【摘要】基于电网安全运行角度，探讨电力体制改革中网厂协调的重要性以及两者的关系。进而从大机组的定义出发，研究大机组的运行特性以及其对现代电网的影响。最后，从电网运行实际出发，提出大机组与大电网协调运行的研究重点，这些研究方向对各省、市电网运行具有较为普遍的指导意义。
　　【关键字】电厂，电网，协调，运行
　　1、引言
　　随着我国电力工业的迅速发展，大机组、高参数的火电厂不断涌现，大机组已成为我国火力发电的主要力量。同时，伴随电力体制改革，网厂已经分开，大机组已经交由各大发电集团运营。这些电力发展的新变化给电网的安全管理，特别是网厂协调提出了更高的要求。研究好大机组的特性，协调好大机组与大电网运行的关系，维护好电网的安全稳定运行，具有十分重要的意义。
　　2、网厂协调的重要性及两者的关系
　　网厂分开后，电力系统安全管理体制面临新变化，有些过去行之有效的安全管理规章和管理办法尽管仍在沿用并依“惯性”继续发挥着作用，但已逐渐不能适应新形势的需要。如果不根据新情况进行适当的更新，必将给电网安全留下隐患。加强网厂协调，坚持团结治网，修订相应规则，已经成为国内电力工业者建立和谐电力的共识。
　　现代电力系统是由发电机、电网与负荷组成的大型复杂非线性系统，电能的生产与消费必须保持一致，电力系统的物理特性决定了电网与电厂是一个不可分割的整体。没有电厂的安全，就没有电网的安全；没有电网的安全，电厂有电也无法供出。网厂协调是电力工业生产特性的必然选择。
　　从电网网架结构来看，电厂是一个点，电网是一个面，对社会而言，电网安全承担的责任也更为重大。我国电力工业安全生产的基本经验和欧美日等发达国家多次大停电的教训表明，统一调度是我国电网调度模式的理性选择。电网与电厂即是建立在一定行为规范基础上的相互平等关系，又是调度与被调度的关系。电力体制改革要求：一方面，电厂要无条件服从电力调度机构的统一调度，不得以任何理由拒绝执行调度指令。另一方面，电力调度机构要严格执行国家电监会颁布的《关于促进电力调度公开、公平、公正的暂行办法》，实行“三公”调度，为电厂提供优质服务。
　　3、大机组的定义
　　发电机组是电力系统中主要的动态元件，既有机械运动，又有电磁感应。机组的动态性能十分复杂，而且对电网的安全稳定水平有很大的影响。现代大型发电机的并列、解列、负荷调整、运行方式等更是密切地关系着电网运行的安全、经济，关系着电能质量。机网协调（尤其是大机组）必然是网厂协调的重点所在，电厂要在保证电网稳定和可靠供电方面提供支持，电网也要在保证发电设备安全方面提供有利条件。
　　“大机组”是指容量更大的主力发电机组，也指因容量增大而结构发生变化（如火电机组的汽缸分缸、增设中间再热器等）、性能得以改进（煤耗减少，热效率提高）及参数变化（主蒸汽压力和温度的提高）的机组。20世纪70年代末，原电力部设置了大机组办公室，当时定义的火电大机组是指容量为100MW及以上的机组，随着电力工业的发展，我国的火电大机组应从200MW算起（125MW只是“准大机组”），直到目前玉环电厂的超超临界参数的1000MW大机组和以后的超GW大机组。
　　基于主蒸汽压力参数，火电机组一般分为：低压机组，主蒸汽压力为1.176～1.47MPa；中压机组，主蒸汽压力为1.96～3.92MPa；高压机组，主蒸汽压力为5.88～9.8MPa；超高压机组，主蒸汽压力为11.76～13.72MPa；亚临界机组，主蒸汽压力为15.68～17.64MPa；超临界机组，主蒸汽压力高于22.15MPa；超超临界机组，主蒸汽压力超过27MPa。目前，我国主力火电机组一般为超高压或亚临界机组。考虑提高热效率，超临界和超超临界参数火电机组将是未来火力发电厂的发展方向。
