摘要：笔者参阅大量国内孤网运行相关的技术资料，及国内外大型火电机组RB、FCB相关成熟资料和技术，凭借多年的调试优化经验，全面系统的总结介绍了孤网运行的概念、重要性、具备的条件、改造和优化的新技术及运行注意事项，便于同行参考和技术交流。
(转载自微信公众号“电力圈” ID：PowerClub_CN 作者：尚庆祝)
关键词：汽轮发电机组 孤网运行 具备的条件 改造和优化 新技术
国家电力法规规定,，任何发电厂不得私自销售非同一企业法人单位用电。而对用电单位和发电单位是同一法人代表或同属一集团公司的情况则鼓励企业自备电厂自给自足。电网公司同属企业,而不是政府机构,无权对自备电厂进行制裁。由于长期以来没有孤网运行技术,在电厂建成之后不得不与电网相接才能可靠运行,形成了自建电厂而受制于电网公司的定势。详见《中华人民共和国电力法》第十三章，第二十二章。随着电力改革的进行，越来越多的企业自办电厂自足自用，随时着孤网运行技术的成熟和推广也使得很自备电厂采取孤网运行方式或者是具备事故状态下与外网断开能孤网运行。
一、自备电厂孤网运行的重要性
近几年来自然灾害，特别是雷电、台风的影响不断加剧，企业外电源的可靠性也受到的严重威胁，因外电网失电导致的大面积失电事故时有发生，这给中小企业的安全构成重大威胁，甚至引发了严重的次生事故。为此，石化企业一般均要求配置双电源供电，普遍采用的方式是地方电网和自备发电机组实现双电源。正常运行时，企业内部电网与地方电网(外电网)相连，在外电网故障时，自备发电机组必须能够维持孤网正常运行，保证企业内部电网(厂用电)的安全。由于在外电网故障切断时，往往会造成自备发电机组负荷大幅度波动，此时需要迅速稳定电网频率，这就对汽轮发电机组控制系统在孤网运行条件下的运行能力提出了更高的要求。
某炼化分公司在2004年8月11日 由于305线跳闸，导致1#汽轮发电机组处于孤网运行状态，其在甩20MW负荷情况下，由于汽轮发电机组无法恢复稳定运行，造成化35KV变压器正母系统频率下降，终因低周保护动作致使变压器正母系统所有出线跳闸或失电，导致PX、聚丙烯、加氢裂化装置非计划停工。由此可见，保证自备汽轮发电机组在孤网运行条件下的稳定运行对于企业的安全生产至关重要。
二、孤网简介
1、 孤立运行的小网，称为孤网，孤网可以分为下列几种情况：
中有几台并列运行，单机与电网容量比超过8%，称为小网。
中只有一台机组供电，称为单机带负荷。
甩负荷带厂用电，称为孤岛运行工况，是单机带负荷的一种特例。
DCS孤岛运行是指控制系统的孤网状态下的运行不并网，就是属于孤网运行，频率难以调整，如果频率低于48.5赫兹，就地拉一部分负荷了，因为频率要求在50赫兹正负0.2赫兹波动属于正常范围
2、孤网运行的特点
发电机组的总发电量略大于或等于企业用电量。
发电机组由负荷控制转变为频率控制，要求汽轮机的调速系统具有符合要求的静态特性、良好的稳定性和动态响应特性，以保证在外界负荷变化的情况下自动保持频率的相对稳定。负荷调整不再是运行人员关注的主要问题，主要任务是调整孤网频率，即维持发电机转速在3000r/min附近。
3、孤网运行的适用范围：孤网运行主要是为了解决高耗能矿热炉冶炼企业负荷波动大、运行 不稳定、三相电流不平衡的问题，因此适用于硅铁、电解铜、电解铝、电石、 黄磷、烧碱、焦化、锌冶炼等企业的自备电厂。
三、孤网运行具备的条件
1、发电机出口开关、外网联络开关保护和定值合理。
