永州电网黑启动后孤网稳定运行的探讨

张方庆

（潇湘水电站，湖南 永州 425000）

湖南永州电网的电源以水电为主，网内装机容量较大的水电站主要是南部的岑天河 （26 MW）、双牌 （150 MW）水电站和北部的南津渡 （60 MW）、潇湘 （39 MW）水电站。2008年初，湖南经历了历史上最严重的冰冻灾害，几个地级市区的电网在冰冻期间先后与大电网解列造成了大面积停电，而永州电网与大网解列后成功进行了黑启动并孤网运行。

永州电网的黑启动应急预案中，岑天河、双牌水电站作为南部电网黑启动的电站，南津渡和潇湘水电站作为北部电网黑启动的电站，并进行了实战演习，在冰冻灾害期间双牌、南津渡、潇湘水电站先后启动并网并带相关负荷运行。但在小电网运行过程中还存在一些需要探讨和需注意的事项。

1 各机组调速器的运行方式

笔者认为：当永州电网孤立运行时，各个电站并网运行发电机组调速器的运行方式直接影响小电网能否稳定运行。由于永州电网的负荷较重，而电网内能承担负荷的电站只有上述4座水电站，其装机容量远远小于负荷容量，且南津渡和潇湘水电站是低水头电站，单机容量不大，均为贯流式机组，其最大的特点是机组转速低，调节时间较长，开停机较混流式复杂，很难做到快速启动、快速调节。当南津渡和潇湘水电站及双牌水电站并网运行后，由于南津渡和潇湘水电站离负荷中心很近，最容易受到负荷波动的影响，且其调差率较小。当电网负荷增加，它们首先承担所增加的负荷，由于贯流式水轮机调节时的响应时间较长，在增加出力调节的同时，双牌水电站发电机也快速增加出力，此时导致发电机的出力大于电磁转矩又使频率快速上升，进而又使调速器快速调节减小发电机出力，使得增加的负荷在3个电站中来回转移，导致3个电站的调速器来回调节，又由于3个电站调速器的灵敏度和速动性的差异，更无法使机组回到稳定的运行区域。2008年的孤网运行时，双牌、南津渡、潇湘水电站同时并于电网，由于当时双牌和潇湘水电站机组调速器在自动运行状态，南津渡水电站机组调速器在手动状态，而潇湘水电站机组容量相对于双牌是较小的，加之潇湘水电站离负荷中心近，调速器的差率较小，当电网负荷波动时，它先于双牌水电站机组的变化而动作，将增加的负荷先于双牌水电站承担起来，同时双牌水电站也增加出力且调节速度较快，在双牌水电站机组调节未完成时潇湘水电站已测量到本身负荷开始减小，调速器将减小出力，这时双牌水电站也将减小出力以稳定电网频率，又导致系统电磁功率大于发电机组的出力，使频率降低，又进行增加出力的调节。由于潇湘水电站容量较小，使导叶来回大幅调节，负荷波动在10 MW以上，影响了双牌水电站机组的正常调节，最终导致电网瓦解。因此，如果永州电网孤立运行后，负荷由双牌和其他水电站共同来承担，无论负荷多重，运行时间多长，无论是谁进行黑启动，应该遵守潇湘水电站和南津渡水电站承担基本负荷只能作为一次调频，调速器在并网后应采取手动的运行方式，而双牌水电站调速器应在自动运行状态并带一定负荷，承担负荷的调节任务，即进行二次调频。采用手动调节的水电站需要增加负荷时，要注意控制调节的速度，以便双牌水电站调速器调节能够跟得上电网负荷的变化。除非是负荷很少，双牌水电站机组出力已小于南津渡或潇湘水电站机组出力很多，甚至是空载而不再增加负荷的情况下，才可以让潇湘或南津渡水电站中的任一电站机组参与频率二次调节 （即调速器在自动运行方式），而调节机组要有一定的负荷调整区间；同时，同一电站中各台机组调速器的调差率必须相同。

建议，如果永州电网在孤立运行的特殊情况下，应由岑天河、南津渡、潇湘3个水电站中的1个、2个或3个 （根据当时的实际情况确定）承担基本负荷，调速器放在手动运行方式，而双牌水电站在1台或2台 （最好是1台）机组并网带50%负荷运行，保证有20～30 MW负荷波动的调节区间，以稳定系统的频率。

