2020年上海并網(wǎng)發(fā)電機(jī)組跳閘對(duì)電網(wǎng)的影響分析

陳洪興，楊靖寧，曹博源

(1.華東電力試驗(yàn)研究院有限公司，上海 200437； 2.國(guó)網(wǎng)上海市電力公司電力科學(xué)研究院，上海 200433)

上海電網(wǎng)是特大型城市電網(wǎng)，具有高負(fù)荷密度、高可靠性要求的特點(diǎn)。近年來(lái)，外來(lái)電量達(dá)到上?？傆秒娏康亩种弧Ｔ陔娋W(wǎng)高可靠性的要求下，有必要關(guān)注主力發(fā)電機(jī)組故障對(duì)上海電網(wǎng)及華東電網(wǎng)安全運(yùn)行的影響。

1 機(jī)組跳閘統(tǒng)計(jì)分析

2020年上海并網(wǎng)電廠共發(fā)生23次機(jī)組跳閘。按機(jī)組容量分類(lèi)，1 000 MW等級(jí)燃煤機(jī)組跳閘2次；600 MW等級(jí)燃煤機(jī)組跳閘1次；300 MW等級(jí)燃煤機(jī)組跳閘12次；100 MW等級(jí)燃煤機(jī)組跳閘1次；燃?xì)廨啓C(jī)組跳閘7次。

2 機(jī)組跳閘對(duì)電網(wǎng)安全穩(wěn)定的影響分析

2.1 機(jī)組跳閘對(duì)電網(wǎng)潮流分布的影響分析

2.1.1 500 kV機(jī)組跳閘對(duì)電網(wǎng)潮流分布的影響

接入500 kV主網(wǎng)線路機(jī)組跳閘為2次，發(fā)生跳閘后上海內(nèi)部出力減少，而交流受進(jìn)斷面潮流都增大，但是均在其限額之內(nèi)。接入500 kV機(jī)組跳閘后上海電網(wǎng)潮流變化如表1所示。

表1 接入500 kV機(jī)組跳閘后上海電網(wǎng)潮流變化

2.1.2 220 kV機(jī)組跳閘對(duì)電網(wǎng)潮流分布的影響

接入220 kV機(jī)組跳閘后上海電網(wǎng)潮流變化都沒(méi)有越限如表2所示。

但是外高橋電廠機(jī)組跳閘后顧路主變潮流存在越限風(fēng)險(xiǎn)以及寶鋼電廠機(jī)組跳閘后楊行主變西分區(qū)潮流存在越限風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 機(jī)組跳閘對(duì)電網(wǎng)頻率穩(wěn)定的影響分析

根據(jù)2020年上海電網(wǎng)機(jī)組跳閘統(tǒng)計(jì)結(jié)果，最大損失功率1 000 MW，即12月17日11:40上電漕涇1號(hào)機(jī)組發(fā)生跳閘，系統(tǒng)頻率由50.02 Hz跌落至49.96 Hz。

上海電網(wǎng)作為華東電網(wǎng)的重要組成部分，若上海電網(wǎng)出現(xiàn)大容量機(jī)組跳閘，上海交流受進(jìn)斷面潮流將增大并填補(bǔ)功率缺額。由于上海及華東電網(wǎng)容量較大，單臺(tái)大機(jī)組跳閘雖對(duì)電網(wǎng)頻率有所擾動(dòng)，但影響較小。

2.3 機(jī)組跳閘對(duì)電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定的影響分析

以2020年9月上電漕涇電廠2號(hào)機(jī)組跳閘為例，損失功率400 MW。利用電力系統(tǒng)仿真工具，就跳閘瞬間暫態(tài)穩(wěn)定過(guò)程進(jìn)行仿真計(jì)算，結(jié)果如圖1至圖3所示。

圖1 機(jī)組接入500 kV變電站母線電壓暫態(tài)過(guò)程

圖2 機(jī)組跳閘后鄰近機(jī)組發(fā)電機(jī)功角暫態(tài)過(guò)程

圖3 機(jī)組跳閘后鄰近機(jī)組電磁功率暫態(tài)過(guò)程

以2020年2月吳涇二廠1號(hào)機(jī)組跳閘為例，損失功率253.9 MW。利用電力系統(tǒng)仿真工具，就跳閘瞬間暫態(tài)穩(wěn)定過(guò)程進(jìn)行仿真計(jì)算，結(jié)果如圖4至圖6所示。

