张彬
江苏省盐城市响水县江苏德龙镍业有限公司海外投资部 邮编224631
摘要：随着冶金制炼业的发展，对电能的需求量不断增大，自备电厂应运而生。自备电厂孤网运行面临着负荷波动大、运行不稳定、三相电流不平衡、机组运行工况难调整等特征，特对机组运行工况进行分析、研究、调整。
关键词：孤网机组、负荷波动大、运行工况调整。
火力发电是当今电力生产的主要方式之一，它具有投资较少、建设周期较短、布局灵活的特点，高参数、大容量、自动化程度高、环境污染小的机组成为火力发电的主要方向，其中对工作质量与运行水平要求也再不断提高。本文就以冶金制炼行业自备电厂的运行工况为基础，讲解一下自备电厂孤网机组运行的负荷变化现象及调整方式。
一、热矿炉的工作特性
冶金制炼行业大部分使用的是热矿炉，而热矿炉是一种耗电量巨大的电阻性工业炉。由于热矿炉正常运行时焙砂原料受热后处于半熔融态与熔融态阶段，矿渣、铁合金熔融物都具有截然不同的电导率，因此矿热炉正常运行时电负荷频繁波动，三相电流不平衡是工作常态，最高不平衡度可以达到20%以上，矿热炉系统电抗的70%是由短网系统产生的，而短网是一个大电流工作的系统，最大电流可以达到上万安培，因此短网的性能决定了矿热炉的性能，正是由于这个原因，矿热炉的自然功率因数很难达到0.85以上，绝大多数炉子的自然功率因数都在0.7~0.8之间，较低的功率因数不仅使变压器的效率下降，而且消耗大量的无功功率。根据矿热炉的结构以及工作特点，经常发生加料、塌料、断电极现象，造成负荷突降甚至急停。
二、孤网机组的运行现象
孤网系统是由一台孤网自动机组和多台孤网阀控机组组合而成的孤立小电网，由于未与外界大网（地方电网）相连，孤网运行稳定性较差，随时面临着负荷波动大、运行不稳定、三相电流不平衡、主产业急停等问题，一旦自动机组跳停，其运行中的阀控机组不能及时投入孤网自动，参与一次调频控制好转速，极易造成内部电网崩溃，导致全部机组或部分机组非停事故，危及人身及设备安全。因此保证孤网机组的稳定运行对于企业的安全生产是至关重要的。
孤网机组运行需要监盘人员提高监盘效率和质量，高度重视各个参数的变化，做好及时调整、横向沟通工作，阀控机组运行人员要积极配合自动机组调控，稳定电网波动，分担对孤网机组的冲击。孤网机组中负荷的变化及机组运行工况主要有以下几种方式：
1、三相负荷频繁波动：三相电流短暂偏流，负荷起伏波动，引起孤网频率随之变化，导致自动汽轮机调速系统一次调频跟随孤网频率频繁动作，汽轮机调速汽门动作频繁甚至发生震颤。
调整方式：当负荷波动在允许值之内，此时只要自动机组参与调频，调整锅炉应控制好机前主汽压力，防止负荷波动引起PCV阀动作，产生噪音及曾加不必要的汽耗。阀控机组保持所带负荷的稳定，对应的锅炉保持好机前压力，防止因汽压低将负荷转移至自动机组，增加自动机组调频压力。
2、三相电流偏流严重：有功功率与无功功率降低、功率因数增大，孤网发电机出现偏流现象，负序电流增大，发电机发出轰鸣声。若果不及时调整发电机端部将形成环流，损耗增大，定子线圈发热加快绝缘老化，直接影响发电机寿命，偏流严重时直接导致发电机负序过电流保护动作，机组非停，电网崩溃。
调整方式：当电气监盘人员发现某条外供支馈线出现三相偏流现象，应及时通知阀控机组配合调整功率因数（自动机组励磁调节装置采用恒压方式，阀控机组励磁调节装置采用恒励磁电流方式），防止自动机组进相运行。当支馈线所带负荷持续偏流或偏流增大时，应立即通知电炉中控降负荷，调整电极。若电炉方面因电极上限或大力缸液压装置故障无法调整负荷时，通知调整炉降低主汽压力，电气人员在盘上操作拉掉偏流支馈线，某台阀控机组降负荷配合自动机组进行调整。
