張 怡，張 鋒

（1.浙江水利水電專科學(xué)校，杭州 310018；2.浙江電力調(diào)度控制中心，杭州 310007）

電力工業(yè)節(jié)能減排是電力企業(yè)加強(qiáng)社會(huì)責(zé)任的具體表現(xiàn)，也是實(shí)現(xiàn)電力工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略要求，對(duì)于繁榮國(guó)家經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展具有極其重要的意義。我國(guó)一次能源消費(fèi)以煤為主，電源結(jié)構(gòu)以煤電為主，中國(guó)電力工業(yè)的節(jié)能減排重點(diǎn)是煤電。研究好大機(jī)組的特性，協(xié)調(diào)好大機(jī)組與大電網(wǎng)運(yùn)行的關(guān)系，維護(hù)好電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，促進(jìn)電力工業(yè)節(jié)能減排水平的不斷提升，是電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行人員義不容辭的責(zé)任和義務(wù)。

1 網(wǎng)廠協(xié)調(diào)的重要性及兩者的關(guān)系

網(wǎng)廠分開后，電力系統(tǒng)安全管理體制面臨新變化，雖然有些行之有效的安全管理規(guī)章制度和管理辦法仍在沿用并繼續(xù)發(fā)揮作用，但已逐漸不能適應(yīng)新形勢(shì)的需要，如果不根據(jù)新情況進(jìn)行適當(dāng)?shù)母淖?，必將給電網(wǎng)安全留下隱患。加強(qiáng)網(wǎng)廠協(xié)調(diào)，堅(jiān)持團(tuán)結(jié)治網(wǎng)，修訂相應(yīng)規(guī)則，已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)電力工業(yè)者建立和諧電力的共識(shí)。

現(xiàn)代電力系統(tǒng)是由發(fā)電機(jī)、電網(wǎng)與負(fù)荷組成的大型復(fù)雜非線性系統(tǒng)，電能的生產(chǎn)與消費(fèi)必須保持一致，電力系統(tǒng)的物理特性決定了電網(wǎng)與電廠是不可分割的整體。沒(méi)有電廠的安全，就沒(méi)有電網(wǎng)的安全；沒(méi)有電網(wǎng)的安全，電廠有電也無(wú)法供出。網(wǎng)廠協(xié)調(diào)是電力工業(yè)生產(chǎn)特性的必然選擇。

從電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)來(lái)看，電廠是點(diǎn)、電網(wǎng)是面；對(duì)社會(huì)而言，電網(wǎng)承擔(dān)的安全責(zé)任更為重大。我國(guó)電力工業(yè)安全生產(chǎn)的基本經(jīng)驗(yàn)和發(fā)達(dá)國(guó)家多次大停電的教訓(xùn)表明，統(tǒng)一調(diào)度是我國(guó)電網(wǎng)調(diào)度模式的理性選擇。電網(wǎng)與電廠既是建立在一定行為規(guī)范基礎(chǔ)上的相互平等關(guān)系，又是調(diào)度與被調(diào)度的關(guān)系。電力體制改革的要求是：一方面，電廠要無(wú)條件服從電力調(diào)度機(jī)構(gòu)的統(tǒng)一調(diào)度，不得以任何理由拒絕執(zhí)行調(diào)度指令。另一方面，電力調(diào)度機(jī)構(gòu)要嚴(yán)格執(zhí)行國(guó)家電監(jiān)會(huì)頒布的《關(guān)于促進(jìn)電力調(diào)度公開、公平、公正的暫行辦法》，實(shí)行“三公”調(diào)度，為電廠提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)。

2 大機(jī)組的定義

發(fā)電機(jī)組是電力系統(tǒng)中主要的動(dòng)態(tài)元件，既有機(jī)械運(yùn)動(dòng)，又有電磁感應(yīng)。機(jī)組的動(dòng)態(tài)性能十分復(fù)雜，對(duì)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定水平影響巨大?，F(xiàn)代大型發(fā)電機(jī)的并列、解列、負(fù)荷調(diào)整、運(yùn)行方式調(diào)整等更是直接關(guān)系著電網(wǎng)運(yùn)行的安全、經(jīng)濟(jì)，關(guān)系著電能質(zhì)量。機(jī)網(wǎng)協(xié)調(diào)尤其是大機(jī)組必然是網(wǎng)廠協(xié)調(diào)的重點(diǎn)所在，電廠要在保證電網(wǎng)穩(wěn)定和可靠供電方面提供支持，電網(wǎng)也要在保證發(fā)電設(shè)備安全方面提供有利條件。

