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电网故障与火电厂机组控制应对措施（1） |
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| 电网故障与火电厂机组控制应对措施（1） |
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作者：佚名 文章来源：不详 点击数： 更新时间：2008-9-23 16:31:27  |
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美加电网大面积停电，普遍关注的焦点是电网的安全。而本文试从发电厂的角度，讨论针对电网发生故障，电厂应对的保护和控制，以在某种方面减轻电网故障范围、缩短故障时间。
关键词：电网；发电厂；汽轮发电机组；一次调频；OPC；FCB
0 引言
美国东部时间2003年8月14日15：06 美国俄亥俄州北部5条超高压输电线路陆续发生故障，目前认为，由潮流大范围转移导致的快速电压崩溃，线路跳闸及系统解列后的频率崩溃原因，输电系统发生连锁反应，到16：11事故扩大到美国东北部8个州，以及接壤的加拿大南部地区。发生了自1965年以来的北美洲最严重的停电事件，也是世界电力史上前所未有的。致使该地区近5000万人失去了赖以生存的电力供应。 经42时 49分后电力供应才基本恢复。经济学家测算该事故造成的经济损失在每天300亿美元。
美加电网大面积停电事故引起世界各国政府和电力工作者的关注，主要涉及的是国家能源链中的电力传输、电网可靠性、电力安全以及电力体制等问题。
面对电网故障后的发电安全问题，同样引起我们在宝钢从事电力工作人员的极大关注与反思。在电网发生故障时，电厂控制系统做出了什么样的应对？为什么经过很长时间机组才能恢复运行，电网才完全正常？
1 电力运行可靠性的挑战
1.1 电力系统的脆弱性
从美加电网停电后仅 50 天，英国、澳洲、瑞士、意大利等工业国家先后发生大面积停电事故。这不会是偶然巧合。
就上海电网而言，最近一次重大故障发生在2002年2月19日，上海南桥变电站站控系统P13 的总线耦合器故障，造成断路器频繁分合闸，导致南桥、杨高两站 15组500kV相关线路跳闸，上海南网与华东网解列，造成大面积停电。（2）
就宝钢而言，1988年3月30日与1999年8月13日先后发生了电网蕴站、新站故障，造成宝钢电网与上海电网解列，孤立运行，造成程度不同的损失。我们注意到引发电网故障的原因各不相同，但表明其脆弱性就在身边。
1.2 宝钢电网与上海电网系统的连接
宝钢三期工程建成后，从2001年开始，宝钢电网与上海电网的连接结构如图1：
从目前看，该系统与上海电网有4回线联结，较为可靠。但作为电厂还考虑到线路、变电站、电厂本身的检修，宝钢变电站及电厂本身可能突发的故障，网络的可靠性就会下降。
1.3宝钢电厂在钢铁联合企业中位置
宝钢电厂是宝钢股份公司这个钢铁联合企业中，按能源先行原则率先投入生产的单元厂。1、2号350MW火力机组分别于1982年、1983年投入运行。 1997年与1999年10月又相继投入1台145MW 联合循环燃气轮机组，和1台350MW的火力机组。宝钢电厂发电总容量为1195MW，受电网控制年发电量约在72亿kWh。宝钢股份用电主要依靠宝钢电厂供给，目前用电负荷在800MW-1000MW之间。四期工程投产后将使负荷有阶跃性上升。
图1：目前宝钢电网基本连接图
若上海电网、宝钢电网发生故障， 对宝钢电厂机组带来不可克服的扰动，引起机组不稳定；若宝钢电厂的机组故障，电网对宝钢的供电在数量上受限制，两者都将给连续生产的钢铁企业带来不堪设想的后果。
再则，由于电力行业正在进行新一轮电力体制改革，快步进入市场化。由于要分摊投资、输配、发供电各方的成本、利润，电网向宝钢供电的电价远高于宝钢向网上供电的电价。所以电厂是否能确保安全发电不仅涉及到宝钢股份的安全生产、能源平衡、环境保护，而且对其经营目标都有 举足轻重的影响。
不仅如此，宝钢这个大型钢铁企业在不断发展扩建过程中，应具有基本战略，这就是电源与电网的建设应有相对超前，电源、电网、用户同时建设，其能源链就必定是薄弱的。
2 电网故障后的电厂应对
可靠的发电厂、完善的电网、精益的管理必定提高电力系统的可靠性，但对于数年一遇，甚至是数十年一遇的由电网固有的脆弱性带来的系统故障，仍无法避免。一旦发生，电厂处在了被动地位。在任何时间，由电网的故障性质、范围决定发电机组承受扰动的程度，由电网恢复的时间决定电厂设备承受特殊工况下运行的时间。
但我们认为，电厂面临电网故障亦应有积极、有效的应对。只要电厂在电网故障发生时，能保护发电机组，安全度过第一冲击，机组继续发电，即使仅带厂用电。如此，起码是避免电网故障的扩大，再则是缩短电网故障恢复时间。
作为电厂可去思考和实践的是，针对本系统电网的结构，分析电网可能故障的类型，设计、调试、完善应对故障的自动保护、控制策略。 原则首先是确保发电机组在故障发生、恢复的过程中的安全，机组在危及自身安全的工况下运行，一旦设备损坏，电网也就成了无米之炊。所以它要求发电机组的热工、继电保护系统及整定值要正确、完善。 机组在良好保护下，才有条件讨论以下的应对：
1）当电网突然故障解列时，发电机组不能跳闸，否则将可能导致电厂停电事故。而停电后的保护发电设备将成为风险巨大的工作，它全靠备用的柴油发电机组、蓄电池组、电源切换等系统的万无一失。且电厂全停后，就要承受等待外来电、汽源等能源的时间，它将延长电网恢复时间，可能引发更大故障。
2）机组瞬间自动将负荷降到与外界负荷相适应的范围，它可能是带发电机组在最低负荷运行；针对宝钢电网而言，只要宝钢电网尚未瓦解，它可能是带宝钢的基本负荷运行。
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