　　4、大机组常见故障类型
　　大机组运行可靠性的高低直接影响到电网的安全稳定运行，提高大机组的运行可靠性水平是网厂双方的共同目标。运行中的机组随时都有可能出现一些异常或发生事故，常见的异常类型主要有：
　　4、1燃烧系统异常
　　锅炉燃烧异常是锅炉较为常见的故障类型之一，包括炉膛熄火和烟道再燃烧。造成炉膛熄火的主要原因有锅炉负荷低引起的燃烧不稳定、燃料性质发生较大变化或燃料中断、风量调整不当、炉膛负压过大、出灰时间过长、水冷壁及过热器爆管、送风机或引风机故障跳闸等；烟道再燃烧的原因主要是煤粉过粗及调整不当引起的大量可燃物沉积在烟道内发生二次燃烧。
　　4、2汽水管损坏
　　汽水管损坏，大多数是指水冷壁、过热器、再热器及省煤器管的爆管，即常说的四管泄漏。爆管的常见原因有管内积垢腐蚀、管外磨损、安装质量不良、参数超温超压等。
　　4、3凝汽器真空下降
　　凝汽器真空下降，若机组负荷保持不变，则汽轮机的进汽量势必增大，造成轴向推力增大及叶片过负荷，同时导致排汽室温度升高，有可能造成汽缸变形。引起凝汽器真空下降的原因主要有循环水中断、轴封供汽中断、真空不严、凝汽器水位过高、凝汽器铜管污脏影响热交换等。
　　4、4制煤系统异常
　　制煤系统常见的异常主要包括自燃、自爆、断煤、堵塞等情况。自燃、自爆主要发生在制煤系统包括粉仓的机组，而断煤、堵塞发生的原因常为重要制煤辅机故障、煤粉系统输送瓶颈处堵塞等。
　　4、5机组油系统异常
　　油系统在机组的正常运行中承担着润滑、冷却、液压调节等任务，因此油系统一旦发生故障，有可能造成轴承磨损、超温、调节系统失灵，严重影响机组的安全运行。
　　4、6锅炉水位异常
　　水位异常是汽包炉较为常见且后果又比较严重的事故类型之一，水位异常包括满水或缺水两种。造成水位异常的主要原因有运行人员调整不当、水位计指示不准造成误判断、给水自动调节失灵或调整机构故障、给水压力过高或过低等。
　　4、7热工保护动作
　　现代大型火电机组都装设有较为完善的自动控制系统，主要包括协调控制系统CCS、数字电液控制DEH、锅炉燃烧器管理系统BMS等。一个值得注意的问题是，随着机组自动化水平的提高，由于热工保护动作导致跳机的次数有增大趋势，虽然这类停运时间一般较短，但由于事先不可预测且一般损失机组全部出力，对电网调度特别是高峰负荷期间的影响较大。
　　5、网厂协调的重点
　　要防止全网性大停电，大电网和大机组必须协调。2003年美加大停电的经验教训表明，如果两者协调好，将会大大减少大停电的损失。1989年3月，我国曾首次召开大电网和大机组协调会议，并制定以下研究重点：
　　* 防止汽轮发电机组轴系统因扭振频率谐振损坏(包括次同步频率谐振和两倍工频谐振)；
　　* 承受失步振荡能力；
　　* 承受单重能力(不承受三重)；
　　* 承受误并列(120?/180?)能力；
　　* 承受合理频率变化能力；
　　* 汽轮发电机组实现快关能力；
　　* 发电机组具备吸收无功功率能力；
　　* 汽轮发电机组具备调峰能力(100%→50%→100% )；
　　* 防止不对称运行损坏发电机转子；
　　* 大机组快速励磁和电网协调(特别是用好PSS)；
　　* 汽轮发电机具备短时自动减出力的失磁异步运行能力；
　　* 发电机组自动发电控制和全网协调；
　　* 大机组出口装设断路器(保护发电机—变压器组，奠定电厂结构安全基础)；
　　* 500 kV变压器不用有载调压(直供用户变压器可用有载调压)。
　　结合当前电网实际，在即考虑机组设备安全也考虑电网安全的前提下，有以下6个方面要重点注意协调。
