省中调根据电网运行情况,充分发挥网内发供电设备能力,按照各地用电水平,经过潮流稳定计算,制定电网低周减载方案,进行电力负荷平衡,分别编制日、月、年度运行方式计划,达到既合理使用电源,又确保电网安全、稳定运行的目的。
一、编制运行方式计划
编制运行方式计划主要有日运行方式计划、月度运行方式计划、年度运行方式计划3种。日运行方式计划主要编制内容是根据预测电网负荷,批复主设备检修申请,安排各电厂及电网出力调度计划,确定最大、最小开机方式,每日17时前编好次日运行方式,下达有关单位执行。月度运行方式计划主要编制内容是根据预测电网负荷、各电厂出力和设备情况,按月下达主要设备检修计划进度表。年度运行方式计划在1990年以前,编制内容仅是年度电网潮流、稳定计算报告,主要厂站高压母线短路容量、电力电量平衡等内容,其他涉及较少。1991年后,年度运行方式计划编制内容进一步完善,并装订成册,逐级上报。1992年,能源部颁发《编制电力系统年度运行方式的规定》,省、市两级调度机构编制年度运行方式计划工作逐步规范,编制内容包括:本年度运行情况分析总结;新(改)建项目投产日期及设备规范;生产、运行指标完成情况;典型事故的总结和分析;保安装置的落实情况和效果,运行中出现的问题;次年度新设备投产计划,电力电量平衡;网络结构及电网运行方式;潮流、稳定分析;无功、电压、调峰分析;主要母线短路容量;安全自动装置;存在的问题及建议等。编制年度运行方式计划,对执行电网发供电计划、设备检修计划,分析电网薄弱环节及确定反事故措施,加强电网建设和改造等,都起到重要作用。
“八五”时期,省中调提出并解决了电网结构和运行方面的若干重大问题。如1993年提出,在龙口电厂装设龙(口)招(远)线三相掉闸联切1台10万千瓦机组装置,使其暂稳极限由16万千瓦提高至20万千瓦,龙口电厂不再窝出力。1994年,将日照变电站负荷由临沂变电站供电,改为潍坊电厂供电,解决邹县电厂至夏庄220千伏线路潮流重的问题。1993—1996年,更换辛店电厂、位庄、贾庄、韩仓变电站开关,解决220千伏母线三相短路容量接近开关铭牌遮断容量问题。1998年,解决220千伏马(青)石(石横电厂)线开环,十里泉电厂甲站母线三相短路容量超过开关铭牌遮断容量的问题,使电网接线更加合理。同年,逐步建立年度运行方式逐级汇报制度。1999年,架设220千伏坊(潍坊)泉(河)线,解决日照电厂发电后,导致有关线路跳闸后其他线路负荷过重的问题。2002年,根据济宁、菏泽地区发电机组投产计划,加装邹县电厂第二台联变,解决窝出力问题。华德电厂3号机组改接至220千伏系统,解决该厂5号机组投产后的安全稳定问题。2003年,针对东部电网负荷需求增大,西电东送格局加重以及500千伏系统与220千伏系统电磁环网没有完全打开的情况,及时研究制定《电网东送安全问题及对策》。2004年,聊城电厂1号、2号组机等19台机组的PSS装置按要求投入运行;完成了潍坊电厂2号机组等10台机组励磁系统参数的现场试验,并开始了综合分析程序下的自定义建模及单机空载工况的仿真计算。2005年,山东电网通过500千伏辛聊Ⅰ、Ⅱ线与华北电网联网,结束了独立电网运行的历史;将聊城电厂2台600兆瓦机组由220千伏改接至500千伏系统,解决聊城地区电厂窝出力问题,同时,山东电网首次在潍坊地区使用远切负荷系统。
二、电网潮流和稳定计算
20世纪80年代,山东电网结构相对薄弱。按照220千伏联络线单相永久接地故障切除后系统稳定的控制标准,个别地区用电仍受系统稳定的限制。
1990年,为加强电网潮流和稳定计算分析工作,电网配置容量较大的Compaq微机,安装中国电力科学院的DOS版电力系统分析综合程序,并于1993年进行更新。通过计算分析和电网控制手段的增强,解决若干重大问题,电网的安全稳定运行水平明显提高。1991年,电网东截面220千伏位(庄)泉(河)线投产,大大缓解东截面的热稳定压力。1993年,220千伏潍(潍坊电厂)桃(村)线投运,威海电厂装机容量增加,解决了烟台、威海电网暂态稳定限制问题。特别是1995年邹淄线升压500千伏运行,山东电网形成500千伏三角环网,主网的安全稳定运行问题明显改善。
