孤网运行技术探讨.doc

孤网运行技术探讨 作者：黄永青|转贴自：本站原创|点击数：10|更新时间：2010-12-7|文章录入：imste2010年第12期 (包头市东方希望铝业有限公司 自备电厂，内蒙古 包头 014030)摘 要： 文章介绍了孤网运行的概念，分析了孤网运行的特点，讨论了孤网运行的具体措施。关键词：孤网；一次调频；FCB；电网中图分类号：TM732 文献标识码：A 文章编号：10076921(2010)120085021 概述电网上的机组一直是并列运行的，再由输电、变电、配电设备及相应的辅助系统将电能输送 到用户。随着电能需求量的增加，并入电网的机组越来越多，使得电网的规模也就越来越大 。从20世纪90年代初起，我国已进入大机组、大电网时代，300MW以上的大机组逐渐成为 电网中的主力机组。到2008年底，我国总装机容量已达到8亿kW。大电网具有供电可靠， 频率和 电压稳定的优势。目前，我国电网已经能够向用户提供充足、可靠、高质量的电能，为工农 业生产和人民生活提供了保障。随着我国经济的快速发展，各地民营企业规模不断扩大，为了提高经济效益，很多如钢铁、 电解铝、水泥、化工、造纸等高耗能行业纷纷建立了自备电厂，由于这些电厂机组容量小， 电气系统设计不完善，经常发生与大电网脱离的情况，有的甚至由于种种原因而不能并入电 网，由一台机或几台机组成“孤网”运行。由于孤网运行机组数量少，机组容量小，系统稳 定性差，调整不好，往往会造成系统频率大幅波动，甚至引起机组跳闸，全厂停电，造成严 重损失。因此，讨论孤网运行具有很大的现实意义和应用价值。2 孤网的概念孤网是指脱离大电网的小容量电网。电力建设规程规定，电网中单机容量应小于电网总容量的8，保证当该机发生甩负荷时， 不影响电网的正常运行。电网中的各机组，一般都有一定的过载余量，如果电网中的机组调节系统都能正常投入，一 旦某机组发生甩负荷，如果该机组的容量为电网总容量的8，则电网失去的功率可以暂时 由电网中其他机组的过载余量承担，电网频率下降0.2Hz，相当于机组转速下降12r/min，对 供电质量的影响仍在运行规程规定的范围内。最大单机容量小于电网总容量的8的电网，可以称为大电网。目前，我国各大地区电网最 大 单机容量远远小于电网总容量的8，可以看作无限大电网。最大单机容量大于电网总容量 的8的电网统称为小网，孤立运行的小网，称为孤网，孤网可以分为下列几种情况：电网中有几台机组并列运行，单机容量大于电网总容量的8，称为小网。电网中只有一台机组带全厂负荷，称为单机带负荷。机组甩负荷带厂用电，称为孤岛运行，是单机带负荷的一种特例。3 孤网运行的特点现在的电网可以看成是无限大电网，网中单台机组的容量远小于电网总容量的8，单台机 组负荷变化对网频的影响很小，甚至可以忽略，所以某台汽轮机调门的增减直接控制机组的 负荷。而在孤网运行中，单台机组所占总容量的比例较大，单台机组的负荷变化如果不能和 用户负荷平衡，将直接反映到网频上，而且对网频的影响较大，使机组不能稳定运行，因此 孤网运行调节的任务由负荷控制变化为以稳定转速为主。小网运行中由数台汽轮发电机联合给用户供电，频率调节由网内的机组共同承担，因 此系统的稳定性比单机的要好，如某台机组的容量所占比例大，如果调节不当，也往往造成 小网频率大幅波动，最终频率崩溃，全厂停电。单机带负荷或带厂用电运行即由一台汽轮发电机单独给用户供电，所有调节任务都由 该机组单独承担，要求机组每时每刻都要保持良好的调节状态，因此系统稳定性差，网频率 波动幅度大，超速或低周保护等动作频繁，甚至会引起停机、停电。