摘要：研究特高压输电对汽轮机组的影响对于实现两者协调发展具有重大意义。阐述了特高压输电技术的基本特点，研究了汽轮机组的运行特性，在此基础上，然后结合某省各大电厂的发电现状，分别从特高压输电正常情况和非正常情况两个方面对汽轮机组的影响展开分析，提出了策略式评估体系以指导一次调频参数的调整，并总结出机组低负荷运行的应对措施。针对特高压输电故障情况下对机组弯扭振动的影响，结合三点故障评估指标提出了整体式在线调整体系以优化机组运行状态，探讨了未来的发展方向和需要解决的问题。
关键词：能源互联网；特高压输电；汽轮机组
当今世界化石能源日趋枯竭、气候环境恶劣、人口爆炸式增长、人均所占能源急剧减少等成为制约人类可持续发展的瓶颈。因此人类必须寻求突破，在能源技术和互联网技术快速发展的第三次工业革命开端，能源互联网技术成为解决能源问题最佳的方式。电能作为能源领域极其重要的一支，实现电能的高质量互联传送是能源互联网技术的重要方向，因此需大力发展特高压输电技术，完成电能的远距离低损耗输送。特高压输电使我国电力系统实现西电东送，完成了电能输送的飞跃式发展。但是特高压输电的接入将会彻底改变输入当地的供用电局面，使电网潮流分布发生了较大的改变，电力供需形势也由相对平衡转为绝对盈余。
1特高压输电正常情况下对汽轮机组的影响
1.1对汽轮机组一次调频的影响
电网频率是电网监测电能质量和安全情况的重要指标之一，当系统出现随机负荷波动时，机组通过一次调频快速恢复平衡。一次调频特性是指电网产生随机负荷后，引起电网的频率变化，机组在调节系统的作用下自动快速地增加或减小发电功率，从而限制电网频率变化的特性。
在特高压输电接入前，当地电能均由当地电厂产生，所发电量基本都参与一次调频，但在特高压输电接入后，情况有所不同。特高压输电属于远距离、高参数输电，需要保证电压和电流的稳定性，输电参数恒定不变。在随机负荷产生的时候，所占比重很大的特高压输电部分并不参与一次调频，为保证整个电网的稳定性，当地电厂需进行一次调频，即部分负荷参与调频，当地汽轮机组相比原先需承担更重的一次调频任务。
为满足一次调频快速响应和快速回到稳态两个基本条件，根据特高压输电和一次调频的特点，一次调频参数也需做相应调整。本文根据“保安全，控频率”的原理，提出一种策略式评估体系以调整一次调频参数值。
1）特高压输电技术实现了前所未有的各地电网机组的互联，整体性得到加强，在一定程度上提高了电网的动态稳定性[14]，电网低频振荡的减少提高了当地汽轮机组的稳定性，在进行一次调频时适当放宽对机组稳定性的要求。2）在特高压输电接入的现代电力系统中，大机组特别是百万 kW 容量机组由于控制系统先进、所发负荷多、效率高，需要承担更多的一次调频任务，随着国内小机组的改造与淘汰，需要重新合理分配各机组间的调频任务，加大大机组的一次调频。3）一次调频属于小幅度调节，特高压接入后一次调频参数变化不宜过大，过大导致机组的过调节，影响机组安全，因此在常规设定值上根据稳定性弱化，调频速度加快的原则小幅度调整。
4）特高压输电交流 1 000 kV 及以上、直流800 kV 及以上，输电过程中为保持电网的稳定和减少电路的损耗，一般保持传输值恒定不变，当接入当地电网后，本地机组所占负荷减少，导致当地电网调整的裕度降低。出现非周期性随机波动后，机组调频更为严峻，机组相比以往需加大一次调频力度，以适应随机波动。
1.2 对汽轮机组运行特性的影响
特高压输电的接入彻底改变输入当地的供用电局面，电力供需形势也由相对平衡转为绝对盈余。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆以某省机组为例，特高压接入当地相当一部分汽轮机组处于低负荷运行状态，带来蒸汽初参数和阀门的节流损失，对汽轮机热耗的影响很大，和过去较高负荷运行相比，如今出现大范围低负荷运行情况，带来机组经济性下降和安全性降低：1）主汽流量降低，关小阀门开度，节流损失非线性增加，如果维持阀门开度不变，降低蒸汽压力、温度参数，此时机组循环效率降低，经济性下降。2）随着负荷率的降低，机组循环参数逐步降低，汽轮机通流效率快速下降。3）当负荷降至 50%额定负荷时，机组效率将依次降级至下一档循环参数及容量的机组效率水平。4）低负荷运行期间，机组厂用电率将大幅度上升，进一步推高机组供电煤耗率。
