2020年上海并網發電機組跳閘對電網的影響分析

陳洪興，楊靖寧，曹博源

(1.華東電力試驗研究院有限公司，上海 200437； 2.國網上海市電力公司電力科學研究院，上海 200433)

上海電網是特大型城市電網，具有高負荷密度、高可靠性要求的特點。近年來，外來電量達到上海總用電量的二分之一。在電網高可靠性的要求下，有必要關注主力發電機組故障對上海電網及華東電網安全運行的影響。

1 機組跳閘統計分析

2020年上海并網電廠共發生23次機組跳閘。按機組容量分類，1 000 MW等級燃煤機組跳閘2次；600 MW等級燃煤機組跳閘1次；300 MW等級燃煤機組跳閘12次；100 MW等級燃煤機組跳閘1次；燃氣輪機組跳閘7次。

2 機組跳閘對電網安全穩定的影響分析

2.1 機組跳閘對電網潮流分布的影響分析

2.1.1 500 kV機組跳閘對電網潮流分布的影響

接入500 kV主網線路機組跳閘為2次，發生跳閘后上海內部出力減少，而交流受進斷面潮流都增大，但是均在其限額之內。接入500 kV機組跳閘后上海電網潮流變化如表1所示。

表1 接入500 kV機組跳閘后上海電網潮流變化

2.1.2 220 kV機組跳閘對電網潮流分布的影響

接入220 kV機組跳閘后上海電網潮流變化都沒有越限如表2所示。

但是外高橋電廠機組跳閘后顧路主變潮流存在越限風險以及寶鋼電廠機組跳閘后楊行主變西分區潮流存在越限風險。

2.2 機組跳閘對電網頻率穩定的影響分析

根據2020年上海電網機組跳閘統計結果，最大損失功率1 000 MW，即12月17日11:40上電漕涇1號機組發生跳閘，系統頻率由50.02 Hz跌落至49.96 Hz。

上海電網作為華東電網的重要組成部分，若上海電網出現大容量機組跳閘，上海交流受進斷面潮流將增大并填補功率缺額。由于上海及華東電網容量較大，單臺大機組跳閘雖對電網頻率有所擾動，但影響較小。

2.3 機組跳閘對電網暫態穩定的影響分析

以2020年9月上電漕涇電廠2號機組跳閘為例，損失功率400 MW。利用電力系統仿真工具，就跳閘瞬間暫態穩定過程進行仿真計算，結果如圖1至圖3所示。

圖1 機組接入500 kV變電站母線電壓暫態過程

圖2 機組跳閘后鄰近機組發電機功角暫態過程

圖3 機組跳閘后鄰近機組電磁功率暫態過程

以2020年2月吳涇二廠1號機組跳閘為例，損失功率253.9 MW。利用電力系統仿真工具，就跳閘瞬間暫態穩定過程進行仿真計算，結果如圖4至圖6所示。

圖4 機組接入220 kV變電站母線電壓暫態過程

圖5 機組跳閘后鄰近機組發電機功角暫態過程

圖6 機組跳閘后鄰近機組電磁功率暫態過程

2020年上海電網通過兩條1 000 kV雙線分別與江蘇電網、浙江電網連接；通過±800 kV復奉直流與西南電網聯絡；通過±500 kV與華中電網聯絡。500 kV主網仍維持雙環網，以及南半環，網架結構較強。

機組跳閘后，母線電壓、鄰近發電機電磁功率、相對功角均會相應產生波動，由于上海電網與華東主網聯系較為緊密，發生單一機組跳閘甚至全廠停電不會對電網暫態穩定性造成影響。

2.4 機組跳閘對電網電壓穩定的影響分析

DL/T 1234—2013《電力系統安全穩定計算技術規范》規定，正常及檢修方式下電壓穩定負荷增長裕度系數不小于8%，“N-1”故障后電壓穩定負荷增長裕度系數不小于5%。

機組跳閘后，電網電壓穩定性將下降，有功負荷裕度降低。根據導則要求，考慮電壓穩定約束，制定了上海電網不同負荷水平下的最小開機方式。在34 000 MW最大用電負荷水平下，綜合滿足高峰時段220 kV分區電力平衡需求、電壓穩定性要求以及通道潮流熱穩限額要求。上海電網最小開機方式為：8臺500 kV燃煤機組6臺運行，16臺220 kV主力燃煤機組13臺運行，自備電廠及燃氣電廠15臺運行。在28 000 MW平均高峰負荷水平下，綜合滿足高峰時段220 kV分區電力平衡需求、電壓穩定性要求以及通道潮流熱穩限額要求，上海電網最小開機方式為：4臺500 kV燃煤機組4臺運行，11臺220 kV主力燃煤機組運行，11臺自備電廠及燃氣電廠運行。