2 计算孤网运行时的最大和最小负荷

在小电网运行前，应制定一个详细的负荷分区计划，如白天的负荷区间、晚上的负荷区间或特殊情况下的负荷区间，根据负荷区间波动大小来决定哪几个电站开机，开几台机组，使调负荷的机组满足在最大负荷时能达到供需平衡的要求。例如某区间负荷在50～80 MW之间，在低负荷时可以让双牌1台机组承担基本负荷并自动调节，其他电站开机并网后手动增加负荷将双牌水电站的大部分负荷转移至其他机组 （50 MW），让其他机组承担基本负荷，让双牌水电站机组只承担一部分负荷，要保证它在电网中有调节空间，使系统通过它的调节趋于稳定。当负何变化较大时可根据调频机组的负荷大小来适当调度其他承担基荷的电站，采用手动调节的方式调节机组出力，调整负荷的分配，随时保证调频机组有足够的调节容量。

3 按各电站启动顺序确定调速器运行方式

如果双牌水电站首先启动，调速器应该自始至终为自动运行方式，如果潇湘或南津渡水电站先启动，调速器应该是自动运行，待双牌水电站并网后，其他电站应立即将调速器切至手动运行，并通过调度合理分配各机组的负荷。负荷的增加速度和幅度需要根据各个电站机组的特性和调速器的技术指标确定，以确保负荷增加时机组调节能跟上负荷的变化。笔者建议：当调频机组负荷较重而其他机组负荷较轻时，如电网需增加负荷，在调节负荷之前，可通过手动调节方式将调频机组的部分负荷 （估计要增加的负荷）先转移到其他承担基荷的机组上；而电网要减负荷时也同样先将其他基荷机组的部分负荷手动转移至调频机组上。这样可以缩短在增减负荷时的暂态过程，提高电网的稳定性。

4 增设提高系统稳定的安全自动装置

在电网孤立运行时，对重要的变配电所应加装按频率自动减负荷装置，当负荷较重，频率降低时，通过机组的调节还不能稳定时，自动装置应快速切除一部分负荷，提高电网的稳定性；同时，承担调频任务机组的调速器应相应调整相关参数 （如调差系数等）、相关的继电保护整定值。只要是参与孤立电网并列运行的发电机都应该增设逆功率保护、失磁保护，且动作时间应尽量短。因为永州电网负荷远大于机组装置容量，如并网运行的机组出现有功进相时，不但不能承担系统中的负荷，反而要从电网吸收大量有功功率，这必将导致电网短时间内有功大量缺额而使电网瓦解。而黑启动的机组采取带主变和线路零起升压时应先切除失磁保护，当有其他机组并网后再将失磁保护投入运行。

5 确保各个电厂的厂用电安全

可靠的厂用电是保证各个电站机组安全运行的重要条件。贯流式电站，无论是开停机还是运行过程中，由于辅助设备较多，辅助设备运行的正常与否将直接影响主机的安全运行。特别是电站机组事故与电网解列后，承担基荷的机组因调速器在手动方式将会使机组过速而事故停机，这时的厂用电对机组的安全尤为重要。因此，笔者认为，各个电站宜配备性能可靠的柴油发电机组，对直流系统要加强维护，保证蓄电池组的容量，重要的辅助设备可配备直流电机，确保能够黑启动。

6 各机组励磁调节器的运行方式

为了稳定小电网运行的电压，建议并列运行的各机组励磁调节器均应在自动运行方式。而各机组的励磁调差系数应根据各机组的实际情况进行设定，确保电网电压在规定的波动范围之内。

永州电网正常运行时，与大电网相联，相当于与无穷大系统相联，各机组励磁调差系数的设定值对电网影响很小，对机组本身也影响不是很大，当电压波动时的暂态过程很短，能很快恢复。但在小电网运行时，如果各个电站的调差率设置不合理，就会出现无功负荷增加导致电网电压下降，调差系数小的电站承担较多的无功电流而调差系数大的电站承担较少的无功电流。这样会导致调差系数小的机组过载甚至是失磁保护误动作而停机，而同一个电站各台机组的励磁调差系数应该设置相同，让它们同时平均承担无功电流，否则会出现无功分配不合理现象。因此建议，各机组励磁调差系数按发电机容量大小来设置，容量小的调差系数应设置大些，而容量大的调差系数应设置小些或是无差调节。

7 各电站机组合理调度，加强技术培训

组织相关电厂的技术人员以对各自设备的性能、特点、存在的问题及运行操作经验进行交流、探讨，提高相互协作能力，提高应急情况下的响应速度，提高处理紧急情况能力，真正做到人机合一，为孤立小电网运行的稳定做出相应的预判和应对措施。由于各小水电站水库库容小，无调节能力，可以通过新建立的水调自动化进行科学的调度。

根据永州水电网孤立运行的经验，笔者认为：应事先对小电网孤立运行时的相关继电保护、自动装置进行整定计算，将各电站调速器、励磁系统的相关参数设置、整定纳入自动装置定值整定计算管理范围之内，确保小电网运行的安全、可靠和稳定。