2008 年南方电网冰灾期间孤网运行经验

文章编号：1674-0629(2008)05-0006-04 中图分类号：TM732 文献标识码：B 2008年南方电网冰灾期间孤网运行经验
黄河，徐光虎，余畅
（中国南方电网调度通信中心，广州 510623）
Operation Experience of Isolated Network in CSG during Ice Disaster (2008)
HUANG He , XU Guang-hu, YU Chang
(CSG Dispatching and Communication Center, Guangzhou 510623, China)
Abstract：This paper summarizes operation experience of several isolated networks in CSG during ice disaster (2008) concerning performance of different types of generators, countermeasures of both power plants and the electric grid. Then it is proposed that the electric power grid should initiatively implement strategy for plan-ed isolated operation when networks must be isolated, enhance load dispatching, ensure applicability of protective relayings and automation devices, while power plants are to switch to valve-operation-mode, increase amplitude limit of primary fre-quency regulation, adjust operation strategy of OPC, reasonably increase dead zone of primary frequency regulation, etc.
Key wor ds：CSG；operation experience; isolated network; ice disaster
摘要：总结了2008年冰灾期间南方电网各片孤网运行期间不同类型发电机组表现、电网所采取的措施和电厂所采取的措施。

指出当有必要孤网运行时，电网应采取主动实施孤岛运行策略，加强负荷调度，并始终保持继电保护和安自装置的适应性；电厂方面应采取切换到阀门控制模式、增大一次调频限制幅度、灵活调整OPC动作策略、适度增大一次调频死区等措施。

关键词：南方电网；运行经验；孤网；冰灾
2008年1月中旬至2月中旬，南方电网区域遭遇了历史罕见的冰雪凝冻灾害。

冰灾期间，贵州电网被分解为多个孤立电网，广西、云南的局部电网也被分解为孤立电网。

贵州东部电网孤网运行近2个月。

贵州北部电网孤立运行近2个月。

贵州中西部电网乌江渡老厂、东风等水电厂均曾带孤立小网稳定运行。

贵州中西部电网贵阳电厂（火电机组）在试图将9号机组主动解出孤网带110 kV负荷运行时，9号机组跳闸；在贵阳南部电网解列成孤网时也因贵阳电厂机组跳闸而全部失电。

广西永福电厂，2号机组带大丰站2号主变孤网稳定运行158 h；3号机组带大丰站1号主变、侯寨站、挡村站负荷，在2次全部失电后，成功稳定运行71 h至并网。

云南220 kV潞（西）盈（江）双线因AB相故障跳闸，盈江地区电网与主网解列。

频率最高升至60 Hz，多台小水电跳闸后最终稳定。

1 不同类型发电机组表现
冰灾期间，曾经孤网运行过的机组类型包括300 MW、200 MW、142 MW、135 MW、125 MW 的火电机组，250 MW、190 MW、100 MW的水电机组及部分小水电机组。

单机更大容量的火电、水电机组以及核电机组均未曾孤网运行。

冰灾期间，水电机组表现出比火电机组更好的调节性能和稳定性能。

如盈江地区电网与主网解列后，频率最高曾升至60 Hz，多台小水电高周切机或跳闸，最终稳定；又如3月2日，凯里、都匀地区电网与铜仁地区电网解列，凯里、都匀地区电网频率最高升至52.05 Hz，凯里电厂4号机因主汽门压力高保护动作跳闸，大花水两台水电机组出力自动从100 MW调减至50 MW，凯里、都匀地区电网频率最终降至50.8 Hz后稳定。

200 MW以下容量的火电机组运行也较为稳定，如金沙、习水等电厂均
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多次带孤立小网稳定运行；200 MW及以上火电机组在孤网运行时较易跳闸，如大龙电厂、永福电厂、贵阳电厂机组都曾不止一次跳闸，大龙电厂、永福电厂的300 MW机组均是在试验研究院的技术攻关小组一直在现场提供技术支持，多次改进控制系统的情况下最终运行较为平稳。

2 孤网运行时电网所采取的措施
2.1 主动实施孤岛运行策略
贵州北部电网、东部电网和中西部主网解列后成为孤网，中西部主网也一度和南方电网主网解列成为孤网，广西桂林地区也曾主动解列为孤网。