　　5、1次同步谐振
　　由力学知道，发电机组的转子大轴都有一个或几个自然扭振频率。当电系统由于某种原因造成电气谐振，从而引发转子体振荡，当振荡的频率接近于转子机械自振频率时，将引发机电谐振，严重时将可能导致大轴损坏。当谐振的频率低于同步频率时，称为次同步谐振SSR。串联补偿的500kV线路（也包括其它一些类似工作原理的FACTS控制器）和直流输电都会产生次同步频率，解决方法一般为装设有关保护切除谐振设备或装设次同步阻尼控制装置产生正阻尼达到抑制谐振的效果。
　　5、2两倍工频谐振
　　当发电机组的自然扭振频率接近两倍工频时，如电网存在不平衡负荷或发生不对称事故，发电机定子中存在的零序电流就会在机组转轴上产生两倍工频的扭矩，有可能激发轴系的两倍工频机电谐振。解决方法一般为在设计中使轴系自然扭振频率躲开两倍工频，且与规定允许的机组运行频率范围及时间相配合并留有适当裕度。
　　5、3汽轮发电机组的快关汽门及切机
　　汽轮发电机组快关汽门及切机都是使汽轮机产生的原动功率与因系统故障减小了的电功率相适应，以维持电网稳定。快关汽门一般在发出快关控制信号后，中压调节阀门能在大约0.15秒内关闭，关闭持续时间应根据电网稳定性的需要和消除故障所需的时间来确定。快关持续时间一般为0.3～1秒，典型值为0.5秒。而切机作为三道防线中第二道防线的主要手段，能够确保电网在发生概率较低的严重故障时能继续保持稳定运行。
　　5、4涉及电网安全的机组保护及安全自动装置管理
　　2003年美加大停电中，发电机组保护整定与电网安全协调不够，导致了事故扩大。发电机组的保护整定应考虑既要防止发电机损坏又要减小对系统和用户造成的危害。200MW及以上并网机组的高频率、低频率保护，过电压、低电压保护，过激磁保护，失磁保护，失步保护，阻抗保护及振荡解列装置、发电机励磁系统（包括PSS）等设备（保护）定值必须经有关调度部门审定。其中特别是发电机失步保护的设计整定原则更需要进行深入研究。
　　5、5发电机组具备吸收无功功率能力和AGC调节能力
　　电网在节假日等低负荷情况下，系统无功相对充裕，会导致电压偏高甚至越限。最为经济合理的办法是依靠发电机进相运行吸收多余无功功率。自动发电控制AGC是现代电网控制中心的一项基本和重要的功能，仅仅靠调度员指令和人工操作来进行电网出力的调整，已不能满足现代化大电网运行管理的需要。国家电监会颁布实施的《并网发电厂辅助服务管理暂行办法》为辅助服务方面的网厂协调制定了依据。
　　5、6发电机组承受合理频率、电压变化能力
　　系统发生严重故障时，电网频率、电压都有可能越事故限值运行，发电机组作为系统中最重要的有功、无功支撑点，在不影响机组安全的前提下，若不具备承受合理频率、电压变化的能力而退出运行，将有可能恶化系统运行工况，严重时甚至导致系统频率崩溃或电压崩溃。其中机组一次调频可以在系统频率越过正常限额时，利用机组调速系统自动拉出机组出力，而发电机励磁和自动电压调节器AVR的研究也具有较强的现实意义，以避免系统电压骤降急需发电机强行励磁支持电压时，某些机组却因保护不配跳闸起反作用，严重影响系统安全。
　　6、结语
　　随着电力体制改革的稳步推进，电网安全、稳定运行是电厂正常运营的重要基础和保证，同时大机组的正常运行则是电力系统安全的基石和保障，也是节能减排大形势的迫切需要。积极探索新形势下和谐调度的途径、方法，严格执行“公开、公平、公正”调度，努力为发电企业提供优质规范的服务，一定能实现在市场化条件下发电集团与电网公司的和谐共赢。（华能国际电力股份有限公司长兴电厂　陈金凤  任联翔）