谈电力系统机网协调

1、谈电力系统机网协调朱伟（广东省佛山电建集团公司）机网协调基本概念在电力系统“发输配用”环节中，发电机组和电网是两个非常关键的部分，它们既是电力形成与传输的统一体，但在某些“特定”的情况下又是相互矛盾的对立体。在当今电力市场条件下，为了电力系统在规划、设计、主设备关键参数选择上，解决机组与电网协调中的予盾，使其满足系统安全稳定、经济运行的要求，对系统和发电机、变压器组的关键参数选择和运行约束做出特别的要求，这就是机网协调基本概念机网协调的意义和主要问题电力系统的运行状态是瞬息万变的。由于发电机组与电网之间有着非常紧密的电磁联系，所以任何波动都在相互间造成影响。现代电力系统，发电机单机及电源点容量

2、在不断增大，电网抗单机和电源扰动的能力必须经受考验。机和电源也同样经受电网扰动的考验。大机组和大电网的协调，与发供用电企业的经济利益息息相关，直接关系到整个电网的安全稳定运行，并影响到国计民生的稳定繁荣。1996年1月，北京西部的停电事故；1996年美国西部电网连续两次大停电事故；1999年台湾全岛长达20小时的停电事故都有力地证明了电力系统运行若干问题中孰轻孰重。主要问题可归结为安全运行和经济运行两个方面。但安全运行是放在头等重要位置的。安全问题电力系统的安全运行主要通过两个层面来表达。一是系统承受扰动引起暂态过程后过渡到一个稳定的运行工况。二是在新的运行工况下，各种约束条件得到满足。扰动引

3、起的暂态过程过渡到稳定工况分静态稳定、暂态稳定、动态稳定及电压稳定等几个不同定义的问题。事实上，从电力战略防御的角度看，电力系统安全稳定导则中，明确提出了电力系统必须具备“三道防线”，以应对系统的稳定受到破坏。继2008年我国南方冰冻灾害之后，有学者提出“三道防线”不够，应当设置“四道防线”，以应对包括自然灾害在内的电力系统“灾变”的发生。更有学者从战略防御的角度出发，提出了全局脆弱性评估体系的建立和决策分析的方法，以构建电力战略防御体系。这些研究都充分说明，在市场经济日趋发达的当今中国，一定要从“浮燥经济学”的价值观中挣脱出来，从电力系统全局最优的目标，去考虑发输配售个体之间的技术协调以达到

4、安全运行的目的，其次是经济运行协调和利益分配。参数配合对电力系统总的要求是，有合理的静态稳定储备及有功、无功备用容量；合理控制电网短路电流的水平；能维持电网频率、电压的正常水平；发电机与电网之间的设备参数应合理配合，在正常负荷波动和调整有功、无功潮流时，均不应发生自发振荡；在正常运行方式下，系统中任何一个元件（发电机、变压器、线路、母线）发生单一故障时，不应导致主系统非同步运行，不应发生频率崩溃和电压崩溃。为此，对发电机组主要电气参数选择应符合如下附表1所示、水轮发电机组主要电气参数选择应符合如下附表2所示、汽轮发电机升压变压器的短路阻抗选择应符合如下附表3所示的要求。对于电源的接入，应遵循的

5、基本原则是，600MW及以上机组宜提入500KV或330KV系统。对于短路电流水平较高的地区，或600MW以下100MW以上的机组，可接入220KV系统。运行约束就发电机组而言，自身应具有一定的抗扰动和某种特殊状态运行的能力。比如：小扰动下具有一定的动态稳定能力，能承担一定的不平衡负载，具有一定的有功无功调整能力，能承受一定的短路冲击等。但它的承受能力是有局限性的。例如：发电机单机容量越大，耐振荡的能力越小，承受短路电流标么值越小；进相运行时端部发热、不平衡运行时转子过热等问题更加突出等。为了满足实际的需要，对发电机的频率电压的运行要求，如下图1所示：图1发电机频率电压运行限值图中X轴为频率，

6、Y轴为电压。发电机应在1区内运行，3点为额定运行点。2区内运行受温度和温升的限制。所以行业标准中严格地规定了允许运行的偏移和对应的允许时间。对于发电机失磁异步运行，GB/T7064作了规定。600MW及以上机组的允许运行时间和减负载方式由用户与制造厂协商决定。 水轮发电机一般不允许失磁运行。对于不平衡负载下运行，不同容量和不同转子冷却形式的机组，其负序电流分量I2与额定电流IN之比I2/IN应符合GB755规定。对于失步运行，振荡期间电流冲击超额定值，因为定子绕组端部的受力与电流的平方成正比，若电流小于70的三相短路电流，最大受力虽小于三相短路时的1/2，仍可能破坏发电机绕组端部的紧固性。正常

7、运行时定子绕组端部处于长期的100Hz振动力作用下，若因过流冲击产生结构松弛，固有频率也会随之改变，可能出现共振，即使没形成整体共振，松弛现象也必然逐渐加重，最后是绝缘损坏引起事故。因此，当引起系统振荡的故障点在发变组外部时，汽轮发电机最多能够承受至少520个振荡周期，以便系统尽可能快速恢复稳定。当故障点在发变组内部时应立即启动失步保护。 事实上电网的扰动，不论以何种形式表现，都会引起机组扭振，造成旋转部件的疲劳和寿命损耗。但只要遵守有关规程和导则的规定，对发电机和电网都是安全的。国际大电网会议(CIGRE)对发电机从设计制造的角度出发，提出的建议是，小于0.5 pu的功率波动，合闸相角差小于

8、10°的准同期并列，不对电机寿命造成损耗。单相重合闸每次冲击的寿命损耗应远低0.1%。轴系总寿命损耗一部分应当用于严重扰动，如机端短路1次，120°误并列1次，近处三相短路并快速切除3次，近处三相短路并较慢切除1次。（每次疲劳寿命损失超过1%的要限制次数）。三相故障、三相重合闸和次同步谐振建议不予考虑。结束语机网协调是自电力系统存在以来就具有的一个基本问题。随着电力系统规模和技术的变迁，需要研究的问题还会不断涌现。但是，电力战略防御系统的构建，如果能在实体构成之初的电力规划、可行性研究等阶段就纳入深刻地分析和论证的话，对以后的运行指导将会更有意义。已建成投运的大机组，通过E

9、MS系统中的高级分析软件，不断地对系统的运行品质进行状态分析，也可提供宝贵的分析数据和经验积累。附表1 汽轮发电机基本参数要求额定功率P(MW)定子电压（kV）短路比功率因数Xd（饱和值、）Xd(饱和值、%)T'd0（s）范围推荐值100P<30010.5、15.750.450.620.80.850.85152512186.89.9300P<60018、20、22、240.40.60.80.850.85202615186.28.8600P<100020、22、240.40.580.850.90.9242815218.29.01000 24、270.40.50.90.9223515218.810.0附表2 水轮发电机基本参数要求额定功率P(MW)定子电压（kV）短路比功率因数Xd（饱和值、）Xd(饱和值、%)Xq（饱和值、）X''q（饱和值、）T'd0（s）范围推荐值50P<20010.5、13.81.01.40.80.90.8530352023477018236.310.8200P<40015.75、18、201.01.40.850.90.92128161881-84208.314.4