由于之前这些孤网对外联络线功率均按零潮流控制，联络线断开后这些孤网均保住了稳定。

对缺乏黑启动电源，全黑后难以实施黑启动的地区电网，在对外仅有单回联系线时，应主动解列出另1块小网孤立运行。

冰灾期间，桂林电网先于1月29日将永福电厂2号机组带大丰站2号主变负荷主动解为孤网运行，在1月31日永福电厂3号机接连两次发生跳闸情况下，桂林电网始终没有发生全黑，进一步验证了此方案的可行性。

贵州电网第一次试图将贵阳电厂9号机解出孤网运行时没有成功，后主动将贵阳电厂至220 kV筑东站两回220 kV线路断开备用，贵阳电厂8号、9号机带几个110 kV变电站负荷后连到220kV金阳站，形成贵阳电厂小网与贵阳主城区电网互为备用的局面，避免了贵阳城区电网的全黑。

2.2 加强负荷调度
电网分片运行后，由于系统负荷小和开机较少，峰谷差大，机组调控将十分困难，一旦机组由于频繁调节或者起停导致跳闸，将严重威胁电网安全。

为保证电网安全，孤立电网应加强负荷调度，努力实现电厂、用户、调度的协调控制，主要有如下措施：
——通过负荷调度减少峰谷差，控制片区电网负荷维持在与机组能力相平衡的合理水平；
——较大容量负荷投退前让电厂先做好相关准备；
——孤网小到一定水平后，应限制铁路机车、电弧炼钢炉、轧钢机等冲击负荷的用电。

桂林永福电厂2号机组所带孤网，工业负荷已经限光，全是城区负荷，其自然变化规律大大超出机组调峰能力，桂林地调在负荷高峰时段控制好负荷后，低谷负荷低于孤网稳定最低要求，还需回调部分负荷维持稳定。

因此，负荷控制出现“日限夜送”的局面，用户意见很大。

后采取对公用设施用电强制调控，停电来回倒负荷、低谷增加电厂厂用等诸多手段，保证了孤网负荷水平在合理水平内变化，该孤网稳定运行158 h[1]。

电力机车负荷除三相不平衡，在小孤网中对机组有冲击外，上山、下山、进站等路况变化也会导致负荷变化较大，容易引起孤网中机组阀门频繁调节，油泵降低而跳闸。

钢厂工况变化时也可能导致10 MW以上的负荷变化，对孤网的稳定运行有较大冲击。

乌江渡老厂所带孤网稳定运行了较长时间，但曾因电气机车通过而跳闸。

凯里电厂所带孤网曾受冲击负荷影响，频率大幅降低，靠运行人员手动紧急拉开出线开关而保住了厂用电及附近几万负荷的稳定运行。

2.3 始终保持继电保护的适应性
冰灾期间, 网架变化巨大，大量线路保护通道失去，继电保护开展了大量工作确保电网安全，主要成功经验有：
——主保护通道失去后，应根据孤立电网具体情况重新计算各类故障极限切除时间，合理调整保护通道不可用的线路及相邻线路后备保护动作时间，确保保护动作速度满足稳定需求。

——校核相关继电保护定值的灵敏度及适应性，以快速切除故障，并尽可能避免越级跳闸。

如采取线路保护的弱馈功能投入、改变变压器接地方式等措施保证保护的灵敏度。

——对于与主网仅通过单一联络线联系的地区小网，宜退出联络线地区小网侧的重合闸。

——孤立电网内跳闸不会导致负荷损失的线路，应退出其两侧重合闸，以减少对孤立电网的冲击。

——孤网内发电机组的过激磁保护定值应在设备可承受范围内适度提高。

2.4 始终保持安自装置的适应性
冰灾期间，电网网架结构、送电水平、通信通道均变化较快，应根据电网情况变化快速灵活调整安稳系统的运行状态。

例如：断开贵州孤网内机组到安顺切机主站的通道；贵州取消外送后退出切除贵州机组相关站点的安稳装置；以及在贵州逐步恢
8 南方电网技术 第2卷
复外送期间，多次调整兴仁、安顺、盘南电厂等厂站安稳装置方式及定值等等。