2特高压输电故障情况下对汽轮机组的影响
2.1 特高压输电故障的评估指标
相比以前的输配电，特高压输电传输参数非常高，若出现故障，当地电网出现剧烈波动，从而对汽轮机组造成重大影响，一旦出现机组解列运行，则会进一步加大电网故障，恶性循环，因此必须研究特高压输电故障时对汽轮机组的影响。在此之前，需给出故障的评估指标，运行人员可根据指标变化情况，估计机组的运行安全状况。考察特高压输电故障对汽轮机组的影响程度可从二个方面着手。1）特高压输电一旦产生故障，当地电网出现剧烈波动，造成机组机端电压和频率的波动，机组励磁系统和调速系统会对此做出反应，调整电压和频率以平抑变化。因此，可将机端电压和频率波动作为影响机组的两个评估指标。2）特高压输电故障引起的暂态扭矩冲击作用，对机组轴系的安全性会产生不利影响，其对轴系影响的最直接表现是可能会引起较大的轴系扭应力，造成疲劳寿命损耗。因此，可将表征轴系扭振强度的疲劳寿命损耗作为评估指标。
2.2 特高压输电故障下机组的弯扭振动
为了传递扭矩，机组沿轴长会有一定的扭转变形，形成一定的扭转角分布；特高压输电容量大，一旦故障，电网产生剧烈波动，机组机械力矩和蒸汽驱动力矩由于惯性变化不大，但电磁阻力矩会急剧增减，扭矩失去平衡，机组的调节系统迅速调整汽轮机的参数以求恢复平衡，保持转速稳定和功率平衡，这个调节过程会使机组轴系产生扭转振动，轴系损坏，甚至导致汽轮机组无法运行。特高压输电故障下对轴系扭振的影响可归纳为以下四点：1）线路开关切合操作对轴系扭振的影响。电网短路电流比较大，特高压输电系统庞大，输电线上会发生各种类型短路，此时不论重合闸是否成功，都会引起位于故障点附近的汽轮机组轴系扭振。在切合时间操作条件配合特别不利的情况下，仅一次高速自动重合闸，就有可能造成轴系的严重损坏。2）发电厂近距离短路并切除对轴系扭振的影响。特高压输电接入后，若发电厂近距离短路，一方面电磁阻力矩急剧下降，以振荡形式出现的暂态电磁转矩将激发起整个轴系的扭转振动。另一方面，机组轴系加速，致使发电机的定子电压系统与电网电压系统之间出现相位差并逐渐增大。相位差将使发电机产生一个冲击性的暂态电磁转矩，并将使轴系在短路期内已激发起的扭振基础上，再产生一个新的扭转振动。当这两种扭振发生叠加，可能产生颇高的扭振应力。3）特高压输电负序电流对轴系扭振的影响。特高压输电接入的当地电网负序电流比较大，其可由三相负荷不平衡、不对称短路、断线故障等产生，负序电流相当于外力源，因此由负序电流产生的轴系扭振就有别于上述的自激扭振，称为“强迫扭振”。
3 结束语
在能源互联网技术迅速发展的潮流下，研究发展特高压输电已成必然趋势，其对机组的影响问题亦日益严峻。为实现特高压输电和汽轮机组的协调发展，研究人员还有大量研究任务，至少包含以下方面。规范电力市场秩序、建立统一机网数学模型、研究大型机组的低负荷运行、减少弯扭振动。
参考文献：
[1]盛德仁，韩旭，陈坚红，et al. “能源互联网”下特高压输电对汽轮机组的影响分析[J]. 中国电机工程学报，2015，35（S1）：132-137.
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[3]孙倩，闫晔，劳斯佳，et al. 全球能源互联网下特高压标准体系现状分析[J]. 供用电，2017，34（9）：14-19.
论文作者:张晓辰
论文发表刊物:《电力设备》2018年第32期
论文发表时间:2019/5/16
标签：机组论文; 特高压论文; 汽轮论文; 电网论文; 负荷论文; 故障论文; 能源论文; 《电力设备》2018年第32期论文;