摘要：在如今普遍关注电网安全的同时，发电机组安全及它们与电网之间的协调同样需要引起人们的重视。基于此，本文主要分析了完善机组涉网控制提高电网可靠性的具体对策，希望能够对进一步促进电力事业的稳定发展有所帮助。
关键词：机组涉网控制；电网；可靠性；对策
1.完善机组涉网控制提高电网可靠性的意义
随着经济的快速发展，社会生产对电力的需求越来越高，一方面是总的电量的不断提高，另一方面是对电能品质和安全性要求的不断提高。这需要不断增加电网的总装机容量，同时也需要不断推进电网的智能化水平。电网的构成基础是其中的一台台机组，而完善机组涉网控制能够进一步帮助电网掌握机组的调节运行性能，并做出有意义的实时预测，以便于智能电网在调度控制方面做出更好决策，从而全面提高电网的可靠性。
2.完善机组涉网控制提高电网可靠性的具体对策
2.1机组甩负荷
在电力行业标准DL5000中提出了单元制机组未设置快速返回功能FCB时，无论何种原因引起的发电机解列，应有停止机组运行的保护。该条文改变了之前非发变组故障所引起的主变出口开关跳闸不应停机的概念，带来甩负荷是否维持空转的问题。甩负荷后机组维持空转也被视为FCB的一种工况，即偶然的故障消除后，可以立即并网，恢复发电机出力向电网供电。目前一些电网发电企业，从防止汽轮机超速的角度，几乎无一例外地设置了主开关任何原因的跳闸联动关闭主汽门的保护，在某些区域性发电公司，还作为汽轮机防超速的技术管理条文。对此带来的电网故障情况下恢复不利的因素，电网应予以综合考虑。
2.2超速保护控制OPC
大容量汽轮机组转子具有相对较小的转动惯量和转子飞升时间常数，发电机主开关断开时，为抑制转速的过度飞升引入了OPC，它将立即强行关闭调门，之后交回调节系统。我国首批美国西屋公司引进型300MW机组，提出采用主开关跳闸及转速103%触发OPC，得到广泛认同，许多机组数字电液调节系统借鉴了这一思想。
OPC的实现普遍采用了超速保护电磁阀泄油的方式，汽门关闭速度达到很高的水平。触发OPC的条件也更加完善，除主开关跳闸及转速103%，还引入负荷水平、转速值、转速变化率、负荷功率不平衡及它们的综合，复位策略也考虑得更科学。一种典型的OPC动作原理，运行参数进入阴影区，OPC将如下动作：首先甩负荷时，汽机中压缸进汽压力的变化滞后发电机电流变化，两者相差60%时；其次甩负荷转速达额定转速的107%；最后在以上2种边界状态中间的阴影区域。当返回非阴影区后，OPC复位。
图1典型的OPC保护动作原理图
出于提高汽轮发电机组防超速能力而引入的OPC，事实上却增加了电网的不稳定性，在电网频率事故时将带来负面影响。如电网事故的局域网，频率上升至51.5Hz时，所有机组的OPC同时动作去关闭调门，频率将从高频跃入低频。汽轮发电机组及电网用户对低频率均有严格限制，大型泵与风机等机械设备为保护转子叶片，如7.5MW大型鼓风机，其保护设定在48.5Hz运行0.1s跳闸；另一方面，频率若低至网内自动低频减载装置动作值，一部分负荷将被断开。这样将产生恶性循环。为避免上述现象，从OPC触发及复位两方面综合考虑，还要注意改变OPC的动作转速，避免使之在同一转速下动作；改变复位准则，并配置高性能硬件，使低频发生前调门已经开启；机组并网后，将OPC功能闭锁。
2.3负荷快速返回FCB
FCB是指因电网故障解列或发电机、汽轮机跳闸，但未发生锅炉主燃料跳闸，用以维持带厂用电孤岛运行或停机不停炉。触发FCB主要有低频、失步保护动作、非发变组故障所引起的主变出口开关跳闸、线路后备保护等。而实际上，当电网发生严重故障发电厂孤立运行时，实现FCB带厂用电是电网恢复的最佳对策。对于汽轮机，FCB是极恶劣的工况，通常规定运行不超过15～30min。成功实现FCB应从设计、设备选型、控制组态、调试、使用等方面提供基本条件，这些还未引起足够重视，这是真正很少能实现的根本原因。
FCB对设备、系统和控制的要求，目前国内设备制造水平完全可以做到，新建机组则更容易实现。对实例研究表明，FCB除对电网安全运行有利外，提高了电厂，尤其是长距离、跨电网送电机组自身的安全性和经济性。从电网角度选取最合理的电源点，对已投入商业运行的机组，通过改进和完善，使之具备FCB功能；而对于新建机组，则在初步设计审查开始，综合考虑控制系统、旁路、调节系统、各辅机和附属设备等对FCB工况的适应性，作为电网的具体要求明确提出。
2.4汽门快关
系统发生故障，电网负荷突然减少时，汽轮机产生的机械功率基本不变，于是出现机械-电气功率不平衡，功角有较大变动，发电机同期振荡。此时，快关汽门可快速降低并随之恢复机械功率，改善转子角速度的飞升和系统的暂态稳定。一般而言，快关汽门是快速关闭调节汽门，有单独关闭中压调节汽门及同时关闭高、中压调节汽门2种。汽门快关后，根据电网稳定性的需要和消除故障的时间，按预定准则恢复。至于快关的触发、实现手段及恢复，不同制造商有不同流派。总的原则是，要与机组及所处电网的具体情况适应。一般地，快关逻辑判定的基本条件是机械和电气功率不平衡，用代表发电机电磁功率的定子电流与代表汽轮机机械功率的中压联合汽门出口压力出现偏差触发。电网事故继保动作信号、轴系转速的变化等，也可作为快关逻辑判定的条件。
改善系统稳定性措施，包括增设输电线路、串联补偿电容等，各有利弊。快关汽门不仅适用于远距离输电的供电端发电厂，对受电端及弱联线路两端发电厂，许多情况也适用。与其他措施相比最有效，且投资最低。
近年来电网发展迅速，交直流并列运行、强直弱交特点明显，大容量、远距离送电的区域性发电厂不断增多。由于单机容量增大，机组的惯性时间常数相对减小以及与系统联系电抗增大，稳定水平降低，存在导致系统失稳的因素。根据国家网架建设标准，一般只能保证常见运行方式发生单相永久故障系统稳定。当发生严重故障时，必须依靠稳定控制装置，采取送端机组快速减少出力，必要时受端切负荷措施。一般情况下，除电厂出线始端发生三相短路必须采取切机减出力措旋外，其余单一故障，通过采取快关汽门，可达稳定运行目的。虽然快关会对热力系统造成冲击，但总的来说，对设备损伤不大，甚至还可以减少故障重合闸时扭力矩的冲击作用。随着汽轮机及其控制系统、机组辅助设备总体水平的提高，热力系统也容易适应快关的需要。实际上，快关功能不是每台机组、每个工程必需，而应成为综合全局，从电网的角度按稳定性需要对电源建设提出的要求。
3.总结
随着发电机组单机容量的不断增大，机组或电网事故相互影响更加明显。这就要求我们必须从保持电网稳定的大局出发，积极按电网的要求配置，进一步完善机组涉网控制，提高电网的可靠性，从而保障电网的正常安全运行。
参考文献
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论文作者:阚飞
论文发表刊物:《电力设备》2018年第26期
论文发表时间:2019/1/16
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