1996年,220千伏胶(州)高(密)线投运,青岛电网受暂态稳定限制问题得到解决(正常检修方式下,仍存在一定的热稳限制)。1998年底,500千伏邹县电厂—济南变电站—淄博变电站分布式安全稳定控制系统建成后,增强了邹县电厂和电网500千伏系统的安全稳定性。1999年,引进具备中文人机会话式功能的Windows版,微机运算速度加快,提高了工作效率。同年,烟台电网与主网实现双回路并网,烟威电网从主网受电按暂态稳定限制控制单线20万千瓦,双线40万千瓦。
2001年,省中调与哈尔滨工业大学开展山东电网低频振荡的研究。利用电力系统分析综合程序(简称PSASP)中的小干扰稳定计算模块对山东电网进行动态稳定计算分析,成为全国最早开展小干扰稳定分析的省级调度单位。2000—2002年,与南瑞公司联合研制的OPS-1紧急控制在线预决策系统,与邹县电厂、济南变电站、淄博变电站、菏泽电厂分步式安全稳定控制系统相结合,构成在线预决策安全稳定控制系统(简称OPCS)。2002年12月,opcs系统投入运行,成为当时国内第一套采用在线优化决策并投入运行的安全稳定控制系统,将山东电网的安全稳定控制提升到一个新水平。根据2001年国家经贸委颁布的《电力系统安全稳定导则》,山东电力集团公司修订《山东电网稳定规程》,并着手进行发电机励磁系统建模和参数测试工作,为电网小干扰稳定计算做好技术准备。
随着山东电网网架的日益加强,先进控制装置及继电保护装置的采用使切除故障的时间缩短。至2002年,主网的稳定水平有了明显提升,实现220千伏联络线三相短路永久故障切除后系统稳定,220千伏母线三相短路永久故障、500千伏线路三相短路故障,均可保持系统稳定。
2003年,针对山东电网东送能力受限问题,山东电力集团公司制定《电网东送安全问题及措施》,并陆续将500千伏系统CT变比调整为2500/1;2004年,山东电网500千伏系统CT变比全部调整完成,为山东电网实现分区供电创造了有利条件。
2004年,500千伏莱阳站输变电工程投产,提高了烟威电网的暂态稳定水平;500千伏泰山站、淄川站和川泰线投产,提高了淄博、莱芜电网安全稳定水平。
2005年,山东电网500千伏网架结构得到较大加强,500千伏与220千伏电磁环网逐步打开。500千伏益都站输变电工程投产,使电网东送通道的输电压力大大缓解。500千伏郓城站输变电工程投产,使菏泽电厂送出稳定水平得以提高。
三、一次网损管理
按照省电力局规定,全网损耗(分一次网损和地区供电线损)中的一次网损,由省中调负责统计和管理。1991年,省中调印发《关于加强一、二次线损“关口”表管理的通知》,明确一次网向地区网供电的关口电能表是一、二次网损的计量点,由省中调管辖。每月5日前,有关发电厂向省中调上报上月发电量、厂用电量,有关市调向省中调上报上月关口电能表起码、止码、表计倍率及电量。每月3日前,省中调审核前月关口电能表供电量并返市调,地区电网依此计算地区线损。
为确保各电厂上网电量的准确性,1997年,实施每月3日前有关发电厂向省中调上报上月高压厂变和高压备用厂变起止表码及电量,同时实施厂、站每日关口电量电传省中调的制度,加大核对力度,保证日、月关口电量的准确性。同年10月,山东电网电量自动计量系统(TMS)立项建设。
1998年前,一次网损率一直在1.86%2.43%之间波动。为对上网电量、网供电量实施在线监视,达到电量科学管理目的,1998年1月,引进瑞士电能自动计量系统,一次网损计量统计远动化出现新局面。3月起,对全系统一次网损关口电能计量装置进行普测和改造,更换高精度的瑞士进口表。1993年3月,开始将发电厂上网电量关口计量点移到主变高压侧(或出线),升压变损耗作为发电厂厂用电量进行统计,不再计入一次网损,一次网损率下降为1.52%。该系统1999年6月通过省科委组织的技术鉴定。
2000年7月,省中调第一次组织山东电网负荷实测,使用华中动力经济研究所编写的程序进行线损理论计算,使电量和一次网损计算更加准确。2001—2002年,青岛、烟台、威海电网相继纳入一次网损统计范围。一次网损统计元件的增加,使一次网损明显升高。2001年,一次网损率达1.89%。省中调在开展创一流活动中,加强电网经济调度,合理安排运行方式,制定并认真贯彻《500千伏变电站电容器组、低压电抗器组调度运行规定》。同年,500千伏蒙(沂蒙)照(日照)线、照(日照)崂(山)线、潍(潍坊)崂(崂山)线、日照站、崂山站相继投产,优化了网络结构,减轻了东送电220千伏线路的潮流。2002年,电压自动控制(AVC)在黄台、莱城等电厂成功运用,提高了电网电压运行水平。电网结构的优化和电网运行水平的提高,有效解决了一次网损升高的问题,山东电网一次网损由2001年的1.89%下降至1.73%。