大機(jī)組是指容量更大的主力發(fā)電機(jī)組，也指因容量增大而結(jié)構(gòu)發(fā)生變化（如火電機(jī)組的汽缸分缸、增設(shè)中間再熱器等）、性能得以改進(jìn)（煤耗減少，熱效率提高）及參數(shù)變化（主蒸汽壓力和溫度提高）的機(jī)組。20世紀(jì)70年代末，原電力部設(shè)置了大機(jī)組辦公室，當(dāng)時(shí)定義的火電大機(jī)組是指容量為100 MW及以上的機(jī)組。隨著電力工業(yè)的發(fā)展，我國(guó)火電大機(jī)組的容量范圍可調(diào)整為200 MW以上。目前玉環(huán)電廠超超臨界參數(shù)的機(jī)組容量已達(dá)到1000 MW。

火電機(jī)組主蒸汽壓力參數(shù)可分為：低壓機(jī)組，主蒸汽壓力1.176～1.47 MPa；中壓機(jī)組，主蒸汽壓力1.96～3.92 MPa；高壓機(jī)組，主蒸汽壓力5.88～9.8 MPa；超高壓機(jī)組，主蒸汽壓力11.76～13.72 MPa；亞臨界機(jī)組，主蒸汽壓力 15.68～17.64 MPa；超臨界機(jī)組，主蒸汽壓力高于22.15 MPa；超超臨界機(jī)組，主蒸汽壓力超過(guò)27 MPa。目前，我國(guó)主力火電機(jī)組一般為超高壓或亞臨界機(jī)組。從提高熱效率考慮，超臨界和超超臨界參數(shù)火電機(jī)組將是未來(lái)火力發(fā)電廠的發(fā)展方向。

3 大機(jī)組常見故障類型

大機(jī)組的運(yùn)行可靠性直接影響電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，提高大機(jī)組的運(yùn)行可靠性水平是網(wǎng)廠雙方的共同目標(biāo)。運(yùn)行中的機(jī)組隨時(shí)可能出現(xiàn)異?；蚴鹿剩瑧?yīng)力求避免。

3.1 燃燒系統(tǒng)異常

燃燒異常是鍋爐較為常見的故障類型之一，包括爐膛熄火和煙道再燃燒。造成爐膛熄火的主要原因有鍋爐負(fù)荷過(guò)低引起燃燒不穩(wěn)定、燃料性質(zhì)發(fā)生較大變化或燃料中斷、風(fēng)量調(diào)整不當(dāng)、爐膛負(fù)壓過(guò)大、出灰時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、水冷壁及過(guò)熱器爆管、送風(fēng)機(jī)或引風(fēng)機(jī)故障跳閘等；煙道再燃燒的原因主要是煤粉過(guò)粗及調(diào)整不當(dāng)引起大量可燃物沉積在煙道內(nèi)發(fā)生二次燃燒。

3.2 汽水管損壞

汽水管損壞，大多數(shù)是指水冷壁、過(guò)熱器、再熱器及省煤器管爆管，即四管泄漏。爆管的常見原因有管內(nèi)積垢腐蝕、管外磨損、安裝質(zhì)量不良、參數(shù)超溫/超壓等。

3.3 凝汽器真空下降

凝汽器真空下降時(shí)，若機(jī)組負(fù)荷保持不變，則汽輪機(jī)的進(jìn)汽量勢(shì)必增大，造成軸向推力增大及葉片過(guò)負(fù)荷，同時(shí)將會(huì)導(dǎo)致排汽室溫度升高，可能造成汽缸變形。引起凝汽器真空下降的原因主要有循環(huán)水中斷、軸封供汽中斷、真空不嚴(yán)、凝汽器水位過(guò)高、凝汽器銅管污臟影響熱交換等。

3.4 制煤系統(tǒng)異常

制煤系統(tǒng)常見的異常主要有自燃、自爆、斷煤、堵塞等。自燃、自爆主要發(fā)生在制煤系統(tǒng)帶有粉倉(cāng)的機(jī)組，而斷煤、堵塞發(fā)生的原因常為重要制煤輔機(jī)故障、煤粉系統(tǒng)輸送瓶頸處堵塞等。

3.5 機(jī)組油系統(tǒng)異常

油系統(tǒng)在機(jī)組正常運(yùn)行中承擔(dān)著潤(rùn)滑、冷卻、液壓調(diào)節(jié)等任務(wù)，一旦油系統(tǒng)發(fā)生故障，有可能造成軸承磨損、超溫、調(diào)節(jié)系統(tǒng)失靈，嚴(yán)重影響機(jī)組的安全運(yùn)行。