4 孤网运行的控制策略由以上分析可以看出，孤网运行最突出的特点，是由负荷控制转变为频率控制，要求调速系 统具有负荷要求的静态特性、良好的稳定性和动态响应特性，能够保证在用户负荷变化的情 况下自动保持电网频率的稳定。建议采取以下控制策略： 41 一次调频电网的频率是由上网机组的一次调频功能实现的，当电网外界负荷变化引起电网频率改变时 ，网内各运行机组的调节系统将根据各自的静态特性改变机组的功率，以适应外界负荷变化 的需要，这种由调节系统自动调节功率，以减小电网频率变化的方法，称为一次调频。一次 调频是维持电网的网频稳定最基本的保证。现在机组一般都采用DEH控制， 一次调频由DEH实现，在孤网运行的情况下，网中的各机组必须参与一次调频，且应满足以下条件：DEH一次调频应设计成将频差信号叠加在汽轮机调门指令处，以保证一次调频的响应速度 ，频差信号产生的调频负荷应经过线性化处理，且DEH静特性、稳定性和动态响应特性应符 合一次调频的要求。在小网中各机组调速系统应有相同的不等率，通常取为5%，以适应负荷分配的需要 。调速系统迟缓率：100MW以下的机组应小于0.15%， 100MW200MW的机组应小于0.1%，20 0MW以上的机组应小于0.06%。机组一次调频死区应设置为2r/min。在孤网运行中应取消机组参与一次调频的负荷限制。42 二次调频使机组频率稳定的一次调频是一种有差调节，不能维持电网频率不变，只能缓和电网频率的 改变程度。所以我们增减某些机组的负荷，以恢复电网的频率，这一过程称为二次调频。二次调频是一个人工干预过程，通过手动或自动方式，改变调速系统的给定值，调节电网上 各机组负荷，平衡电网的负荷变化，消除一次调频过程留下的频率偏差，使电网频率回到额 定值。对于小网运行，二次调频应由网调执行，可采用自动方式或人工方式，调整网中机组的 给定出力。对于单机带负荷或带厂用电工况，可采用无差调节方式实现自动二次调频。43 关于OPC方式在并网机组中，机组甩负荷时，机组转速会出现飞升，当转速超过额定转速的103%（即3 09 0r/min）时，OPC电磁阀动作，快关机组调门，防止机组超速，这一措施称为OPC超速保护。 但在孤网运行中，由于网频变动较大，103%超速保护会频繁动作，给机组运行造成困难，故 103%超速保护定值要由原来的3 090r/min适当增大，具体数值可根据机组调节能力决定。 44 FCB功能FCB(Fast Cut Back) 称为机组快速切断保护，是指在电网或线路出现故障而机组本身运行 正常的情况下，机组主变出口开关跳闸，不联跳汽机和锅炉，发电机带厂用电运行，锅炉快 速减少燃料量，高低压旁路快速开启，实现机组仅带厂用电的“孤岛运行”。另外发电机和 汽机故障跳闸也可实施FCB功能，此时，辅机的电源快切到其他电源，锅炉快速减少燃料量 ，高低压旁路快速开启，如果是发电机出线部分故障跳闸，汽机可空载运行；如果汽机故障 跳闸，则停机不停炉。锅炉启动过程复杂，时间长，如果机组能做到非锅炉侧故障跳闸时FCB成功，维持锅炉运行 ，是十分有利的。根据机组跳闸的统计和分析，大部分跳闸是很快能消除的故障导致的，所 以如果FCB成功，消除故障后，机组能很快恢复发电，既有利于电网安全，也能节约锅炉重 新启动的成本，减少了锅炉跳闸造成的寿命消耗。尤其电网侧故障时带厂用电的FCB功能，不仅能使机组随时恢复供电，而且当电网大面积停 电时，这些机组能快速有效地恢复电网。在孤网运行时，这些机组在电网崩溃时可作为整个 电网的启动机组。5 结论孤网运行的关键是如何维持网频稳定，维持网频稳定要靠调速系统的一次调频能力。