“大机小网”模式下的百色区域电网安全稳定运行探讨

柳辉

百色新铝电力有限公司 广西  百色 533000

摘要：“大机小网”的特征是发电机组单机容量占比大，电网规模较小，安全稳定问题主要是频率稳定问题。本文针对“大机小网”模式下的百色区域电网的运行特点及存在问题，从一次调频、防“晃电”、OPC定值优化、稳控精准调节机组等方面研究百色区域电网安全稳定运行问题及解决措施。

关键词：大机小网；百色区域电网；安全稳定；频率

一、引言

“大机小网^[1]”是一种大机组小电网的电力系统结构，在一些地区的企业自备电网中比较常见。此类电网结构比较薄弱，容量小^[2]，发电机组单机容量占比和负荷比重较大，发生机组跳闸、甩负荷、短路等大扰动时，对电网安全运行影响大，稳定问题比较突出，研究探索“大机小网”安全稳定运行技术，有利于提高系统调度运行能力。

百色区域电网于2015年年底投产，建设至今形成以新山站、莲塘站、马隘站为枢纽变电站的220kV同塔双回辐射型网架结构。当前总装机容量为2320MW，由于部分机组供汽、设计缺陷等原因，正常运行时最大发电能力约为1910MW，其中最大单机容量为350MW，占最大发电能力的18.32%，负荷高峰时可达到1600MW以上，比重大，属于较典型的大机小网系统。

二、区域电网运行特点

小电网抵御故障扰动的能力比较差，不能像大网这般看作是无穷大系统，调节能力较弱。百色区域电网从建网运行至今，发生了多起因大机组跳闸、甩大负荷、短路等原因导致的溃网事故，主要是发生这些故障时，对电网冲击较大，机组、负荷颗粒度大，选切时难以匹配，机组或负荷过切时引发了二次扰动。

处于“大机小网”结构下的百色区域电网，在安全稳定运行方面存在以下特点：

1. 大机装机容量占比大，跳闸后电源缺额较大，容易引起频率稳定问题，若是只依靠低周减载切除负荷，难以保证电网稳定运行。

2. 网内装机均为火电机组，电网异常需要启动事故备用机组时，并网时间长，备用不足影响用电需求。

3. 负荷颗粒度大，百色区域电网电解铝负荷约占全网负荷的90%以上，单个系列电解铝负荷点全网负荷27%以上，发生漏槽等情况需急降几百MW负荷时，由于机组均未投入AGC功能，靠一次调频以及手动调节，响应速度慢，对机组稳定性的考验比较大。

4. 网架比较薄弱，有的负荷离电源比较远，发生短路故障时，电压压降较大，易引起甩负荷和电压稳定问题。

鉴于此，针对“大机小网”模式下的百色区域电网安全稳定运行问题，本文从一次调频、OPC定值优化、防晃电功能、稳控精准快速调节发电机组这几方面，并结合电网近几年运行实际经验，进行研究探讨。

三、大型火电机组功能优化

3.1 一次调频优化

初运行时，区域电网一次调频死区呈阶梯式整定，原目的是减少发电机调频时调门动作次数，但实际运行过程中发现，负荷波动时，机组有时会出现反调现象，引起机组机率振荡。例如负荷功率增加时，突增瞬间网内各发电机电磁功率随之波动，然后死区小的机组一次调频动作叠加阀位给定增方向指令，而死区大的机组在一次调频动作前突变的功率大于功率PID给定的功率，阀位给定减小，达到死区定值后阀位增加，此时阀位给定由低值到高值的动作幅值较大，导致死区较大的机组一次调频动作幅度增大，影响了整体的调频性能，扰动较大时甚至可能会引动机组功率振荡。对此，对网内机组一次调频死区进行了调整，减小死区阶梯，同时对功率PID给定逻辑进行了优化，调整后从运行观察中发现机组一次调频性能得到了较大改善，负荷波动时电网频率也变得更加稳定。

