2020年上海并网发电机组跳闸对电网的影响分析

陈洪兴，杨靖宁，曹博源

(1.华东电力试验研究院有限公司，上海 200437； 2.国网上海市电力公司电力科学研究院，上海 200433)

上海电网是特大型城市电网，具有高负荷密度、高可靠性要求的特点。近年来，外来电量达到上海总用电量的二分之一。在电网高可靠性的要求下，有必要关注主力发电机组故障对上海电网及华东电网安全运行的影响。

1 机组跳闸统计分析

2020年上海并网电厂共发生23次机组跳闸。按机组容量分类，1 000 MW等级燃煤机组跳闸2次；600 MW等级燃煤机组跳闸1次；300 MW等级燃煤机组跳闸12次；100 MW等级燃煤机组跳闸1次；燃气轮机组跳闸7次。

2 机组跳闸对电网安全稳定的影响分析

2.1 机组跳闸对电网潮流分布的影响分析

2.1.1 500 kV机组跳闸对电网潮流分布的影响

接入500 kV主网线路机组跳闸为2次，发生跳闸后上海内部出力减少，而交流受进断面潮流都增大，但是均在其限额之内。接入500 kV机组跳闸后上海电网潮流变化如表1所示。

表1 接入500 kV机组跳闸后上海电网潮流变化

2.1.2 220 kV机组跳闸对电网潮流分布的影响

接入220 kV机组跳闸后上海电网潮流变化都没有越限如表2所示。

但是外高桥电厂机组跳闸后顾路主变潮流存在越限风险以及宝钢电厂机组跳闸后杨行主变西分区潮流存在越限风险。

2.2 机组跳闸对电网频率稳定的影响分析

根据2020年上海电网机组跳闸统计结果，最大损失功率1 000 MW，即12月17日11:40上电漕泾1号机组发生跳闸，系统频率由50.02 Hz跌落至49.96 Hz。

上海电网作为华东电网的重要组成部分，若上海电网出现大容量机组跳闸，上海交流受进断面潮流将增大并填补功率缺额。由于上海及华东电网容量较大，单台大机组跳闸虽对电网频率有所扰动，但影响较小。

2.3 机组跳闸对电网暂态稳定的影响分析

以2020年9月上电漕泾电厂2号机组跳闸为例，损失功率400 MW。利用电力系统仿真工具，就跳闸瞬间暂态稳定过程进行仿真计算，结果如图1至图3所示。

图1 机组接入500 kV变电站母线电压暂态过程

图2 机组跳闸后邻近机组发电机功角暂态过程

图3 机组跳闸后邻近机组电磁功率暂态过程

以2020年2月吴泾二厂1号机组跳闸为例，损失功率253.9 MW。利用电力系统仿真工具，就跳闸瞬间暂态稳定过程进行仿真计算，结果如图4至图6所示。

图4 机组接入220 kV变电站母线电压暂态过程

图5 机组跳闸后邻近机组发电机功角暂态过程

图6 机组跳闸后邻近机组电磁功率暂态过程

2020年上海电网通过两条1 000 kV双线分别与江苏电网、浙江电网连接；通过±800 kV复奉直流与西南电网联络；通过±500 kV与华中电网联络。500 kV主网仍维持双环网，以及南半环，网架结构较强。

机组跳闸后，母线电压、邻近发电机电磁功率、相对功角均会相应产生波动，由于上海电网与华东主网联系较为紧密，发生单一机组跳闸甚至全厂停电不会对电网暂态稳定性造成影响。

2.4 机组跳闸对电网电压稳定的影响分析

DL/T 1234—2013《电力系统安全稳定计算技术规范》规定，正常及检修方式下电压稳定负荷增长裕度系数不小于8%，“N-1”故障后电压稳定负荷增长裕度系数不小于5%。

机组跳闸后，电网电压稳定性将下降，有功负荷裕度降低。根据导则要求，考虑电压稳定约束，制定了上海电网不同负荷水平下的最小开机方式。在34 000 MW最大用电负荷水平下，综合满足高峰时段220 kV分区电力平衡需求、电压稳定性要求以及通道潮流热稳限额要求。上海电网最小开机方式为：8台500 kV燃煤机组6台运行，16台220 kV主力燃煤机组13台运行，自备电厂及燃气电厂15台运行。在28 000 MW平均高峰负荷水平下，综合满足高峰时段220 kV分区电力平衡需求、电压稳定性要求以及通道潮流热稳限额要求，上海电网最小开机方式为：4台500 kV燃煤机组4台运行，11台220 kV主力燃煤机组运行，11台自备电厂及燃气电厂运行。