对于小网运行，可以采用有差调节，由一次调频和二次调频实现网频的调节。对于单机带负荷，或带厂用电工况，由于没有负荷分配问题，可以采用PI 调节器组成无 差调速系统，自动完成一次调频和二次调频。孤网运行时还要配备启动网络或能实现FCB功能的机组。1.适用于总发电量略大于或等于企业用电量的自备电厂。例如:某硅铁厂自备电厂装机容量为4*12MW,该硅铁厂有4台12000KVA的电冶炼炉或2台24000KVA的电冶炼炉,利用我公司技术装备后,可实现自备电厂和硅铁厂孤网运行,无需和电力系统联网运行。2.适用于新建自备电厂。由于国家对小火电的限制,使得发电企业难以并网,或者电力系统利用企业并网发电的需求,收取高达2-8分钱/度的费用。利用我公司技术后,在企业内部用电量和发电量基本匹配的情况下,使其自备电厂实现孤网运行,可自给自足,无需并网,自主确立电价,将电力部门收取的高额费用省去。根据已用我公司专利技术的2*12MW某发电厂孤网运行经验,一年可省去电力上缴费用约3千万元,给您的企业带来可观的效益空间。3.适用于已经并网发电的小火电自备电厂。由于煤价上涨等原因,使企业发电利润空间越来越小。利用我公司技术,可同电网解列,孤网稳定运行,提高企业经济效益。一、汽轮发电机组孤网运行存在哪些难题?答:1.汽轮发电机的电压,频率和发动机转速不稳定,会根据负荷的变化跟踪变化,电源品质差,安全系数低。2.在大负荷变动情况下,负荷对汽机冲击很大,长期运行会造成汽机调速器损坏,甚至冲垮汽机正常工作状态。3.排气频繁,噪音大,严重浪费热能和水资源。二、贵公司是如何解决上述问题的?答:本发明专利人侯永忠先生,长期致力于自备电厂运行研究,通过科学论证,反复实验,总结出了一套系统完整的解决方案,即一种电力负荷调节系统及方法和一种电力负荷调节装置。该发明模拟了电网功能技术,在电力负荷小于发电量的前提下,实现了自备电厂在不并网的情况下,电厂向用电单位直接稳定供电。该专利技术解决问题的关键在于,在自备电厂发电机的输出端加装一套储能调节系统,当电力负荷减小时,将多余电量储存在储能调节系统中,在电力负荷增加时,断开储能调节系统的储存开关,使储存在储能调节系统中的能量重新转化为电能,保证发电稳定输出。这项专利的特点在于巧妙克服了孤网运行带来的能源浪费、环境污染和电压频率波动大等缺点。使自备电厂孤网运行达到并网发电的效果,最终实现了降低企业生产成本,提高企业市场竞争力的目的。三、储能调节系统可靠性如何?能长期应用吗?答:从本公司的长期实践和已经成功的案例来看,该调节系统安全系数高,稳定性强,长期应用无影响。已采用我公司技术的单位,连续运行一年无任何故障。四、贵公司做过哪些案例?可以实地考察吗?答:2005年,我公司成功为2*12MW沁新余热发电厂和2*6000KW沁源煤矸石发电厂实现了孤网运行,在一年的生产过程中运行稳定,经济效益显著。2006年,我公司正在为双玉发电厂和清晋发电厂等单位实施孤网运行计划。如有企业希望了解我公司专利技术,可以直接与我公司取得联系,由我公司人员带领进行实地考察。五、我电厂装机容量为2*25MW发电机组,带有5台10000KVA的电石炉,可以孤网运行吗?投资有多少?答:贵企业发电量与电力负荷基本一致,孤网运行不存在问题。系统的稳定性由我公司技术支持,投资的大小决定于你电厂运行负荷情况。按10000KVA负载调节系统设计,理论上计算投资不会超过一千万元,而年回报率能达到四千万元左右。六、我自备电厂是一个老发电厂,有2台6000KW发电机组和2台3000KW发电机组,负荷分配有选煤厂2000KW,电石炉2*6000KW,厂用电1000KW,焦化厂2000KW,可以独立运行吗?