3、负荷突增：自动机组有功功率增加、频率降低、功率因数曾大、电压下降、电流增大、主汽压力降低、阀控机组频繁跳孤网自动参与一次调频（操作人员要手动切除）。因调节锅炉燃烧系统的调节速度滞后，短时间内主蒸汽压力难以恢复，自动机组汽轮发电机发出闷响，机组发生颤动。机组大负荷突增，此时需要迅速稳定电网频率，不然极易发生发电机低频、低电压过流，造成非停事故。
调整方式：当机组出现负荷突增时，立即通知阀控机组提高发电机负荷，分担自动机组的调控压力，若电压没有低于允许值时孤网自动机组人员立即减少励磁电流，使定子、转子电流降至允许值以内（如果励磁调节器强励动作时，运行人员不得干预励磁系统，但应适当减少有功功率，20s后手动减少发电机无功功率，将定子电流降至正常值内），减磁时要控制孤网自动机组不要进相运行，同时监视发电机出口电压不得低于允许值，如果减少励磁电流不能使定子电流降到正常值，应立即降低有功功率。过负荷期间一定要关注发电机各测点温度，孤网自动机组要稳定电网频率，防止发电机低周保护动作。
4、负荷突降：有功功率降低、电压升高、电流下降、频率升高、汽压升高导致PCV阀动作排汽、主汽流量急剧下降调整锅炉开对空排汽、汽包水位下降、功角变大引起震荡、各轴瓦震动变大、转速先升后降控制在OPC超速保护动作值以下，机组声音突变。大量甩负荷现象极易造成高中压主汽阀、调节汽阀、抽汽逆止阀、高排逆止阀连锁动作产生疲劳、严密性受损、卡涩，影响汽轮机调节系统动态稳定性。
调节方式：当机组出现大量甩负荷时，阀控机组立即降负荷（因汽压影响降功率速度缓慢）配合自动机组进行调整。因能量守恒定律，负荷转变成转速导致电压升高（电压跟转速成正比）功角变大，运行人员应立即减磁，调整发电机电压至正常值，维持厂用电运行。汽机专业开启凝结水再循环，保持热水井水位，加强除氧器、汽包补水，维持低负荷运行。调整过程中尽量稳定电网频率，保证自动机组不要长时间逆功率运行。
5、无功功率增加：功角振荡、电流变大、视在功率增加、系统电压下降，无功功率增加还会使设备和线路的损耗增加。为满足用电设备需求，运行人员会增加励磁电流，来提高发电机机端电压，这样使转子绕组产生的热效应会增加，转子温度上升，直接影响发电机使用寿命。励磁电流增加还会带来铁芯内磁通密度增加，损耗也增加，铁芯温度也会上升，容易触发线圈热保护动作跳机。
调整方式：孤网机组的无功储备不足，短路容量较小，当外供支馈线出现无功功率增加时，将限制发电机的有功功率输出，发电机无功下降将造成机组暂态稳定性破坏，引起机组振荡。为维持功角与功率因数的平衡，运行人员立即投运无功补偿装置，保持电压稳定，增加励磁电流，防止发电机进相运行。
6、机组运行工况的不确定性：由于受负荷大幅度频繁波动的影响，孤网发电机组的调节频度与幅度也同样频繁，设备长期处于疲劳状态，大大缩短了使用寿命。又限制于主产业对电能的需求，机组不能合理有效的按计划安排停机检修任务，导致某台或多台机组带病运行，从而影响了机组的经济性与安全性。
调整方式：为应对机组运行工况的不确定性，应提前制定各项重点反事故措施，完善设备隐患消缺制度，编制应急事故处理预案，重视各重要参数曲线的对比分析，确保机组安全稳定运行。
总结语：由于电能无法储存，孤网运行时，受负荷的大范围变化，发电机组来不及响应，会导致孤网发生较大的频率波动。此时机组由负荷控制变为频率控制，这要求机组调速系统要有较好的静态稳定性和动态响应性（一次调频），以保证负荷变化的情况下能够自动保持电网频率稳定，当实际供电功率大于用电率时随着汽机转速的升高，供电频率也会增加，此时运行人员不应再关注负荷的调整，而是通过操作调速系统的给定机构（二次调频）使孤网的频率控至在额定范围之内。由于孤网容量较小，其中旋转惯性储存的动能和锅炉所具备的热力势能均较小，因此要求机组调速系统具有更高的灵敏度，更小的迟缓率和更快的动态响应性。