2003年,500千伏崂山站3号主变投产后,青岛电网与主网间220千伏500千伏电磁环网开环运行,部分220千伏系统潮流强迫转移至500千伏系统,山东电网一次网损下降至1.65%。
2004—2005年,泰山站、淄川站、益都站、郓城站等500千伏输变电工程陆续投运,部分220千伏系统的潮流转移到500千伏系统。同时,AVC布点增加,无功潮流得到优化,从而改善了电压质量,降低了一次网损。
四、电网低频减载和安全自动装置
20世纪80年代末,高温高压机组逐渐增多,为防止电网在发生电源事故时频率急剧下降而导致事故扩大,低频减载方案最先动作的频率由48赫兹提高至49赫兹,级差由0.5赫兹改为0.25赫兹,并全部更换为数字式SZH低频减载继电器。1993—1998年,最先动作的频率由49赫兹提高到49.1赫兹,级差由0.25赫兹改为0.2赫兹,动作时间由0.5秒改为0.3秒,进一步强化山东电网安全运行的重要通道。
20世纪90年代,山东电网安全稳定控制的措施和装置得到很大改进。1991年,电网投运开关跳闸联切负荷、联切发电机装置,开关过流联切负荷、联切发电机装置以及电网振荡解列等安全自动装置增至28套,成为强化保证电网安全的第二道防线。1994年,山东省电力试验研究所合作研究制定黄岛电厂3号、4号机组动态稳定控制方案,方案实施后实现山东电网小干扰动态稳定控制的突破。1995年12月21日,220千伏凤(林)文(登)线掉闸,威海电厂小电流闭锁高频率切机装置正确动作,有效防止了威海电厂高频率和可能造成的事故扩大。
1997年,针对烟台电网与主网解列后的频率稳定问题,在220千伏掖县变电站装设潍掖线掉闸联切负荷装置,首次采用频率闭锁原理,减少了频繁操作,提高了安全性。
1998年,为实现山东电网南部500千伏与220千伏系统开环运行,分别在临沂电网的220千伏相公、沈泉变电站和日照电网的日照变电站,装设用于输电设备潮流热稳定控制的UFV-2I型联切装置,在500千伏潍坊变电站装设UFV-2F振荡解列装置,电网安全自动装置开始向多功能、智能化过渡。
1998年,邹县电厂装机容量达到240万千瓦,而500千伏系统只有邹淄线、邹济线两回出线。为解决邹县电厂出线故障时存在的暂态稳定问题,在邹县电厂和500千伏济南、淄博变电站装设了分布式安全稳定控制系统(FWK)。该系统既可适应单个厂站的就地控制,又能构成多个厂站的区域稳定控制系统,满足电网安全稳定控制的需要。1999年,电网安全自动装置增至55套,并经历从晶体管器件型、集成电路型到微机智能型的更新换代,提高了装置质量。
2001年,500千伏在线预决策安全稳定控制系统(OPCS)投信号建成运行,烟威电网安全稳定控制系统投运,拆除继电器型安全自动装置8套,提高烟威电网电力送出能力8万千瓦,电网运行更加灵活,烟威电网安全自动装置完全实现微机化。编制的低压自动切负荷方案,共分两轮,切除比为15.41%。2002年,OPCS正式投入运行,优化了500千伏系统安全稳定控制策略。
2003年,针对山东电网东送截面问题,青岛、潍坊电网低压自动减负荷切除比分别增加至35%、30%;针对青岛电网受电问题,青岛电网低频自动减负荷方案的切负荷量增加至1000兆瓦。为提高安全自动装置运行管理水平,山东电力集团公司组织开展供电企业安全自动装置自查和发电企业安全自动装置互查工作。
2004年,确定山东电网经500千伏辛聊双线与华北电网的联网方式,山东电网共19台机组的PSS装置按要求投入运行,山东电网与华北事故方式下解列由并网线的低频低压解列装置完成。
经过多年努力,山东电网已经形成就地紧急控制装置和区域电网稳定控制装置相互协调的第二道防线,失步解列、低频低压自动减负荷、高频切机等组成的第三道防线。截至2005年底,山东220千伏以上电网共配置安全自动装置84套,24个电厂配置了切机装置,32台300兆瓦以上机组的PSS投入运行,安全稳定控制系统最大切机容量达到2400兆瓦。
五、负荷与出力