整个冰灾期间未发生安稳装置不正确动作的事故，确保了电网的安全稳定运行。

冰灾期间，对每个孤立电网的高周方案都重新进行了校核调整，确保故障导致负荷失去时，不同机组高周切机的有序动作，确保这些地区的稳定运行。

而且，每天确认各供电区域典型时段的低周及低压减载容量，并以此控制该地区负荷水平，低周低压减载装置的正确动作多次保证了孤立小网的稳定运行。

冰灾期间，贵州东部电网成为孤网后，大龙电厂曾因汽机调门故障而部分甩负荷，铜仁、都匀地区低周减载装置动作后保住了贵州东部电网的稳定。

当然，实际运行情况不尽相同，总体原则是机组控制与低频低压减载等负荷控制措施需要紧密协调，必要时需要根据孤网运行情况作相应跟踪调整。

3 孤网运行时电厂所采取的措施
3.1 功率控制模式切换到阀门控制模式
功频电液调节系统的功率反馈环节，本应测自汽轮机实发功率，由于技术上的困难往往采用了发电机功率。

在孤网运行情况下，外界负荷变化时，功频电液调节系统的调节方向与外界负荷的需要相反，即会发生反调[2]。

在机组一次调频动作后，汽机阀门开度为功频电液调节系统功率反馈控制与一次调频控制的作用之和，由于一般机组一次调频调节幅度较小，孤网有时不能重新达到功率、频率的平衡。

冰灾初期，机组的控制模式一般均为功率控制模式，发生了几起即使对外联络线功率基本为零，孤网在对外联络线跳闸时也全部失电的情况，或孤网不能长期稳定运行的情况。

后来，将机组的功率控制模式切换到阀门控制模式后，贵州、广西的孤网都能较长时间地稳定运行。

3.2 增大一次调频限制幅度
2008年冰灾之前，南方电网内机组均按照国家电力监管委员会南方监管局《南方区域电厂并网运行管理若干指导意见（试行）》的要求，投入了机组的一次调频功能，南方电网的频率特性有了较大改善。

但一般电厂均按指导意见规定的下限设置了一次调频限制幅度（±6％～±10％），正常运行时，电网遇到的扰动不会导致全网机组都产生较大幅度的调节，因此一次调频的设置能够满足正常运行的需要。

孤网运行时，孤网内负荷的波动、故障导致的负荷大幅变化都需要靠一次调频的大幅、快速调节来保证孤网的稳定。

特别在故障导致负荷较大幅度减少时，较小的一次调频幅度根本不能限制频率的上升，极易导致孤网机组的OPC动作而导致孤网失稳。

冰灾中，贵州大龙电厂最初一次调频限幅为10%；两次跳闸后，改为12%；后再改为两台机组相互配合错开死区，1号机组±4%，2号机组上限+8%，下限-25%，之后稳定运行至与主网并网。

整体调节限幅不断增大[3]。

广西永福电厂最初一次调频向下限幅为10%，由于一次调频逻辑和回路等方面做了较多改动，两次跳机后一次调频限幅改为35%，之后稳定运行至与主网并网。

贵州凯里电厂为液压调节系统，一次调频没有限幅，孤网稳定运行一个月左右。

部分技术人员，参考部分国外电网的做法及液压调节系统的经验，建议取消一次调频限幅，特别是向下调节限幅。

但一次调频大幅减载可能导致机组燃烧不稳，或会导致锅炉汽压的升高太快，均将可能导致跳机。

多台机组的一次调频限幅全部打开后，是否会导致相互功率扰动或部分工况下出现反调节，也需进一步研究。

3.3 灵活调整OPC动作策略
冰灾期间，线路经常跳闸，也经常导致了负荷的大量失去，对孤网带来巨大冲击。

一旦一次调频未能及时有效地抑制孤网频率上升，将会导致OPC 动作，对孤网带来巨大冲击。

OPC动作最可能的后果包括：反复地频率大幅变化，一次调频反复大幅动作，机组阀门油压降低太多导致机组跳闸；OPC 动作导致机组调门关闭后，由于种种原因不能打开或不能全部打开，导致孤网频率降低太多而最终失去稳定。

冰灾中贵州大龙电厂OPC的每次动作均最终导致了跳机[3]。

冰灾中的一种做法是将OPC设为延时3 s动作，这能够保证机组安全，但孤网运行时仍可能OPC动作，甚至多台机组OPC同时动作而导致失稳。

另一种做法是取消OPC动作功能，依靠3 300 r/min电超速保护、机械超速保护功能保证机组安
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全。