圖4 機(jī)組接入220 kV變電站母線電壓暫態(tài)過(guò)程

圖5 機(jī)組跳閘后鄰近機(jī)組發(fā)電機(jī)功角暫態(tài)過(guò)程

圖6 機(jī)組跳閘后鄰近機(jī)組電磁功率暫態(tài)過(guò)程

2020年上海電網(wǎng)通過(guò)兩條1 000 kV雙線分別與江蘇電網(wǎng)、浙江電網(wǎng)連接；通過(guò)±800 kV復(fù)奉直流與西南電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)；通過(guò)±500 kV與華中電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)。500 kV主網(wǎng)仍維持雙環(huán)網(wǎng)，以及南半環(huán)，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)較強(qiáng)。

機(jī)組跳閘后，母線電壓、鄰近發(fā)電機(jī)電磁功率、相對(duì)功角均會(huì)相應(yīng)產(chǎn)生波動(dòng)，由于上海電網(wǎng)與華東主網(wǎng)聯(lián)系較為緊密，發(fā)生單一機(jī)組跳閘甚至全廠停電不會(huì)對(duì)電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定性造成影響。

2.4 機(jī)組跳閘對(duì)電網(wǎng)電壓穩(wěn)定的影響分析

DL/T 1234—2013《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定計(jì)算技術(shù)規(guī)范》規(guī)定，正常及檢修方式下電壓穩(wěn)定負(fù)荷增長(zhǎng)裕度系數(shù)不小于8%，“N-1”故障后電壓穩(wěn)定負(fù)荷增長(zhǎng)裕度系數(shù)不小于5%。

機(jī)組跳閘后，電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性將下降，有功負(fù)荷裕度降低。根據(jù)導(dǎo)則要求，考慮電壓穩(wěn)定約束，制定了上海電網(wǎng)不同負(fù)荷水平下的最小開(kāi)機(jī)方式。在34 000 MW最大用電負(fù)荷水平下，綜合滿足高峰時(shí)段220 kV分區(qū)電力平衡需求、電壓穩(wěn)定性要求以及通道潮流熱穩(wěn)限額要求。上海電網(wǎng)最小開(kāi)機(jī)方式為：8臺(tái)500 kV燃煤機(jī)組6臺(tái)運(yùn)行，16臺(tái)220 kV主力燃煤機(jī)組13臺(tái)運(yùn)行，自備電廠及燃?xì)怆姀S15臺(tái)運(yùn)行。在28 000 MW平均高峰負(fù)荷水平下，綜合滿足高峰時(shí)段220 kV分區(qū)電力平衡需求、電壓穩(wěn)定性要求以及通道潮流熱穩(wěn)限額要求，上海電網(wǎng)最小開(kāi)機(jī)方式為：4臺(tái)500 kV燃煤機(jī)組4臺(tái)運(yùn)行，11臺(tái)220 kV主力燃煤機(jī)組運(yùn)行，11臺(tái)自備電廠及燃?xì)怆姀S運(yùn)行。

上海電網(wǎng)與華東主網(wǎng)聯(lián)系較為緊密，發(fā)生單

一機(jī)組跳閘對(duì)電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性造成的影響較小。

2.5 機(jī)組跳閘對(duì)電網(wǎng)分區(qū)供電平衡的影響分析

2020年220 kV機(jī)組跳閘對(duì)分區(qū)電網(wǎng)供電平衡的影響分析如表3所示。

表3 2020年上海220 kV機(jī)組跳閘對(duì)電網(wǎng)分區(qū)供電平衡的影響

通過(guò)分析可以發(fā)現(xiàn)，2020年泗涇分區(qū)負(fù)荷較重，在吳二廠機(jī)組“N-1”后可能出現(xiàn)供電缺口，通過(guò)調(diào)整辰塔站和沈磚站將負(fù)荷向練塘分區(qū)轉(zhuǎn)移，或通過(guò)三莊站及閔東、閔北站向新余分區(qū)轉(zhuǎn)移。當(dāng)發(fā)生吳二廠機(jī)組跳閘或泗涇主變故障時(shí)，必要時(shí)可采取負(fù)荷控制措施確保設(shè)備潮流不過(guò)限。亭衛(wèi)、顧路、楊行西分區(qū)供電裕度充裕，可滿足分區(qū)負(fù)荷需求。

3 結(jié)語(yǔ)及建議

3.1 結(jié)語(yǔ)