上海電網與華東主網聯系較為緊密，發生單

一機組跳閘對電網電壓穩定性造成的影響較小。

2.5 機組跳閘對電網分區供電平衡的影響分析

2020年220 kV機組跳閘對分區電網供電平衡的影響分析如表3所示。

表3 2020年上海220 kV機組跳閘對電網分區供電平衡的影響

通過分析可以發現，2020年泗涇分區負荷較重，在吳二廠機組“N-1”后可能出現供電缺口，通過調整辰塔站和沈磚站將負荷向練塘分區轉移，或通過三莊站及閔東、閔北站向新余分區轉移。當發生吳二廠機組跳閘或泗涇主變故障時，必要時可采取負荷控制措施確保設備潮流不過限。亭衛、顧路、楊行西分區供電裕度充裕，可滿足分區負荷需求。

3 結語及建議

3.1 結語

(1)在電網側。上海電網單一機組跳閘后對華東電網頻率、暫態穩定、電壓穩定和分區供電平衡的影響很小。上海電網500 kV環網上現有多個電廠、4個交流受電落點以及3個直流受電落點，各電源點雖容量不一但相對分散，有利于正常情況和“N-1”時的潮流疏散。機組跳閘在某些特殊情況下可能對電網潮流分布造成一定的影響。

1)一般情況下500 kV機組跳閘后功率缺額由10條省際聯絡線共同承擔，不會發生潮流越限風險，但某些特殊時段500 kV機組跳閘仍可能對電網運行帶來不利影響。若機組故障發生在夏季高峰或冬季高峰時段，可能造成上海全網電力平衡緊張；冬季高峰時段上海電網區外直流送電功率較小，大量電力通過交流受電斷面受進，此時若發生大機組跳閘事故，可能面臨上海交流受電斷面潮流越限和緊急拉限電的風險。

2)220 kV機組跳閘主要會對500 kV主變下送潮流以及部分220 kV供電瓶頸地區產生較大影響。由于上海500 kV電網容載比較小，部分500 kV主變正常方式下潮流已經逼近甚至超過運行限額，因此機組跳閘將會進一步加重主變的下送壓力，嚴重情況下須采取緊急拉限電措施。

(2)在電源側。在23次機組跳閘事件中，11月和12月共發生了13次機組跳閘，占了接近一半，呈現出了明顯的季節特征。全年度共發生7次因燃氣輪機組跳閘事件，占比接近三分之一，因此必須加強停機養護和備用設備維護的管理，提高燃氣輪機組快速啟動和應急響應的性能。機務和熱工原因造成機組跳閘還是占多數，分別造成10次和9次機組跳閘情況，各自占比約為37.04%和33.33%。

3.2 建議

(1)在電網側。提高電網應對機組跳閘的能力，消除機組跳閘后電網出現的供電瓶頸，繼續開展新余主變擴建工程、三林主變擴建工程、上南輸變電工程、政云輸變電工程、泰日輸變電工程。

(2)在電源測。

1)提高認識水平，特別加強檢修后機組運行的巡檢和異常分析。

2)嚴格控制機組檢修質量，把好機組試驗驗收關，特別要做好機務設備的維護檢修，嚴防機械磨損、卡澀及螺栓斷裂等事件發生，確保修后機組長周期安全穩定運行。

3)要加強對運行人員的技術培訓，切實有效做好巡回檢查工作，提高運行人員應對突發事件的能力，運行人員的正確判斷和及時有效的操作處置對抑制異常工況具有十分重要的作用。如果運行人員在機組異常工況下能有效正確處理，可以避免部分機組跳閘事件。

4)加大對電子元器件類設備的改造力度，防止因電子元器件老化、產品換代對設備帶來故障隱患。

5)優化控制保護邏輯，特別是涉及最終觸發機組跳閘組合信號，要做到提前報警、適時觸發，保證運行機組自修復并給運行人員操作留有適當的時間。