20世纪90年代前期,山东电力供应比较紧张,电网存在被迫拉路限电情况。1991年,电网总装机容量682.75万千瓦,而电网最大负荷达到656.9万千瓦,电网备用容量不足。随着电网发电容量的不断增长,电力供需紧张状态逐步缓解。1995年7月,烟台电业局在全国电力系统率先对社会作出“限电不拉路”的承诺,但1996年全网高峰时拉路限电仍达到数万条次。
1996—1997年,山东电网通过连续实施“163电力工程”和“165电力工程”,投产新机组350万千瓦。至1997年末,电网装机容量达到1336万千瓦,电网最大负荷1074万千瓦。
1997年下半年,全省电力供需暂时出现平衡局面。各市(地)按负荷和电量限额控制的计划用电管理办法逐步取消,开始采取各地调度机构根据电网实际运行状况最大限度地满足用电需求的管理措施。省电力局不再下达用电指标,改为负责编制次日24点负荷预测用电计划,由调度中心按照负荷预测制订各厂发电机组发电计划。当发生事故或其他原因发电厂出力降低造成电网出力不足时,省中调按照批准的限电方案分配地区临时用电限额。
随着社会用电需求的增长和科技水平的提高,20世纪90年代起,各发电企业积极进行汽轮机通流部分改造和发电机增容等技术改造,增加机组可调出力及调峰能力,这不仅提高了发电机组的经济效益(机组出力增加幅度一般为额定容量的5%10%),也缓解了日益加剧的调峰压力。由于电网的峰谷差越来越大,为适应电网发展的需要,减少机组的启停调峰次数,发电企业通过技术改造做好锅炉最低稳燃负荷的有关工作,确定燃用不同煤种的锅炉最低稳燃负荷为:燃用烟煤机组,核定其最低稳燃负荷为额定容量的50%;燃用贫煤机组,核定其最低稳燃负荷为额定容量的55%;燃用无烟煤机组,核定其最低稳燃负荷为额定容量的60%;燃油机组,核定其最低稳燃负荷为额定容量的40%。
2000年,山东电网统调装机容量发展到1588.1万千瓦,电网最大负荷1302万千瓦。从年初开始,省中调负责山东电网日统调负荷预测管理,制定节假日负荷预测方案,制订次日48点负荷曲线并统计负荷预测准确率,发电计划的编制也由于发电侧电力支持系统的投入使用,由过去的单一开停调峰和电力平衡,转变为发电计划曲线,确保发电计划和负荷预测紧密结合。同时负责向国家电力调度中心(简称国调)汇报负荷预测情况,接受国调考核。
2002年底,全省各市调开始进行负荷预测工作,省中调负责了解各地负荷构成情况,接收各市调的负荷预测并制定相关的考核办法。同年,山东电网统调装机总容量1936.1万千瓦,电网最大负荷1621.4万千瓦。
2003年,省中调拟订《山东电网统调机组运行考核暂行办法》,由省经贸委下发执行。通过加强对发电企业的考核,各发电企业在设备运行管理上加强组织措施和技术措施,提高了对机组非计划停运和发电曲线执行情况的重视程度以及投运AGC机组的积极性。
2004年,煤炭供应紧张,影响了发电企业电量计划的完成,省中调在保证电网安全运行的前提下,以完成发电计划为控制目标,精心安排日计划和开停方式,及时调整检修计划,各厂发电量基本同步完成。经修订后省中调重新印发《山东电网短期负荷预测管理考核办法》,召开短期负荷预测座谈会,加强对小火电、大用户和县级供电单位的管理,提高负荷预测技术水平,当年日负荷预测准确率97.86%,日最高(低)负荷预测准确率98.5%,创历史最高水平。
2005年,电力供需较为紧张,电网统调负荷屡创新高。山东电网充分利用联网优势,争取外网支援,尽最大努力保证山东电网电力需求。8月中旬,多次得到华北电网的支援,8月12日晚高峰,辛聊双线向山东电网送电最高达到84万千瓦,支援电量2831.3万千瓦·时。同时,为保证电网的安全、稳定运行,合理安排发电机组的运行、检修和可调出力,保证向社会提供合格电能。根据有关规程和规定,山东电网对备用容量也进一步规范。
1991—2005年山东电网统调装机容量、最大负荷、发电量统计表
表5-1
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┃ 年份 │ 装机容量(万千瓦) │ 最大负荷(万千瓦) │ 发电量(亿千瓦·时) ┃
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┃ 1991 │ 702.75 │ 656.9 │ 396.4 ┃
┠───────┼─────────────┼─────────────┼────────────────┨