(1)在電網(wǎng)側(cè)。上海電網(wǎng)單一機(jī)組跳閘后對(duì)華東電網(wǎng)頻率、暫態(tài)穩(wěn)定、電壓穩(wěn)定和分區(qū)供電平衡的影響很小。上海電網(wǎng)500 kV環(huán)網(wǎng)上現(xiàn)有多個(gè)電廠、4個(gè)交流受電落點(diǎn)以及3個(gè)直流受電落點(diǎn)，各電源點(diǎn)雖容量不一但相對(duì)分散，有利于正常情況和“N-1”時(shí)的潮流疏散。機(jī)組跳閘在某些特殊情況下可能對(duì)電網(wǎng)潮流分布造成一定的影響。

1)一般情況下500 kV機(jī)組跳閘后功率缺額由10條省際聯(lián)絡(luò)線共同承擔(dān)，不會(huì)發(fā)生潮流越限風(fēng)險(xiǎn)，但某些特殊時(shí)段500 kV機(jī)組跳閘仍可能對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行帶來(lái)不利影響。若機(jī)組故障發(fā)生在夏季高峰或冬季高峰時(shí)段，可能造成上海全網(wǎng)電力平衡緊張；冬季高峰時(shí)段上海電網(wǎng)區(qū)外直流送電功率較小，大量電力通過(guò)交流受電斷面受進(jìn)，此時(shí)若發(fā)生大機(jī)組跳閘事故，可能面臨上海交流受電斷面潮流越限和緊急拉限電的風(fēng)險(xiǎn)。

2)220 kV機(jī)組跳閘主要會(huì)對(duì)500 kV主變下送潮流以及部分220 kV供電瓶頸地區(qū)產(chǎn)生較大影響。由于上海500 kV電網(wǎng)容載比較小，部分500 kV主變正常方式下潮流已經(jīng)逼近甚至超過(guò)運(yùn)行限額，因此機(jī)組跳閘將會(huì)進(jìn)一步加重主變的下送壓力，嚴(yán)重情況下須采取緊急拉限電措施。

(2)在電源側(cè)。在23次機(jī)組跳閘事件中，11月和12月共發(fā)生了13次機(jī)組跳閘，占了接近一半，呈現(xiàn)出了明顯的季節(jié)特征。全年度共發(fā)生7次因燃?xì)廨啓C(jī)組跳閘事件，占比接近三分之一，因此必須加強(qiáng)停機(jī)養(yǎng)護(hù)和備用設(shè)備維護(hù)的管理，提高燃?xì)廨啓C(jī)組快速啟動(dòng)和應(yīng)急響應(yīng)的性能。機(jī)務(wù)和熱工原因造成機(jī)組跳閘還是占多數(shù)，分別造成10次和9次機(jī)組跳閘情況，各自占比約為37.04%和33.33%。

3.2 建議

(1)在電網(wǎng)側(cè)。提高電網(wǎng)應(yīng)對(duì)機(jī)組跳閘的能力，消除機(jī)組跳閘后電網(wǎng)出現(xiàn)的供電瓶頸，繼續(xù)開(kāi)展新余主變擴(kuò)建工程、三林主變擴(kuò)建工程、上南輸變電工程、政云輸變電工程、泰日輸變電工程。

(2)在電源測(cè)。

1)提高認(rèn)識(shí)水平，特別加強(qiáng)檢修后機(jī)組運(yùn)行的巡檢和異常分析。

2)嚴(yán)格控制機(jī)組檢修質(zhì)量，把好機(jī)組試驗(yàn)驗(yàn)收關(guān)，特別要做好機(jī)務(wù)設(shè)備的維護(hù)檢修，嚴(yán)防機(jī)械磨損、卡澀及螺栓斷裂等事件發(fā)生，確保修后機(jī)組長(zhǎng)周期安全穩(wěn)定運(yùn)行。

3)要加強(qiáng)對(duì)運(yùn)行人員的技術(shù)培訓(xùn)，切實(shí)有效做好巡回檢查工作，提高運(yùn)行人員應(yīng)對(duì)突發(fā)事件的能力，運(yùn)行人員的正確判斷和及時(shí)有效的操作處置對(duì)抑制異常工況具有十分重要的作用。如果運(yùn)行人員在機(jī)組異常工況下能有效正確處理，可以避免部分機(jī)組跳閘事件。

4)加大對(duì)電子元器件類(lèi)設(shè)備的改造力度，防止因電子元器件老化、產(chǎn)品換代對(duì)設(shè)備帶來(lái)故障隱患。

5)優(yōu)化控制保護(hù)邏輯，特別是涉及最終觸發(fā)機(jī)組跳閘組合信號(hào)，要做到提前報(bào)警、適時(shí)觸發(fā)，保證運(yùn)行機(jī)組自修復(fù)并給運(yùn)行人員操作留有適當(dāng)?shù)臅r(shí)間。