2、电气保护具备低周减载、外线跳闸减载功能。
3、用电系统中产生的高次谐波造成保护系统灵敏度降低因而有高次谐波吸收装置。
4、励磁系统具备强励功能。
5、低压用电系统有应对欠压脱扣的措施，防止低压控制系统停电。
6、DEH具备良好的一次调频能力并投用,孤网运行一般转速不等率在5%。
7、转速从103%提高到105%OPC动作，以利于一次调频及时控制转速，使机组减少振荡，快速恢复平稳运行。
8、DEH具备机组甩负荷能快速稳定控制汽轮机转速功能
9、热工电源、保护电源、UPS电源工作正常，切换正常，DCS系统冗余切换正常。
10、控制室设重要设备启、停按钮使用正常可靠。
由于是孤网运行，电源随时都可能失去， 要保控制室内的控制盘上有交、 直流润滑油泵的启、停按扭，真空破坏阀、电磁释放阀、紧急放水门等正常使用。
11、机组基础自动在事故状态下尽可能具备良好控制品质：风烟系统、给水、燃料、减温水、除氧器液位、凝汽器液位等。
12、热工保护定值合理动作正常。
13、机组运行正常无设备系统缺陷。
14、燃料、除盐水供给正常。
15、事故照明、消防器材随时可投用。
16、做好《事故预想和处理预案》以及《“黑启动”应急预案》。
四、孤网运行改造优化的方向和新技术
1、机组自动化程度提高，随时控制技术的发展和设备可靠及精度的提高，很多75t/h锅炉及以上实现了风烟、给水、减温水、燃料的自动。无论是单元机组的孤网运行还是母管制下的主汽压力控制都有一个很好的水平。在甩负荷的孤岛运行工况下实现快速降锅炉负荷比如跳磨煤机、给煤机、给粉机、投油枪，远比运行人员操作可靠安全稳定。可以将一些大机组的FCB、RB的理念植入。
2、DEH功能拓展和增强，具备机组甩负荷可以快速稳定的控制汽轮机转速。这里涉及到了DEH控制系统软件的优化，汽轮机油系统，调速系统，各方面的优化改造以适应孤岛运行要求。
3、冲击负荷自动平衡系统投用，再根据两台机组凝结水流量及温度来分配功率。若流量和温度不满足电极热水炉的正常运行要求，电子负荷控制系统需自动调节海水换热器调阀，满足电极热水炉热平衡的要求。
五、孤网运行良好可靠运行的验证过程
1、按照孤网运行设计要求进行改造和优化后的静态试验和参数预设。
2、汽轮机启动过程中调整转速控制PID参数使达到DEH设计控制精度。
3、机组正常运行一次调频投用后的试验和参数调整。
4、机组80%额定负荷下5%-50%不同负荷用电用户做负荷快速变动，根据一次调整和机组整体 的负荷响应能力进行参数调整和控制策略优化。
5、机组50%额定负荷下甩负荷孤网运行试验。
6、机组100%额定负荷下甩负荷孤网运行试验。
下面是某厂的孤网运行的试验过程仅供参考：
为了验证此孤网效果，必须模拟外电网失电的情况下，考察机组孤网稳定运行的情况。根据公司孤网运行解裂点的负荷情况分析，在一般情况下，在与外电网解裂时甩负荷不会超过额定负荷的50%，因此，按照甩50%负荷后，带装置厂用电的方案进行试验。试验步骤及结果如下：
第一步：控制精度试验
机组孤网稳态运行状态下，转速控制精度由原来的±3rpm降到±1.5rpm，达到了DEH控制系统设计要求。
第二步：一次调频特性试验
在机组孤网稳态运行状态下，低负荷时采用大负荷扰动方式，当机组电负荷4.6MW时，增开一台循环水泵，机组在瞬间增加600KW的情况下，汽机转速上下波动的最大幅度小于20r/min，且能迅速稳定，表明控制系统的一次调频能力较好。