3.6 鍋爐水位異常

水位異常是汽包爐較為常見且后果比較嚴(yán)重的事故類型，水位異常包括滿水或缺水。造成水位異常的主要原因有運(yùn)行人員調(diào)整不當(dāng)、水位計(jì)指示不準(zhǔn)造成誤判斷、給水自動(dòng)調(diào)節(jié)失靈或調(diào)整機(jī)構(gòu)故障、給水壓力過(guò)高或過(guò)低等。

3.7 熱工保護(hù)動(dòng)作

現(xiàn)代大型火電機(jī)組都裝設(shè)有較為完善的自動(dòng)控制系統(tǒng)，主要包括協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)CCS、數(shù)字電液控制DEH、鍋爐燃燒器管理系統(tǒng)BMS等。其中值得注意的問(wèn)題是，隨著機(jī)組自動(dòng)化水平的提高，由于熱工保護(hù)動(dòng)作導(dǎo)致的跳機(jī)次數(shù)有增大趨勢(shì)，雖然停運(yùn)時(shí)間一般較短，但由于事先不可預(yù)測(cè)且一般會(huì)損失機(jī)組全部出力，對(duì)電網(wǎng)調(diào)度特別是高峰負(fù)荷期間的影響較大。

4 網(wǎng)廠協(xié)調(diào)的重點(diǎn)

要防止全網(wǎng)性大停電，大電網(wǎng)和大機(jī)組必須協(xié)調(diào)良好。2003年美加大停電的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)表明，如果兩者協(xié)調(diào)好，將會(huì)大大減少大停電的損失。1989年3月，我國(guó)首次召開大電網(wǎng)和大機(jī)組協(xié)調(diào)會(huì)議，提出并制定了防止汽輪發(fā)電機(jī)組軸系統(tǒng)因扭振頻率諧振損壞（包括次同步頻率諧振和兩倍工頻諧振）等14項(xiàng)研究重點(diǎn)。

結(jié)合當(dāng)前電網(wǎng)實(shí)際，在同時(shí)考慮機(jī)組設(shè)備及電網(wǎng)安全的前提下，有以下6個(gè)方面要重點(diǎn)關(guān)注。

4.1 次同步諧振

發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)子大軸都有1個(gè)或幾個(gè)自然扭振頻率。當(dāng)電系統(tǒng)由于某種原因造成電氣諧振從而引發(fā)轉(zhuǎn)子體振蕩，且振蕩的頻率接近于轉(zhuǎn)子機(jī)械自振頻率時(shí)，將引發(fā)機(jī)電諧振，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致大軸損壞。當(dāng)諧振的頻率低于同步頻率時(shí)，稱為次同步諧振。串聯(lián)補(bǔ)償?shù)?00kV線路（也包括其它一些類似工作原理的柔性交流輸電控制器）和直流輸電都會(huì)產(chǎn)生次同步諧振，解決方法為裝設(shè)能切除諧振設(shè)備的保護(hù)裝置，或裝設(shè)次同步阻尼控制裝置產(chǎn)生正阻尼，以達(dá)到抑制諧振的效果。

4.2 兩倍工頻諧振

當(dāng)發(fā)電機(jī)組的自然扭振頻率接近兩倍工頻時(shí)，如電網(wǎng)存在不平衡負(fù)荷或發(fā)生不對(duì)稱事故，發(fā)電機(jī)定子中存在的零序電流就會(huì)在機(jī)組轉(zhuǎn)軸上產(chǎn)生兩倍工頻的扭矩，有可能激發(fā)軸系的兩倍工頻機(jī)電諧振。解決方法一般是在設(shè)計(jì)中使軸系的自然扭振頻率躲開兩倍工頻，且與規(guī)定允許的機(jī)組運(yùn)行頻率范圍及時(shí)間相配合并留有適當(dāng)裕度。

4.3 汽輪發(fā)電機(jī)組快關(guān)汽門及切機(jī)

汽輪發(fā)電機(jī)組快關(guān)汽門及切機(jī)都是使汽輪機(jī)產(chǎn)生的原動(dòng)功率與因系統(tǒng)故障而減小后的電功率相適應(yīng)，以維持電網(wǎng)穩(wěn)定?？礻P(guān)汽門時(shí)，一般在發(fā)出快關(guān)控制信號(hào)后中壓調(diào)節(jié)閥門要在約0.15 s內(nèi)關(guān)閉，關(guān)閉持續(xù)時(shí)間應(yīng)根據(jù)電網(wǎng)穩(wěn)定性的需要和消除故障所需的時(shí)間來(lái)確定?？礻P(guān)持續(xù)時(shí)間一般為0.3～1 s，典型值為0.5 s。而切機(jī)是三道防線中第二道防線的主要手段，使電網(wǎng)在發(fā)生概率較低的嚴(yán)重故障時(shí)能繼續(xù)保持穩(wěn)定運(yùn)行。

