電網(wǎng)大面積停電事故

1、電網(wǎng)大面積停電事故時寶二300MW火電機(jī)組孤網(wǎng)帶廠用電運(yùn)行方式探討郭小衛(wèi)關(guān)鍵詞：解列孤網(wǎng)全廠停電黑啟動摘要：電網(wǎng)的大面積停電事故，可能造成發(fā)電廠與系統(tǒng)解列，從而引起發(fā)電廠全廠停電以及產(chǎn)生嚴(yán)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(fā)電企業(yè)的高度重視。本文主要通過對寶二發(fā)電公司4X300MW火電機(jī)組在電網(wǎng)事故情況下機(jī)組孤網(wǎng)帶廠用電運(yùn)行方式的探討，認(rèn)為在電網(wǎng)事故情況下，寶二發(fā)電機(jī)組可實(shí)現(xiàn)“孤網(wǎng)帶廠用電運(yùn)行”，從而避免全廠停電事故的發(fā)生。0引言對于整個電網(wǎng)而言，雖然隨著電網(wǎng)建設(shè)步伐的加快，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)日趨強(qiáng)大、合理，電網(wǎng)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(dāng)發(fā)生電網(wǎng)事故特

2、別是大面積停電事故的時候，因電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜而使電網(wǎng)的事故處理和恢復(fù)更加困難、更加復(fù)雜。2003年8月14日美加電網(wǎng)發(fā)生了大面積停電，次后，英國、意大利、俄國等也相繼發(fā)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(wǎng)事故引發(fā)重大損失，依據(jù)國家電網(wǎng)公司的要求，國內(nèi)各電網(wǎng)相繼引入了“黑啟動”的概念，其核心就是在整個電網(wǎng)故障停運(yùn)后，不依賴其他網(wǎng)絡(luò)的幫助，通過啟動系統(tǒng)中具有自啟動能力的機(jī)組來帶動無自啟動能力的機(jī)組，逐步擴(kuò)大系統(tǒng)的恢復(fù)范圍，其目標(biāo)就是要在最短的時間內(nèi)使系統(tǒng)恢復(fù)帶負(fù)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(fā)生電網(wǎng)事故時如何避免引起火電

3、廠全廠停電事故的發(fā)生，也日益引起各火電廠的重視。我們該如何來防止電網(wǎng)事故引發(fā)的廠用電全停事故呢？對于沒有黑啟動電源的火力發(fā)電廠來說，唯一的選擇就是“保證在電網(wǎng)事故情況下，實(shí)現(xiàn)部分機(jī)組解列帶廠用電運(yùn)行?！北疚膶Πl(fā)電機(jī)組解列孤網(wǎng)帶廠用電運(yùn)行以及可能遇到的問題進(jìn)行分析和探討。1. 實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)組孤網(wǎng)帶廠用電運(yùn)行的必要性近幾年來，全國發(fā)電廠多次發(fā)生全廠停電事故，事故次數(shù)占發(fā)電廠各類重大事故之首，損失嚴(yán)重，影響較大。引起電廠全廠停電事故的原因很多，電網(wǎng)事故、廠用系統(tǒng)運(yùn)行方式不合理，設(shè)備缺陷多等，最后多導(dǎo)致廠用電全停。因此，在發(fā)生電網(wǎng)解列事故情況下，防止廠用電全停便是防止全廠停電的根本。從寶二發(fā)電公司電氣

4、主接線方式來看，330KV系統(tǒng)兩條母線經(jīng)四條出線與電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)，其中新馬I、II線與馬營變電站聯(lián)絡(luò)，新雍I、II線與雍城變電站聯(lián)絡(luò)，廠用備用電源通過110KV寶雍線路接入。當(dāng)發(fā)生電網(wǎng)事故四條330KV線路全部跳閘時，寶二公司運(yùn)行機(jī)組將要甩掉全部負(fù)荷，就可能發(fā)生機(jī)組跳閘和廠用電源切換。此時如果雍城變電站由于電網(wǎng)事故同時失壓，就意味著全廠停電事故的發(fā)生。由于寶二發(fā)電公司機(jī)組本身并不具備黑啟動電源，因此廠用電源的恢復(fù)、機(jī)組的重新啟動只能依賴于電網(wǎng)的恢復(fù)。在電網(wǎng)黑啟動電源成功后向各電廠提供廠用電，然而電網(wǎng)的實(shí)際恢復(fù)時間還是取決于廠用電恢復(fù)之后，輔助相關(guān)系統(tǒng)恢復(fù)的快慢。實(shí)際上，機(jī)組公用系統(tǒng)的恢復(fù)速度，如循環(huán)