这种做法可能导致机组较大幅度偏周波运行较长时间，对机组设备本身有一定影响。

冰灾中，某电厂就曾因为调速器系统软件缺陷，而导致频率在53.79～48.67 Hz之间大幅波动。

因此，孤网运行中应尽量避免火电机组的OPC 动作，措施包括增大一次调频限幅、增加OPC动作延时、提高OPC动作转速、取消OPC出口功能等等。

采用取消OPC出口功能的措施宜谨慎。

孤网中多台机组OPC动作定值应有一定配合，或取消部分机组OPC出口，以避免多台机组OPC同时动作。

同时，每个电厂都研究本厂机组孤网运行时，OPC动作后如何保证机组稳定运行的事故处理预案。

冰灾中，部分孤网里的电厂，如连州电厂，在OPC动作后，迅速采取了关小机组调门、全开旁路、及时启动大功率辅机等措施，最终保证了机组的平稳运行。

3.4 适度增大一次调频死区
孤网运行时，增大一次调频死区可避免机组调节过于频繁，导致机组因阀门油压降低或汽包水位难以控制而跳闸。

但一次调频死区增大后，在故障导致部分负荷失去后，一次调频动作相对较晚，更易导致OPC动作。

因此，一次调频死区增大应适度。

3.5 汽轮机调门运行方式改为单阀控制
汽轮机在顺序阀控制方式下运行，易因高压调门重叠度等原因导致汽轮机转速振荡，因此应改为单阀控制。

广西永福电厂就曾因汽轮机调门在GV3、GV4重叠度位置发生等幅振荡，导致汽轮机转速、主汽压力、机组负荷跟随发生振荡，机组运行不稳定，改为单阀控制方式后没有再发生类似问题[4]。

3.6 电厂公用系统供电方式的灵活切换
厂用电系统及电厂各类公用系统能够实现有效隔离是能够实施主动孤岛策略的关键。

广西永福电厂在2号机组孤网运行前对2号机厂用电进行了隔离操作，但是在后续的检查过程发现公用的仪用空压机和锅炉燃油供油泵均由1号和3号机组供电，2号机组保安电源没有配备独立柴油发电机组等问题。

后来紧急采取了拉临时电缆将其中的0号仪用空压机由2号机组供电、将2号机组保安电源与配备柴油发电机组的3号机组保安电源连接等应急方案，才在3号机组两次跳闸过程中避免了2号机组的同时跳闸[1−4]。

具有多台机组的电厂在设计阶段，应考虑部分机组厂用电系统相对独立，以便能顺利实施孤网的主动解列。

3.7 适当控制锅炉汽压与汽包水位
孤网运行时电厂应研究适应本厂的锅炉汽压与汽包水位的控制方式，避免锅炉汽压与汽包水位变化过大，以便机组能够长期平稳运行。

如贵州凯里电厂在冰灾期间打开20%旁路以稳定控制锅炉汽压与汽包水位，孤网运行了较长时间。

4 结语
本文对2008年初南方电网遭受冰雪凝冻灾害期间孤网运行的经验进行了总结，分别就孤网运行期间电网、电厂所采取的控制策略和技术措施进行了分析，在此基础上提出提高孤网运行稳定性措施。

考虑到有备才能无患，中心城市及其周边的电厂应具备一定的孤网运行能力，以备在重大事故或灾害中能够带住中心城市的关键负荷稳定运行。

而且，各电厂，特别是中心城市及其周边的电厂应具备不依靠外来专家即可长期稳定孤网运行的能力。

此外，应建设好在线预决策等技术平台，以便在孤网运行或电网结构快速变化时能够快速计算故障极限切除时间、各种负荷控制方式下的稳定性、特殊联网运行方式的稳定性，以提高孤网的稳定运行水平。

参考文献：
[1] 广西电力调度通信中心，广西电力试验研究院有限公司. 广西桂林
孤立电网运行策划与实践[Z]. 2008.
[2 肖增弘，徐丰. 汽轮机数字式电液调节系统[M]. 中国电力出版社,
2003.
[3] 邓彤天，李小军. 火力发电厂小（孤）网运行方式的探讨[J].贵州电
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Deng Tong-tian, Li Xiao-jun. Study on Operation Mode of Small Self-contained Power Network for thermal Power Plant, Guizhou Electric Power Technology, 2008(2): 1-3.
[4] 广西电力试验研究院有限公司. 桂林永福电厂孤网运行技术总结
[Z]. 2008.
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收稿日期：2008-07-25
作者简介：
黄河(1972–)，男。

高级工程师，硕士，从事电力系统稳定分析控制研究和电网调度运行。

徐光虎(1974–)，男。

高级工程师，博士，从事电力系统稳定分析控制研究和电网调度运行。

余畅(1977–)，男。

工程师，博士，从事电力系统稳定分析控制研究和电网调度运行。

（本文责任编辑张亚拉）。