上海电网与华东主网联系较为紧密，发生单

一机组跳闸对电网电压稳定性造成的影响较小。

2.5 机组跳闸对电网分区供电平衡的影响分析

2020年220 kV机组跳闸对分区电网供电平衡的影响分析如表3所示。

表3 2020年上海220 kV机组跳闸对电网分区供电平衡的影响

通过分析可以发现，2020年泗泾分区负荷较重，在吴二厂机组“N-1”后可能出现供电缺口，通过调整辰塔站和沈砖站将负荷向练塘分区转移，或通过三庄站及闵东、闵北站向新余分区转移。当发生吴二厂机组跳闸或泗泾主变故障时，必要时可采取负荷控制措施确保设备潮流不过限。亭卫、顾路、杨行西分区供电裕度充裕，可满足分区负荷需求。

3 结语及建议

3.1 结语

(1)在电网侧。上海电网单一机组跳闸后对华东电网频率、暂态稳定、电压稳定和分区供电平衡的影响很小。上海电网500 kV环网上现有多个电厂、4个交流受电落点以及3个直流受电落点，各电源点虽容量不一但相对分散，有利于正常情况和“N-1”时的潮流疏散。机组跳闸在某些特殊情况下可能对电网潮流分布造成一定的影响。

1)一般情况下500 kV机组跳闸后功率缺额由10条省际联络线共同承担，不会发生潮流越限风险，但某些特殊时段500 kV机组跳闸仍可能对电网运行带来不利影响。若机组故障发生在夏季高峰或冬季高峰时段，可能造成上海全网电力平衡紧张；冬季高峰时段上海电网区外直流送电功率较小，大量电力通过交流受电断面受进，此时若发生大机组跳闸事故，可能面临上海交流受电断面潮流越限和紧急拉限电的风险。

2)220 kV机组跳闸主要会对500 kV主变下送潮流以及部分220 kV供电瓶颈地区产生较大影响。由于上海500 kV电网容载比较小，部分500 kV主变正常方式下潮流已经逼近甚至超过运行限额，因此机组跳闸将会进一步加重主变的下送压力，严重情况下须采取紧急拉限电措施。

(2)在电源侧。在23次机组跳闸事件中，11月和12月共发生了13次机组跳闸，占了接近一半，呈现出了明显的季节特征。全年度共发生7次因燃气轮机组跳闸事件，占比接近三分之一，因此必须加强停机养护和备用设备维护的管理，提高燃气轮机组快速启动和应急响应的性能。机务和热工原因造成机组跳闸还是占多数，分别造成10次和9次机组跳闸情况，各自占比约为37.04%和33.33%。

3.2 建议

(1)在电网侧。提高电网应对机组跳闸的能力，消除机组跳闸后电网出现的供电瓶颈，继续开展新余主变扩建工程、三林主变扩建工程、上南输变电工程、政云输变电工程、泰日输变电工程。

(2)在电源测。

1)提高认识水平，特别加强检修后机组运行的巡检和异常分析。

2)严格控制机组检修质量，把好机组试验验收关，特别要做好机务设备的维护检修，严防机械磨损、卡涩及螺栓断裂等事件发生，确保修后机组长周期安全稳定运行。

3)要加强对运行人员的技术培训，切实有效做好巡回检查工作，提高运行人员应对突发事件的能力，运行人员的正确判断和及时有效的操作处置对抑制异常工况具有十分重要的作用。如果运行人员在机组异常工况下能有效正确处理，可以避免部分机组跳闸事件。

4)加大对电子元器件类设备的改造力度，防止因电子元器件老化、产品换代对设备带来故障隐患。

5)优化控制保护逻辑，特别是涉及最终触发机组跳闸组合信号，要做到提前报警、适时触发，保证运行机组自修复并给运行人员操作留有适当的时间。