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第二节 电能质量

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一、频率
山东电网主要由火电机组构成,调频、调峰难度较大。1986年初,山东电网容量超过300万千瓦,频率考核由以前的50±0.5赫兹提高至50±0.2赫兹,进一步加大了电网调频、调峰难度。通过采取发电厂机组两班制运行、增大运行机组的调整幅度以及采取确保电网频率正常的管理办法和措施,山东电网频率合格率稳步上升。1988年,省中调实现微机灯光模拟盘,调度员可以很方便地从模拟盘和计算机中监视和观察到电网频率、各发电厂出力情况,为电网频率及时、准确调整提供了良好的技术保障,提高了电网调度自动化水平。1989年,能源部颁发《关于加强电力系统管理的若干规定》,进一步明确了频率管理责任。省中调根据规定要求制定了负荷控制奖惩办法,提高频率管理水平。20世纪80年代后期,电网频率合格率提高至99.61%,在全国电网中处于前列。1990年,电网实行峰、谷、平段分段电量考核,促使供电单位努力削峰填谷,提高负荷率,电网频率按50±0.2赫兹考核标准,合格率达到99.66%。

图5-1 1999年,山东电力调度中心通过国家电力公司验收,成为全国首家一流电网调度机构

1991年,为进一步提高电网的频率质量,省中调认真执行《发电厂在线运行考核办法》和《发电厂出力管理考核办法》,提高从事调峰工作和值班人员的积极性,进一步鼓励和开展调峰技术的试验研究与设备改造,扩大发电机组的调峰能力,加强按调度命令接带负荷的管理,电网频率合格率提高至99.77%。1993年,电网实时运行的经济调度系统(简称EDC)投入运行,发电厂按EDC指令接带负荷,一改过去由调度员打电话增减发电出力进行调频,变为发电厂值班人员根据EDC显示的负荷数调整出力,把电网经济调度与调频结合起来,既减轻了调度人员的调频工作量,又提高了调频速度和质量。
1996年,电网用电紧张情况开始缓解,用电高峰时段也减少了拉路限电次数,但电网峰谷差由过去的156万千瓦增至271万千瓦,而且呈进一步扩大的趋势。电网的调频、调峰矛盾日益尖锐,困难越来越大。同年3月,省中调制定《山东电网调频奖励考核办法》,进一步调动调度人员的调频积极性,加强调频、调峰工作,电网频率合格率进一步提高。当年电网频率合格率达到99.96%。
1997年,省中调制定《发电厂调峰考核办法》。1999年4月,省中调制定《山东电网调频奖励考核办法补充规定》,将电网频率正常控制标准由50±0.2赫兹提高至50±0.1赫兹,并将调度运行人员调频工作的质量直接与调频奖励挂钩,强调在保证电网频率合格率方面,各级运行人员与省中调调度员负有同等责任,加大各级调度人员的责任,共保电网频率合格率。同时,在电网峰谷差进一步增至442.7万千瓦的情况下,为满足调频、调峰需要,进一步扩大两班制运行机组数量及发电机组本身的调峰能力,加大发电厂自动发电控制(简称AGC)的工作力度,使电网AGC的机组由只有石横电厂2台30万千瓦机组,增加至全网的15台30万千瓦机组、2台60万千瓦机组,总容量570万千瓦,占全网装机容量的37%。由于措施得力、工作细致,山东电网频率合格率一直稳中有升,至1999年底,频率合格率达99.998%,超过一流电网调度机构指标99.900%的标准,在全国保持较好水平。此后,山东电网频率合格率始终保持在99.992%以上,为实现创一流电网调度机构打下基础。
2000年,山东电网全面开展发电机组一次调频工作,明确要求网内运行的发电机组必须具备一次调频功能。2001年,《山东电网调度规程》规定:运行中的12.5万千瓦以上机组,原则上都应具备AGC功能,20万千瓦以上机组和新投产的10万千瓦以上机组也必须具备AGC功能。上述措施和规定,提高了电网调频的时效性和合格率,并由人工调频过渡到自动调频的新阶段。2002年,山东电网的频率合格率达到99.994%。
2003年,省中调加强对发电企业的考核。各发电企业在设备运行管理上采取组织措施和技术措施,提高对机组非计划停运和发电曲线执行情况的重视程度和投运AGC机组的积极性,对保证电网频率合格率发挥了很好的作用。2004年,统调最大负荷19925兆瓦,同时负荷峰谷差进一步加大,负荷低谷时段运行机组最低技术出力与电网最低负荷大致相等,部分电厂采用深度调峰手段,以满足电网低谷负荷的需要,省中调配合省经贸委修订《统调机组运行考核暂行办法》,重新印发《山东电网短期负荷预测管理考核办法》,加强对统调公用电厂的管理,进一步提高负荷预测技术水平。
2005年3月1日,山东电网通过500千伏辛聊I、Ⅱ线与华北电网联网,大大增强了电网对冲击性负荷或负荷波动的承受能力。联网后,山东电网由先前的负责调频转变为调整频率及联络线偏差,山东电网频率管理进入新的阶段。针对调整策略的变化,省中调制定《山东电网并入华北主网运行控制规定》,对保证频率及联络线偏差控制A1、A2考核合格率提出具体要求,同时进一步优化发电机组的AGC调节性能,保证了联网后电网的平稳运行。当年,山东电网的频率合格率达到100%,A1、A2合格率在华北电网保持较高水平。