5、水系統(tǒng)、輔助蒸汽系統(tǒng)、真空系統(tǒng)的恢復(fù)，這些過程將會很花時間，其中真空的建立、蒸汽參數(shù)和汽缸溫度的匹配都會需要很長時間，停電時間越長機(jī)組恢復(fù)需要的時間就越長，對電網(wǎng)、社會和發(fā)電企業(yè)的損失也越大。如果在電網(wǎng)癱瘓后，部分機(jī)組能夠?qū)崿F(xiàn)自保廠用電運(yùn)行，則根本不需要花大量時間對廠公用系統(tǒng)進(jìn)行恢復(fù)，依靠這些機(jī)組直接往電網(wǎng)供電，迅速化解機(jī)場、醫(yī)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(fù)運(yùn)行。這樣，電網(wǎng)恢復(fù)時間就可以大大縮短，并可減少經(jīng)濟(jì)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(fā)生停電，其中部分地區(qū)處于"全黑"狀態(tài)，即全部電源皆失去，并向北擴(kuò)散至加

6、拿大的阿爾伯達(dá)、大不列顛哥倫比亞，向南擴(kuò)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(fù)，其原因就是發(fā)電機(jī)組孤網(wǎng)運(yùn)行模式得到了很好的實(shí)踐，停電時，在整個西部互聯(lián)網(wǎng)中有5個電廠成功的從事故中解列并維持了自供電運(yùn)行，正是這5個電廠減少了停用的客戶人數(shù)并縮短了大電網(wǎng)的恢復(fù)時間。從電廠的角度來看，回顧我們的6.11事故，就是因?yàn)?1機(jī)組廠用電源全部失去，而柴油發(fā)電機(jī)沒有及時聯(lián)動，直流事故油泵也沒有能成功啟動而導(dǎo)致。每一次的廠用電源失去對發(fā)電設(shè)備安全都存在不可預(yù)知威脅。綜上所述，有必要制定一套可行的方案，以確保在電網(wǎng)發(fā)生最嚴(yán)重事故情況下保證廠用電

7、源正常，以便運(yùn)行機(jī)組跳閘后能安全滑停，將設(shè)備損害程度降至最低。很明顯，實(shí)現(xiàn)機(jī)組解列孤網(wǎng)帶廠用電的運(yùn)行方式就可以有效地確保廠用電源系統(tǒng)的正常供電，可以避免全廠停電事故的發(fā)生。2. 實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)組孤網(wǎng)帶廠用電運(yùn)行的可行性所謂“孤網(wǎng)”就是孤立電網(wǎng)的簡稱，一般泛指脫離大電網(wǎng)的小容量電網(wǎng)。機(jī)網(wǎng)容量比大于8的電網(wǎng)，統(tǒng)稱為小網(wǎng)；孤立運(yùn)行的小網(wǎng)，稱為孤網(wǎng)，孤網(wǎng)可分為下列幾種情況。1) 網(wǎng)中有幾臺機(jī)組并列運(yùn)行，單機(jī)與電網(wǎng)容量比超過8，稱為小網(wǎng)。2) 網(wǎng)中只有一臺機(jī)組供電，稱為單機(jī)帶負(fù)荷。3) 甩負(fù)荷帶廠用電，也稱為小島運(yùn)行，是單機(jī)帶負(fù)荷的一種特例。孤網(wǎng)運(yùn)行最突出的特點(diǎn)，是由負(fù)荷控制轉(zhuǎn)變?yōu)轭l率控制，要求調(diào)速系統(tǒng)具有

