)境質(zhì)量惡化，為響應(yīng)“藍(lán)天工程”和節(jié)能減排，逐步采用燃?xì)忮仩t、電能替代等多能源供電方式，關(guān)停能耗高、效益差的小機(jī)組是電力企業(yè)應(yīng)承擔(dān)的社會責(zé)任，曾經(jīng)為居民電力供應(yīng)做出貢獻(xiàn)的小火電機(jī)組將逐漸退出舞臺。

2 小機(jī)組停運(yùn)對電網(wǎng)的影響

2.1 電網(wǎng)調(diào)峰能力

由于石河子電網(wǎng)以工業(yè)負(fù)荷為主，其負(fù)荷水平受國家及地區(qū)經(jīng)濟(jì)形勢，市場行情及大用戶建設(shè)情況影響較大，負(fù)荷發(fā)展呈超常規(guī)性、跳躍性。以2017年為例，團(tuán)場小火電以冬季供熱為主，不參與電網(wǎng)調(diào)峰，夏季7月份農(nóng)灌負(fù)荷可達(dá)500MW，全網(wǎng)最大負(fù)荷4 000MW，機(jī)組的調(diào)峰能力較弱，高峰時段通知各工業(yè)企業(yè)限負(fù)荷達(dá)到4次。采用大用戶法進(jìn)行預(yù)測，至2020年石河子電網(wǎng)最大負(fù)荷7 194MW，用電量達(dá)545.7億千瓦時。如果小機(jī)組全部停運(yùn)，雖然天河II期2×660MW機(jī)組投運(yùn)后增加1320MW，但自備電廠和公網(wǎng)機(jī)組出現(xiàn)故障，石河子電網(wǎng)調(diào)峰裕度仍然不足。

2.2 電力供需平衡

參考石河子市“十三五”電力發(fā)展規(guī)劃，未來將重點(diǎn)發(fā)展云計(jì)算、大數(shù)據(jù)及高新技術(shù)制造業(yè)等產(chǎn)業(yè)，推動新型工業(yè)化，降低能耗水平，提高環(huán)境質(zhì)量。（見表1）

按照“十三五”石河子電網(wǎng)負(fù)荷發(fā)展趨勢，當(dāng)小機(jī)組停運(yùn)后，石河子市片區(qū)電網(wǎng)開始出現(xiàn)電力虧缺，并隨著負(fù)荷增長，電力虧缺進(jìn)一步增大，預(yù)計(jì)到2020年，石河子電網(wǎng)電力虧缺2 189MW，需尋求外部電源電力引入石河子市區(qū)滿足負(fù)荷發(fā)展需要。

2.3 電網(wǎng)潮流變化

目前，電網(wǎng)110kV網(wǎng)架片區(qū)負(fù)荷比重大，通過南熱電和綠洲變聯(lián)絡(luò)變220kV片區(qū)向110kV片區(qū)輸送有功約100MW，110kV片區(qū)通過聯(lián)絡(luò)變輸送無功約80MVar。當(dāng)市區(qū)小機(jī)組停運(yùn)以后，110kV網(wǎng)架區(qū)域電源只有水電機(jī)組，雖然夏大運(yùn)行方式下水電滿發(fā)，但110kV片區(qū)電源對高峰期農(nóng)灌負(fù)荷支撐不足，需要從220kV片區(qū)傳輸大量有功，造成綠洲變、南熱電聯(lián)絡(luò)主變穿越功率增大；同樣在農(nóng)灌負(fù)荷回落的冬大運(yùn)行方式下，考慮水電枯水期發(fā)電出力大幅減少的因素影響，聯(lián)絡(luò)變主變穿越功率仍不會有所緩解。電網(wǎng)內(nèi)部無功通過110kV瑪東線迂回送至220kV片區(qū)，網(wǎng)損增大不利于經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