┃ 1992 │ 768.86 │ 711.2 │ 466.2 ┃
┠───────┼─────────────┼─────────────┼────────────────┨
┃ 1993 │ 854.9 │ 794.2 │ 510.7 ┃
┠───────┼─────────────┼─────────────┼────────────────┨
┃ 1994 │ 965.63 │ 837.1 │ 577.7 ┃
┠───────┼─────────────┼─────────────┼────────────────┨
┃ 1995 │ 1031.2 │ 881.2 │ 637.6 ┃
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┃ 1996 │ 1144.4 │ 983.3 │ 669.0 ┃
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┃ 1997 │ 1336.0 │ 1074.0 │ 686.0 ┃
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┃ 1998 │ 1482.7 │ 1126.6 │ 690.4 ┃
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┃ 1999 │ 1540.7 │ 1254.8 │ 758.1 ┃
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┃ 2000 │ 1588.1 │ 1302.0 │ 836.1 ┃
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┃ 2001 │ 1656.1 │ 1386.6 │ 897.0 ┃
┠───────┼─────────────┼─────────────┼────────────────┨
┃ 2002 │ 1936.1 │ 1621.4 │ 986.6 ┃
┠───────┼─────────────┼─────────────┼────────────────┨
┃ 2003 │ 2397.3 │ 1760.1 │ 1054.7 ┃
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┃ 2004 │ 2575.7 │ 1992.5 │ 1218.7 ┃
┠───────┼─────────────┼─────────────┼────────────────┨
┃ 2005 │ 2741.3 │ 2450.3 │ 1386.6 ┃
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六、新设备并网
1991—1998年,山东电力调度规程规定,新设备(发电机组、变电站、线路)并网前,有关单位必须在投运前3个月,向调度中心报送投运设备的技术规范、图纸、试运计划及措施等资料。由省中调认定答复设备命名、编号、主变分头位置、保护定值等事项,进行系统潮流、稳定计算,拟定安全措施。对大型发电机组启动和主要变电站、线路送电均派员参加,协调调度工作,为新设备试运行创造条件,保证按期投产。
1998年,省中调运行方式科设立新设备投产专工,编制《山东电网新设备投产管理办法》。2002年,在调度生产管理系统内配套编制了新设备投产预告栏和新设备启动方案审批流转程序,理顺省中调内部各专业科室职责分工,增加工作透明度,提高了工作效率。
2003年,为确保新设备安全接入系统,省中调认真编写、审核新设备启动措施,保证了20台新建发电机组以及大量新建220千伏以上输变电设备的顺利启动和安全接入系统。
2004年,山东电网基建速度加快,特别是500千伏新设备投产项目较多,当年新增500千伏变压器8台,变电容量6000兆伏安。
2005年,山东电网实施电网建设“双过千”工程(即投产220千伏以上变电容量突破1000万千伏·安,投产线路长度突破1000千米),省中调对电网过渡方式进行计算分析,制定电网安全措施,修改EMS系统各类画面近400幅,保证了新建设备安全接入系统。