8、符合要求的靜態(tài)特性、良好的穩(wěn)定性和動態(tài)響應(yīng)特性，以保證在用戶負(fù)荷變化的情況下自動保持電網(wǎng)頻率的穩(wěn)定。這就是通常所說的一次調(diào)頻功能。由于孤網(wǎng)容量較小，其中旋轉(zhuǎn)慣量儲存的動能和鍋爐所具備的熱力勢能均較小，要求機(jī)組的調(diào)速系統(tǒng)具有更高的靈敏度，更小的遲緩率和更快的動態(tài)響應(yīng)。按照西北電網(wǎng)公司要求，2005年末寶二公司四臺機(jī)組完成一次調(diào)頻的動態(tài)試驗(yàn)，目前已投入一次調(diào)頻功能，一次調(diào)頻死區(qū)為2r/min，且在試驗(yàn)期間動作靈敏，負(fù)荷穩(wěn)定迅速(實(shí)際運(yùn)行中我公司設(shè)定一次調(diào)頻死區(qū)為10r/min,是為了避免正常運(yùn)行中的一次調(diào)頻頻繁動作）。根據(jù)#14機(jī)組試驗(yàn)報(bào)告顯示：汽輪機(jī)速度變動率為4.5%；汽輪機(jī)速度變動率為4.5

9、%；調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)的遲緩率小于0.06%；一次調(diào)頻負(fù)荷響應(yīng)滯后時間為1秒，小于3秒的要求；當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速變化超越一次調(diào)頻死區(qū)時，機(jī)組能在15秒內(nèi)對目標(biāo)出力完全響應(yīng)。各項(xiàng)指標(biāo)均在國標(biāo)范圍之內(nèi)，良好的一次調(diào)頻性能完全能夠滿足帶小負(fù)荷運(yùn)行的頻率調(diào)整。根據(jù)東方汽輪機(jī)廠對運(yùn)行維護(hù)一般注意事項(xiàng)要求：“機(jī)組在電網(wǎng)解列帶廠用電狀態(tài)運(yùn)行時，任何一次連續(xù)運(yùn)行時間不超過15MIN,在30年運(yùn)行壽命內(nèi)，累計(jì)不超過10次?！睆倪@里可以看出，設(shè)計(jì)和制造上也是允許的。從保護(hù)配置上,四臺機(jī)組均設(shè)有解列出口保護(hù)（如發(fā)電機(jī)失步保護(hù),防止電網(wǎng)事故引起發(fā)電機(jī)系統(tǒng)振蕩從而影響機(jī)組設(shè)備安全）,該保護(hù)動作于切除該發(fā)變組出口兩側(cè)開關(guān),鍋爐不滅火,

10、汽輪機(jī)不掉閘,發(fā)電機(jī)不滅磁,廠用電源切換不啟動。從理論上講,我公司機(jī)組都具備在沒有任何準(zhǔn)備的情況下,甩負(fù)荷后帶廠用電運(yùn)行的能力。我公司四臺機(jī)組先后也都完成了50%或100的甩負(fù)荷試驗(yàn),但是在實(shí)際考核試驗(yàn)中,都是在事先做了許多準(zhǔn)備工作、有眾多試驗(yàn)人員在場的情況下進(jìn)行,而試驗(yàn)時間往往也是很短的,因而實(shí)際帶廠用電運(yùn)行的能力要打折扣。就國內(nèi)目前情況而言,發(fā)電機(jī)組孤網(wǎng)帶廠用電運(yùn)行主要還是應(yīng)用于中小機(jī)組。而對于國產(chǎn)大機(jī)組來說,實(shí)際運(yùn)行中成功的例子較少,因此說要真正實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)組孤網(wǎng)帶廠用電運(yùn)行還是有正相當(dāng)?shù)碾y度。但是從另一個方面來講，我們是從完全的困難中爭取機(jī)會，即便是50的成功率，也是相當(dāng)值得的。根據(jù)有關(guān)

11、資料顯示，目前廣東、吉林、貴州等電網(wǎng)部分火電機(jī)組通過試驗(yàn)后已經(jīng)采用了解列帶廠用電運(yùn)行的方案，即當(dāng)發(fā)生電網(wǎng)停電事故時，繼電保護(hù)裝置動作，跳開電廠至電網(wǎng)線路的開關(guān)，隔離故障，發(fā)電機(jī)帶廠用電繼續(xù)運(yùn)行，等電網(wǎng)消除故障后，合上開關(guān)，恢復(fù)向電網(wǎng)供電。3. 電網(wǎng)事故發(fā)生時，最為嚴(yán)重的兩種后果及其處理方向：3.1 330KV母線一條檢修，一條故障，兩條母線同時失壓，發(fā)電機(jī)出口兩側(cè)開關(guān)全跳。這種情況下，由于故障點(diǎn)發(fā)生在廠內(nèi)升壓站內(nèi)，雖然導(dǎo)致了運(yùn)行機(jī)組全部跳閘，但是由于大電網(wǎng)運(yùn)行正常，寶雍線仍可向廠用系統(tǒng)提供電源，因此，只要運(yùn)行人員處理得當(dāng)，就能夠確保短時間內(nèi)恢復(fù)廠用系統(tǒng)供電，對該類事故處理原則在寶二廠用電事故應(yīng)