第三步：实际验证外电网失电后机组的孤网运行能力。
2#汽轮发电机组带4#CFB锅炉厂用电及外网电负荷一共约30MW，机组转速控制平稳，转速波动低于±2r/min。通过操作电网装置将2#汽机所带外网负荷解列，只带锅炉厂用电负荷，瞬间2#汽轮发电机组的负荷从30MW下降至4.6MW，甩掉额定负荷的约50%，汽机转速最高升至3124r/min，远小于跳机转速3300 r/min。负荷跟踪和加速度控制策略起作用后，高调门关小后转速下降至2882r/min，再在一次调频的作用下，经过一次振荡就能迅速稳定至3000r/min转入正常运行。
六、孤网运行的注意事项
1、孤网运行时发电机的相关操作
单机孤网运行时可以采用零起升压或单侧无压两种方式送电;
网中有几台机组并列运行时，发电机的并列操作采用采用准同步法，即待并同步汽轮发电机与已运行发电机并列时，调节其电压、 频率及相位角，使待并发电机的电状态尽可能与对方(已运行发电机)一致，即完全合乎并联运行投入的条件时手动或自动合入发电机出口断路器。
2、孤网运行时厂用自备电源及用电设备的启动、停止操作
厂用自备电源。a.一般企业大都采用备用柴油发电机作为启动电 源或应急电源。b.就近和其他企业取得联系， 在应急情况下，由其他电源做为厂用自备电源。
用电设备的启动、停止操作。a.动力电源采用外用电时，用电设备的启动、停止操作不受限制;b.纯孤网运行时，大型用电设备应使用软起装置或变频器以降低启动电流，减少对发电机的影响。当设备采用直接启动方式时，根据经验其容量尽量不要高于机组额定容量的10%。 设备启动前应提前联系，以便锅炉、汽机、电气专业事先做好准备，适当提高汽轮机转速、手动调整励磁提高发电机出口电压后方能启动。 设备停运时亦应提前联系，以便于运行人员及时调整频率和电压，避免出现超速或超压现象，给企业生产带来不必要的经济损失。
3、孤网运行注意事项
当有几台发电机组并列运行时，要尽量使小容量机组抱持负荷稳定，让单机容量较大的机组担任调整任务。
启动、停止大容量用电设备要事先取得联系，做好准备，防止出现事故。
在孤网中担任调整任务的机组尽量采用手动控制，注意随时调整有功、无功，尽量稳定电压和频 率，建议使用自动调节装置。
孤网运行的稳定性差，随时都可能出现大量甩负荷现象，甚至出现外界全部停产的事故，所以应做好事故预想，搞好反事故演习。
采用孤网运行技术后，对运行人员的技术要求相对要高，机、电、炉人员配置上要默契。
要特别注意发电机的保护设置及定 值的整定，应能满足三相电流不平衡、 电压摆动大的要求。无论发电机是并网运行还是孤网运行，都要注意运行调整和监督。并网运行时需要注意原动机的运行情况，应防止原动机的损坏。孤网运行时主要关注频率的变化情况，应尽量避免频率忽高忽低，所以要密切关注并调节原动机转速，以保证供电的相对稳定。
通过对企业自备电厂孤网运行的概念、重要性、具备的条件、改造和优化的新技术及运行注意事项全面分析总结来看，中小企业的自备电厂实行电厂孤网运行优化改造是非常可行的，有利保障企业安全稳定经济运行。
参考文献：
[1] 罗作桢、刘康宁，关于孤网调频问题探讨 电厂自动化
[2] 王增伟 中国石化镇海炼化分公司机动处，石化企业自备发电机组孤网运行控制改造
[3] 李 俊 火电厂单机带孤网运行控制策略 中国电力
作者：尚庆祝 (邹平庆祝控制自动化有限公司)