4.4 機(jī)組保護(hù)及安全自動(dòng)裝置管理

2003年美加大停電中，發(fā)電機(jī)組保護(hù)整定與電網(wǎng)安全協(xié)調(diào)不夠，導(dǎo)致了事故擴(kuò)大。發(fā)電機(jī)組的保護(hù)整定既要考慮防止發(fā)電機(jī)損壞，又要減小對(duì)系統(tǒng)和用戶造成的危害。200 MW及以上并網(wǎng)機(jī)組的高/低頻率保護(hù)，過(guò)電壓/低電壓保護(hù)，過(guò)激磁/失磁保護(hù)，失步保護(hù)，阻抗保護(hù)及振蕩解列裝置、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)（包括PSS）等設(shè)備的保護(hù)定值必須經(jīng)有關(guān)調(diào)度部門審定，特別是發(fā)電機(jī)失步保護(hù)的設(shè)計(jì)整定原則更需要進(jìn)行深入研究。

4.5 發(fā)電機(jī)組具備吸收無(wú)功功率能力和AGC調(diào)節(jié)能力

電網(wǎng)在節(jié)假日等低負(fù)荷情況下的系統(tǒng)無(wú)功相對(duì)充裕，會(huì)導(dǎo)致電壓偏高甚至越限。最為經(jīng)濟(jì)合理的辦法是依靠發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行吸收多余無(wú)功功率。自動(dòng)發(fā)電控制AGC是現(xiàn)代電網(wǎng)控制中心的一項(xiàng)基本和重要的功能，僅僅依靠調(diào)度員指令和人工操作來(lái)進(jìn)行電網(wǎng)出力調(diào)整已不能滿足現(xiàn)代化大電網(wǎng)運(yùn)行及管理的需要。國(guó)家電監(jiān)會(huì)頒布實(shí)施的《并網(wǎng)發(fā)電廠輔助服務(wù)管理暫行辦法》為輔助服務(wù)方面的網(wǎng)廠協(xié)調(diào)提供了依據(jù)。

4.6 發(fā)電機(jī)組承受合理的頻率和電壓變化能力

電力系統(tǒng)發(fā)生嚴(yán)重故障時(shí)，電網(wǎng)頻率和電壓都有可能越事故限值運(yùn)行，發(fā)電機(jī)組作為系統(tǒng)中最重要的有功和無(wú)功的支撐點(diǎn)，在不影響機(jī)組安全的前提下，若因不具備承受合理頻率和電壓變化的能力而退出運(yùn)行，將有可能惡化系統(tǒng)運(yùn)行工況，嚴(yán)重時(shí)甚至導(dǎo)致系統(tǒng)頻率崩潰或電壓崩潰。利用機(jī)組一次調(diào)頻功能，可以在系統(tǒng)頻率越過(guò)正常限額時(shí)利用機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)自動(dòng)增大機(jī)組出力，而發(fā)電機(jī)勵(lì)磁和自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器AVR的研究也具有較強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義，可避免當(dāng)系統(tǒng)電壓驟降急需發(fā)電機(jī)強(qiáng)行勵(lì)磁支持電壓時(shí)，因某些機(jī)組保護(hù)不匹配而跳閘的情況。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著電力體制改革的穩(wěn)步推進(jìn)，電網(wǎng)調(diào)度機(jī)構(gòu)成為發(fā)電集團(tuán)與電網(wǎng)公司的聯(lián)系紐帶。電網(wǎng)調(diào)度機(jī)構(gòu)只要立足于保證電力系統(tǒng)安全，積極探索新形勢(shì)下和諧調(diào)度的途徑及方法，嚴(yán)格執(zhí)行“公開、公平、公正”調(diào)度，努力為調(diào)度對(duì)象提供優(yōu)質(zhì)規(guī)范的服務(wù)，一定能贏得發(fā)電企業(yè)的理解和支持，實(shí)現(xiàn)在市場(chǎng)化條件下發(fā)電集團(tuán)與電網(wǎng)公司的和諧共贏，進(jìn)而不斷推進(jìn)電力工業(yè)節(jié)能減排工作向更深層次發(fā)展。

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