12、急預(yù)案中已有詳細(xì)說明，在此不再贅述。3.2 電網(wǎng)事故，雍城變、馬營變失壓,330KV四條出線跳閘，發(fā)電機(jī)甩負(fù)荷。由于系統(tǒng)振蕩引起機(jī)組解列甩負(fù)荷后，若由于汽包水位或爐膛壓力突變過快，調(diào)整不及時而觸發(fā)鍋爐MFT,則機(jī)組全停，其后果就是全廠停電。因?yàn)橛撼亲兪?，寶雍線無法向廠內(nèi)110KV系統(tǒng)送電，故廠用電源只能等待電網(wǎng)送電后才能恢復(fù)。在正中情況下，柴油發(fā)電機(jī)及直流事故油泵任一個出問題都有可能帶來不可預(yù)料的后果。此時，若發(fā)電機(jī)失步保護(hù)未動作，運(yùn)行機(jī)組在甩全負(fù)荷后若能維持運(yùn)行，運(yùn)行機(jī)組將繼續(xù)帶330KV空母線運(yùn)行（其實(shí)此時330KV二母仍有0啟備變運(yùn)行），并向其他備用或全停機(jī)組提供廠用電源。若由于系統(tǒng)沖

13、擊發(fā)電機(jī)失步保護(hù)動作于解列出口時，330KV及110KV系統(tǒng)全部失壓，機(jī)組甩負(fù)荷后若能獨(dú)立帶本機(jī)廠用負(fù)荷運(yùn)行，則可立即合發(fā)電機(jī)出口開關(guān)向330KV系統(tǒng)充電，并接待#0啟備變運(yùn)行。由此可以看出，無論發(fā)電機(jī)失步保護(hù)是否動作，只要能有一臺機(jī)組帶廠用電運(yùn)行，就能保證全廠設(shè)備安全。實(shí)際上，對于容量足夠大的機(jī)組來說，要求它們在緊急甩負(fù)荷時帶廠用電較長時間運(yùn)行也是很困難的，而在理論上也沒有必要每臺機(jī)組都有獨(dú)立帶廠用電運(yùn)行功能。下面重點(diǎn)探討電網(wǎng)事故情況下，如何使機(jī)組完成甩負(fù)荷后能帶廠用穩(wěn)定運(yùn)行。4. 機(jī)組甩負(fù)荷后，孤網(wǎng)運(yùn)行的若干問題電網(wǎng)故障引起發(fā)電機(jī)甩負(fù)荷后，導(dǎo)致機(jī)組全停（發(fā)電機(jī)解列滅磁、汽輪機(jī)掉閘、鍋爐滅火

14、、廠用電源切換）的因素比較多，其中主要的也是最容易發(fā)生的有爐膛壓力保護(hù)、汽包水位保護(hù)及超速、保護(hù)人員誤判斷或誤操作等，任何一點(diǎn)注意不到、調(diào)整不及時或操作不到位都會導(dǎo)致機(jī)組全停。因此，要實(shí)現(xiàn)機(jī)組甩負(fù)荷后孤網(wǎng)帶廠用電運(yùn)行，首先要解決如何保證汽輪機(jī)不掉閘、鍋爐不滅火、發(fā)電機(jī)不滅磁；其次是要解決如何穩(wěn)定運(yùn)行并接待負(fù)荷的問題。4.1汽包水位調(diào)整是否能來得及。機(jī)組突然甩負(fù)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(diào)整速惡化。通過對長期鍋爐給水調(diào)整經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，我們考慮可以將水位保護(hù)從正常的土250mm擴(kuò)展到土300mm,并給汽包水位保護(hù)增加3S延時觸發(fā)條

15、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(diào)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(hù)是否也可以擴(kuò)展呢？我認(rèn)為不可取，當(dāng)機(jī)組突然甩負(fù)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(dāng)時的煤質(zhì)、負(fù)荷等工況有關(guān)，難以預(yù)料其變化脈沖的峰值，因此寄希望于擴(kuò)展?fàn)t膛壓力保護(hù)上下限值來避免鍋爐MFT,顯然是盲目和危險的。當(dāng)然，如果值班人員對事故性質(zhì)判斷清楚，配合操作方法得當(dāng)，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(hù)增加3秒的延時觸發(fā)條件,就可以幫其躲過爐膛壓力的突變脈沖。4.3 甩負(fù)