3.2 OPC定值优化

火电机组OPC^[3]系统是汽机调速系统中的一个重要模块，可以有效防止机组因超速引起的“飞车”。网内机组OPC定值需配合适当，否则不仅实现不了超速保护，还会使机组反复开关汽门，影响轴系寿命和机组安全，严重的话会引起大范围甩负荷，造成电网崩溃。百色区域电网内各机组均配置了OPC保护，起初几台大机OPC定值整定一致，但在一次电解铝系列负荷跳闸甩大负荷事件中，因一次调频下调不足引起高频，导致这几台OPC定值一致的机组同时动作快关汽门，频率下降后同时打开汽门，反复动作数次后造成电网溃网。针对这一问题，对OPC定值整定与配合重新进行了调整，各大机OPC定值按阶梯式整定，并与稳控系统有关切机定值相配合，动作延时方面也根据大机的迟缓、速度变动率进行细调。

3.3 防“晃电”措施

“晃电”是指电网因短路等原因引起电压大幅度下降或电压短时中断又恢复，致使用电设备不能正常工作的现象。百色区域电网孤网运行的情况下，根据电网的容量、运行方式及网架特点，当电网发生短路故障时，在故障线路切除前，系统电压会发生瞬间降低的“晃电”现象。经仿真分析，发生两相短路、三相短路时，部分电厂、负荷侧电压会低至10%U

_N，继电保护将故障切除后系统电压才恢复正常值。为此，在电源侧和负荷侧的重要辅助设备上采取防“晃电”措施，防止维持电源和负荷正常运行的电气设备因躲不过“晃电”而跳闸，提高电网的故障抵御能力。

防“晃电”措施有：更换具有防晃电功能的接触器、增加多回路供电、加装UPS供电及调整继电保护动作定值等。

3.4 基于稳控系统的发电机组出力精准调节

“大机小网”结构下电网的安全稳定问题主要是频率稳定问题。当电网发生大容量机组或负荷跳闸、相间短路等大扰动时，一次调频、频率稳定控制措施无法满足暂态频率稳定要求，会导致电网频率剧烈波动而溃网甚至黑网。

虽然百色区域电网进行了电解铝柔性调节改造、优化参数配置，设置低频调降负荷后备保护，逐步解决了跳机引起的电网暂态低频问题，但当发生大负荷跳闸时，由于机组一次调频下调速度慢、幅度小，引起电网高频，稳控系统只能切除发电机保电网频率稳定。为此，推进稳控快速精确调节发电机组有功功率改造，能够在发生网内大负荷跳闸时，稳控主动快速、精确调节发电机出力，实现以“调为主、切为辅”的控制方式，大幅降低发电机切机机率。

四、总结

从一次调频、OPC定值优化、防晃电功能、稳控精准快速调节发电机组这几方面，并结合电网近几年运行实际经验，对“大机小网”结构的百色区域电网安全稳定运行进行了探讨，对实际运行过程发现的问题提出了相应措施或解决方案。实际上，影响电网安全稳定运行的因素不仅于此，机组FCB功能、保护配合、运行方式调整、涉网试验优化、稳控调降负荷策略等都与之息息相关，仍需要加大力度研究，才能更好地保证电网安全稳定运行。

参考文献：

1. 黄汉昌，张宇，李献，张忠华，祁永福，王建华，毛李帆．海南“大机小网”孤网运行下频率特性研究[J]．电力科学与技术学报，2016(4):088-194．

2. 杨帆，张志强，赵书强．小容量地区电网孤网运行频率稳定控制措施的研究[J]．现代电力，2013(5):64-68．

3. 吴琛，李文云，杨强，高孟平，翟海燕．云南电网高频率问题与火电机组OPC功能协调配合研究[J]．云南电力技术，2005(6):1-3．

作者简介：姓名：柳辉（1989.02--）；性别：男，民族：汉，籍贯：广西梧州，学历：硕士研究生；现有职称：中级工程师；研究方向：电气工程。