我厂虽然已经并网,但由于煤价上涨,效益较差,每年要交电力部门一千二百万元左右,如孤网运行需要投资多少?答:孤网运行当然可以,如果您有需求,我公司将实地考察调研,并提供完整解决方案,预计投资不会超过600万元,半年左右即可收回投资。七、我自备电厂是一个新建电厂,并网困难,对贵公司技术很感兴趣,但又担心孤网运行会和电力法冲突,国家是否允许?会不会受到电力系统制裁?答:国家电力法规规定,任何发电厂不得私自销售非同一企业法人单位用电。而对用电单位和发电单位是同一法人代表或同属一集团公司的情况则鼓励企业自备电厂自给自足。电网公司同属企业,而不是政府机构,无权对自备电厂进行制裁。由于长期以来没有孤网运行技术,在电厂建成之后不得不与电网相接才能可靠运行,形成了自建电厂而受制于电网公司的定势。我公司曾经做过的案例有的曾经是并网电厂,在成功实现了孤网运行之后,与电网公司解列,而电网公司对其无能为力。八、侯永忠先生是在什么情况下研究出这套系统的?答:自备电厂在没有孤网运行技术的支持下,面临着两大难题。1.很多自备电厂新建或扩建后,要求稳定运行,却苦于没有批文而无法并网。2.由于电力部门的垄断行为,很多已得到批准并网的自备电厂每度电要向电力部门缴纳0.02至0.08元的高额费用(国家规定只有0.01元多)。未经批准并网的自备电厂,私自操作并网后,则要廉价向电力部门售电,高价买回才后可以使用。例如:某电厂售价为0.24元/度,而企业用电则需0.4元/度买回。一年电力差价高达一千多万元!在这种情况下,侯永忠先生经过长期积累经验,敢于突破,大胆实践,反复论证,并多次与电厂成功合作,研究出了这套方案,并申请了国家专利,专业为自备电厂排忧解难。九、采用贵公司的专利技术是否要收取专利费?答:我公司主要是为您的企业孤网运行排忧解难,保证电力生产安全运行,不收专利费。但合作以后,贵公司有义务对我公司技术保密,不得仿制。十、我们是一家水利发电站,是否也能使用贵公司的这项专利技术?答:我们公司的专利技术主要是解决自备电厂孤网运行的技术,只要您的发电量与负荷基本匹配就可以使用这项专利技术,是不受火力发电,垃圾焚烧发电,水利发电等发电模式的限制的。十一、采用贵公司技术后,厂用备用电源如何解决?答:1、一般企业大都采用备用柴油发电机组方法作为应急电源。2、就近和企业取得联系,在应急情况下,由其他电源提供400v.50hz的交流电源做为厂用自备电源。十二、采用贵公司技术后，能否保证系统的电能质量？答：可以满足系统的电能质量2007年4月17日，中国电力科学研究院对沁新煤焦股份有限公司孤网运行中供电系统进行了24小时在线检验，并做出电能质量评估报告。（采用我公司的专利技术：电力负荷调节系统及方法（发明专利号：200640065761.0）；电力负荷调节装置（实用型利号：200620008044.X）孤网运行达15个月。）根据测试结果可以得出以下结论：山西沁新焦煤有限公司的供电系统在孤网运行下，其系统电压、电压偏差、短时间闪变度（Pst）、长时间闪变度（Plt）、频率偏差、三相不平衡度、谐波电压、谐波电流、功率因数等指标均达到了国家标准。十三、什么是孤网？孤网是孤立电网的简称，一般泛指脱离大电网的小容量电网。电力建设规程曾有规定，电网中单机容量为电网总容量的8%，以保证当该机发生甩负荷时，不影响电网的正常运行。例如60年代初期我国开发20万千瓦机组时，只有东北电网具有容纳该机组的能力。当时东北电网容量约为300万千瓦。电网中的各机组，一般都有10%15%的过载余量，如果电网中