小機(jī)組停運(yùn)后，市區(qū)110kV系統(tǒng)電壓會有所下降，同時由于缺少電源點(diǎn)支撐，一旦電網(wǎng)上有沖擊，電網(wǎng)內(nèi)部距離故障點(diǎn)較近的用戶以及帶有變頻設(shè)備的用戶極易造成低電壓穿越，設(shè)備閃停，影響供電可靠性，同時對系統(tǒng)振蕩的抗干擾能力變?nèi)?。團(tuán)場小機(jī)組如果停運(yùn)，在夏季農(nóng)灌負(fù)荷高峰時，缺少電壓支撐，需要各變電站及時調(diào)檔，由于供電半徑長，線損較大。

2.4 對穩(wěn)控自動裝置的影響

穩(wěn)控裝置是保障電網(wǎng)安全的三道防線之一，石網(wǎng)穩(wěn)控裝置主要有13個廠站外加天鋁和合盛兩個穩(wěn)控子系統(tǒng)，當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)故障時執(zhí)行切機(jī)切負(fù)荷指令。針對瑪東線設(shè)有上網(wǎng)切機(jī)策略和下網(wǎng)切負(fù)荷策略，如果瑪東線上網(wǎng)越限，切機(jī)值選擇瑪東線值±50MW范圍內(nèi)并取小值，當(dāng)小機(jī)組停運(yùn)后，可選切小機(jī)組沒有了，只能切大機(jī)組，如果機(jī)組過切穩(wěn)控還要動作一次切除相應(yīng)的負(fù)荷值，這大大增加了電網(wǎng)安全風(fēng)險(xiǎn)，擴(kuò)大了停電范圍。

2.5 對運(yùn)行方式的影響

石河子電網(wǎng)有兩個電磁環(huán)網(wǎng)點(diǎn)，一是綠洲變兩臺聯(lián)絡(luò)變（2*180MVA），二是南熱電兩臺聯(lián)絡(luò)變（2*160MVA）。南熱電主變?yōu)樯龎鹤儯G洲主變?yōu)榻祲鹤?，?lián)絡(luò)變結(jié)構(gòu)不一致，由于阻抗電壓不一致，并列條件不滿足，會造成負(fù)荷分配不均勻，同時電磁環(huán)網(wǎng)還會造成電網(wǎng)熱穩(wěn)定、動穩(wěn)定的破壞，不利于經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。隨著電網(wǎng)不斷發(fā)展，高一級電壓主網(wǎng)架結(jié)構(gòu)堅(jiān)強(qiáng)后，低一級電壓網(wǎng)架應(yīng)逐步打開，由于石河子電網(wǎng)與國網(wǎng)通過110kV弱連接的特殊性，在一定時期，電磁環(huán)網(wǎng)還將存在，小機(jī)組全部停運(yùn)后，110kV片區(qū)的負(fù)荷主要由220kV片區(qū)電源接帶，縱觀市區(qū)五年發(fā)展，110kV片區(qū)負(fù)荷還會繼續(xù)增長，110kV網(wǎng)架會造成南電兩臺主變過載運(yùn)行，遇到N-1情況主變檢修或者故障，聯(lián)絡(luò)變及相關(guān)線路會重載運(yùn)行，極易導(dǎo)致跳閘事故，影響電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

表1 “十三五”石河子電網(wǎng)負(fù)荷預(yù)測表

電網(wǎng)事故分片區(qū)后，一般并網(wǎng)點(diǎn)選擇電廠側(cè)，小機(jī)組停運(yùn)后（比如東、西熱電），應(yīng)該加強(qiáng)升壓站的值班管理，以備事故情況下的倒閘操作。

3 小機(jī)組關(guān)停后應(yīng)對措施

3.1 加強(qiáng)負(fù)荷側(cè)的管理

針對不同用戶的特點(diǎn)，制定相關(guān)管理辦法，控制生產(chǎn)少平低、高耗能的企業(yè)，按調(diào)度指令配合做好削峰填谷。由于小機(jī)組停運(yùn)后，缺少無功電源，應(yīng)加強(qiáng)自備電廠（天山鋁業(yè)、合盛硅業(yè)）、鑫能天源、戶電合、天宏基、晶鑫硅業(yè)、大全、杰榮硅業(yè)大用戶對無功補(bǔ)償裝置的管理，及時投運(yùn)并增加相應(yīng)無功補(bǔ)償裝置，避免無功遠(yuǎn)距離傳輸，造成損耗增大。

