陳洪興，楊靖寧，曹博源

(1.華東電力試驗研究院有限公司，上海 200437； 2.國網(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。近年來，外來電量達(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)電機組故障對上海電網(wǎng)及華東電網(wǎng)安全運行的影響。

1 機組跳閘統(tǒng)計分析

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

2 機組跳閘對電網(wǎng)安全穩(wěn)定的影響分析

2.1 機組跳閘對電網(wǎng)潮流分布的影響分析

2.1.1 500 kV機組跳閘對電網(wǎng)潮流分布的影響

接入500 kV主網(wǎng)線路機組跳閘為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機組跳閘后上海電網(wǎng)潮流變化

2.1.2 220 kV機組跳閘對電網(wǎng)潮流分布的影響

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

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

2.2 機組跳閘對電網(wǎng)頻率穩(wěn)定的影響分析

根據(jù)2020年上海電網(wǎng)機組跳閘統(tǒng)計結(jié)果，最大損失功率1 000 MW，即12月17日11:40上電漕涇1號機組發(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)大容量機組跳閘，上海交流受進(jìn)斷面潮流將增大并填補功率缺額。由于上海及華東電網(wǎng)容量較大，單臺大機組跳閘雖對電網(wǎng)頻率有所擾動，但影響較小。

2.3 機組跳閘對電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定的影響分析

以2020年9月上電漕涇電廠2號機組跳閘為例，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)定過程進(jìn)行仿真計算，結(jié)果如圖1至圖3所示。

圖1 機組接入500 kV變電站母線電壓暫態(tài)過程

圖2 機組跳閘后鄰近機組發(fā)電機功角暫態(tài)過程

圖3 機組跳閘后鄰近機組電磁功率暫態(tài)過程

以2020年2月吳涇二廠1號機組跳閘為例，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)定過程進(jìn)行仿真計算，結(jié)果如圖4至圖6所示。

圖4 機組接入220 kV變電站母線電壓暫態(tài)過程

圖5 機組跳閘后鄰近機組發(fā)電機功角暫態(tài)過程

圖6 機組跳閘后鄰近機組電磁功率暫態(tài)過程

2020年上海電網(wǎng)通過兩條1 000 kV雙線分別與江蘇電網(wǎng)、浙江電網(wǎng)連接；通過±800 kV復(fù)奉直流與西南電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)；通過±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。

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

2.4 機組跳閘對電網(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)荷增長裕度系數(shù)不小于8%，“N-1”故障后電壓穩(wěn)定負(fù)荷增長裕度系數(shù)不小于5%。

機組跳閘后，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)荷水平下的最小開機方式。在34 000 MW最大用電負(fù)荷水平下，綜合滿足高峰時段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)最小開機方式為：8臺500 kV燃煤機組6臺運行，16臺220 kV主力燃煤機組13臺運行，自備電廠及燃?xì)怆姀S15臺運行。在28 000 MW平均高峰負(fù)荷水平下，綜合滿足高峰時段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)最小開機方式為：4臺500 kV燃煤機組4臺運行，11臺220 kV主力燃煤機組運行，11臺自備電廠及燃?xì)怆姀S運行。

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

一機組跳閘對電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性造成的影響較小。

2.5 機組跳閘對電網(wǎng)分區(qū)供電平衡的影響分析

2020年220 kV機組跳閘對分區(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機組跳閘對電網(wǎng)分區(qū)供電平衡的影響

通過分析可以發(fā)現(xiàn)，2020年泗涇分區(qū)負(fù)荷較重，在吳二廠機組“N-1”后可能出現(xiàn)供電缺口，通過調(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)生吳二廠機組跳閘或泗涇主變故障時，必要時可采取負(fù)荷控制措施確保設(shè)備潮流不過限。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)語及建議

3.1 結(jié)語

(1)在電網(wǎng)側(cè)。上海電網(wǎng)單一機組跳閘后對華東電網(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)有多個電廠、4個交流受電落點以及3個直流受電落點，各電源點雖容量不一但相對分散，有利于正常情況和“N-1”時的潮流疏散。機組跳閘在某些特殊情況下可能對電網(wǎng)潮流分布造成一定的影響。

1)一般情況下500 kV機組跳閘后功率缺額由10條省際聯(lián)絡(luò)線共同承擔(dān)，不會發(fā)生潮流越限風(fēng)險，但某些特殊時段500 kV機組跳閘仍可能對電網(wǎng)運行帶來不利影響。若機組故障發(fā)生在夏季高峰或冬季高峰時段，可能造成上海全網(wǎng)電力平衡緊張；冬季高峰時段上海電網(wǎng)區(qū)外直流送電功率較小，大量電力通過交流受電斷面受進(jìn)，此時若發(fā)生大機組跳閘事故，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。

2)220 kV機組跳閘主要會對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)逼近甚至超過運行限額，因此機組跳閘將會進(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次機組跳閘事件中，11月和12月共發(fā)生了13次機組跳閘，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組跳閘事件，占比接近三分之一，因此必須加強停機養(yǎng)護(hù)和備用設(shè)備維護(hù)的管理，提高燃?xì)廨啓C組快速啟動和應(yīng)急響應(yīng)的性能。機務(wù)和熱工原因造成機組跳閘還是占多數(shù)，分別造成10次和9次機組跳閘情況，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)對機組跳閘的能力，消除機組跳閘后電網(wǎng)出現(xiàn)的供電瓶頸，繼續(xù)開展新余主變擴建工程、三林主變擴建工程、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。

1)提高認(rèn)識水平，特別加強檢修后機組運行的巡檢和異常分析。

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

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

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

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