16、荷后,汽輪發(fā)電機(jī)的超速問題,也就是接待負(fù)荷的穩(wěn)定問題。當(dāng)四條出線跳閘后,我廠與系統(tǒng)解列,發(fā)變組的解列出口保護(hù)動作時,DEH會自動檢測到并網(wǎng)信號消失,自動將調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制由負(fù)荷控制切換到頻率控制。在前面已經(jīng)談到孤網(wǎng)運(yùn)行最突出的特點(diǎn),是由負(fù)荷控制轉(zhuǎn)變?yōu)轭l率控制,DEH在頻率控制下,由于調(diào)速系統(tǒng)具有符合要求的靜態(tài)特性、良好的穩(wěn)定性和動態(tài)響應(yīng)特性,因此在廠用負(fù)荷變化的情況下能自動保持發(fā)電機(jī)頻率的穩(wěn)定。當(dāng)我廠與系統(tǒng)解列,若發(fā)電機(jī)出口母線的開關(guān)仍在合閘狀態(tài),（系統(tǒng)故障后，由于線路保護(hù)快速正確動作，發(fā)電機(jī)保護(hù)未啟動），也就是發(fā)電機(jī)仍處于并網(wǎng)狀態(tài)，此時DEH接受的仍是負(fù)荷控制信號。在這種情況下，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速就完

17、全體現(xiàn)在值班員對負(fù)荷的控制能力及機(jī)組的一次調(diào)頻是否能正確動作上。我廠四臺機(jī)組的一次調(diào)頻轉(zhuǎn)速死區(qū)均為2r/min，調(diào)頻能力為18MW/min。因此在帶廠用電運(yùn)行期間的小負(fù)荷變化，一次調(diào)頻功能基本能實(shí)現(xiàn)其頻率穩(wěn)定。但是在負(fù)荷穩(wěn)定初期，由于DEH仍然接受負(fù)荷控制指令，如果值班員對其輸入負(fù)荷指令與用電負(fù)荷不能匹配就有可能引起發(fā)電機(jī)超速保護(hù)動作。此時，值班員的頭腦清醒和事故處理經(jīng)驗(yàn)的豐富就顯得尤為重要了。4.4 盡可能提高運(yùn)行機(jī)組出力，減少低負(fù)荷運(yùn)行時間根據(jù)汽輪機(jī)運(yùn)行導(dǎo)則要求，汽輪發(fā)電機(jī)獨(dú)立帶廠用電運(yùn)行時間不能太長，東方汽輪機(jī)廠規(guī)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(fù)荷的

18、電廠應(yīng)設(shè)置低頻率、低電壓解列的裝置，確保在系統(tǒng)事故時，解列1臺或部分機(jī)組能單獨(dú)帶廠用電和直配線負(fù)荷運(yùn)行?！逼渲饕蛞皇切∝?fù)荷運(yùn)行汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速不易穩(wěn)定，長時間超頻運(yùn)行對汽輪機(jī)組損害較大；二是小負(fù)荷運(yùn)行時，汽輪機(jī)通流量較小，鼓風(fēng)摩擦嚴(yán)重，易導(dǎo)致末級葉片過熱。寶二并不具有直饋線用戶，全廠廠用電負(fù)荷加硅鐵廠負(fù)荷不會超過20MW，若僅帶20MW左右的負(fù)荷顯然是不能滿足機(jī)組轉(zhuǎn)速穩(wěn)定的要求，也不能長時間運(yùn)行。為了提高機(jī)組負(fù)荷，穩(wěn)定運(yùn)行工況，我們可以考慮通過寶雍線向雍城變電站送電，由于受到#0啟備變?nèi)萘肯拗?，運(yùn)行機(jī)組最大可解帶負(fù)荷為90MVA，可向雍城變電站輸送功率為70MVA左右。這樣有兩個好處，一是提高了機(jī)組出力，有利于減小負(fù)荷變化引起的頻率波動范圍；二是能快速向故障大電網(wǎng)提供啟動電源，有利于大電網(wǎng)的盡快恢復(fù)，從而縮短機(jī)組孤網(wǎng)運(yùn)行時間。結(jié)束語：電