3.2 增加220kV變電站布點(diǎn)

為解決市區(qū)110kV片區(qū)電源點(diǎn)不足問題，應(yīng)加快配套輸變電建設(shè)進(jìn)度,在電網(wǎng)遠(yuǎn)景規(guī)劃中，設(shè)置220kV變電站的布點(diǎn)，解決西熱電、東熱電、南熱電片區(qū)電壓及負(fù)荷匹配。同時完善電網(wǎng)內(nèi)變頻設(shè)備低電壓穿越功能，利用先進(jìn)的電力電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)有源濾波，在電網(wǎng)薄弱點(diǎn)合理設(shè)置高壓電抗器，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障后，能最大限度減少對用戶的沖擊，保障供電可靠性。

3.3 合理安排檢修計(jì)劃，確保大機(jī)組無故障運(yùn)行

統(tǒng)一部署，周密安排，確保全網(wǎng)機(jī)組按時完成年度檢修，堅(jiān)持“應(yīng)修必修，修必修好”的原則，避免重復(fù)檢修、隨意檢修，對檢修質(zhì)量不達(dá)標(biāo)造成電網(wǎng)備容不足的情況進(jìn)行嚴(yán)格考核。小機(jī)組停運(yùn)后，電源主要依靠公網(wǎng)大機(jī)組，按照“水電不棄水，發(fā)揮大機(jī)組優(yōu)勢”的原則，保障大機(jī)組多發(fā)多供，加大對非計(jì)劃停運(yùn)的考核管理。

3.4 調(diào)整運(yùn)行方式及完善穩(wěn)控策略

因涉及環(huán)網(wǎng)線路保護(hù)配合及損耗問題，石網(wǎng)內(nèi)部設(shè)置開環(huán)點(diǎn)，當(dāng)小機(jī)組停運(yùn)后，綜合考慮電網(wǎng)安全和N-1原則，必須及時調(diào)整電網(wǎng)運(yùn)行方式，比如原來110kV西電綠線西電側(cè)開環(huán)，后期要保持兩側(cè)運(yùn)行狀態(tài)，綠洲變和南熱電的電磁環(huán)網(wǎng)點(diǎn)隨著網(wǎng)架結(jié)構(gòu)變化后期進(jìn)行調(diào)整。

對于光伏電站和水電機(jī)組完善穩(wěn)控策略，當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)事故時能夠及時切除光伏電站和水電機(jī)組或者相關(guān)組合，同時對低壓減載和低頻減載定值不斷完善。

3.5 樞紐變電站加裝同期裝置

當(dāng)電網(wǎng)事故分成若干片區(qū)后，原來并網(wǎng)點(diǎn)只能在電廠側(cè)進(jìn)行并網(wǎng)，隨著110kV系統(tǒng)電源點(diǎn)的減少，應(yīng)考慮在樞紐變電站加裝同期裝置，當(dāng)電網(wǎng)事故后可以進(jìn)行快速并網(wǎng)，恢復(fù)主網(wǎng)架。

4 結(jié)論

結(jié)合石河子電網(wǎng)的基本特點(diǎn)，圍繞小機(jī)組停運(yùn)后對電網(wǎng)產(chǎn)生的影響，從五個方面提出了應(yīng)對措施，對今后電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，電網(wǎng)建設(shè)和管理有一定的借鑒意義。

[1]新疆電力科學(xué)研究院，新疆電網(wǎng)2012年安全穩(wěn)定評估報(bào)告[R].烏魯木齊，2011.

[2]石河子電力調(diào)度中心，石河子電網(wǎng)2017年運(yùn)行方式[R].石河子，2017.

[3]楊偉龍，等.大唐琿春發(fā)電廠小機(jī)組停運(yùn)對延邊地區(qū)電網(wǎng)胡影響[J]，吉林電力.2018，36（6）