1986—2005年山东电网频率合格率一览表
表5-2
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┃ 年份 │ 合格率(%) │ 年份 │ 合格率(%) ┃
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┃ 1986 │ 99.53 │ 1996 │ 99.96 ┃
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┃ 1987 │ 99.64 │ 1997 │ 99.97 ┃
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┃ 1988 │ 99.61 │ 1998 │ 99.98 ┃
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┃ 1999 │ 99.71 │ 1999 │ 99.998 ┃
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┃ 1990 │ 99.73 │ 2000 │ 99.996 ┃
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┃ 1991 │ 99.77 │ 2001 │ 99.992 ┃
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┃ 1992 │ 99.82 │ 2002 │ 99.994 ┃
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┃ 1993 │ 99.76 │ 2003 │ 99.997 ┃
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┃ 1994 │ 99.71 │ 2004 │ 99.994 ┃
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┃ 1995 │ 99.79 │ 2005 │ 100 ┃
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二、电压
20世纪80年代,山东电网在严重缺电的情况下,工作重点是增加装机容量,电网无功补偿容量不足,缺乏足够的调压手段。
1986—1987年,为增加电网调压手段,十里泉电厂2号机组、黄台电厂5号机组先后进行进相运行试验,青岛局黄埠岭站、济南局南郊站、肥城站、济宁局小马青站调相机进行欠励磁运行试验,扩大了发电机、调相机无功调整能力,增加了电网调压手段。1989年,制定《山东电力系统电压和无功电力管理条例》,对发电厂实施无功调整合格率进行考核,对电业局实施补偿电容器可投入率、投入率考核,进一步规范了发电厂、电业局、用户的电压和无功的管理工作。20世纪80年代末,开始建设500千伏电压等级系统,电网结构明显加强,电网有了电压支撑,电压质量获得一定程度的提高,至1990年,电压合格率提高至99.61%。
1991年,山东电网内的调相机、各类电容器的无功补偿容量仅276.3万千乏,电网220千伏以上电压监视中枢点电压合格率99.63%。针对电网无功补偿容量不足的问题,值班调度人员发挥电网已有无功电源的作用进行电压调整,在高峰负荷到来之前将系统电压提高至上限运行,防止高峰负荷时电压的过分下降。在局部地区、个别地点电压较低而又无其他调整手段时,值班调度人员采取把低电压地区的负荷调至高电压地区,达到提高电压的目的,甚至在低电压地区进行限电,以保证电压质量。另外,线路停送电时正确选择解环点和充电侧,防止因运行方式变化而引起电压大的波动。但在电网结构逐步加强、供需矛盾逐步缓解的情况下,电网个别地区电压高的矛盾又日渐突出。为增加电网调压手段,1991年8月和1992年11月,电网先后安排黄岛电厂3号机组(21万千瓦)、龙口电厂3号机组(20万千瓦)进行进相运行试验,使1992年山东电网220千伏以上电压监视中枢点电压合格率达到99.66%,比1991年的99.63%略有提高。至1995年,电压合格率提高到99.76%。
1997年,省中调下发《关于加强无功电压调整,确保电压质量的通知》《关于进一步加强调压工作的通知》等文件,要求发电机功率因数至少提至0.98,20万千瓦以下容量的机组功率因数提到1乃至进相0.98,对提高电压质量均取得一定效果,电压合格率提高到99.81%。1999年,威海电厂3号、4号机组,潍坊电厂2号机组,十里泉电厂6号机组4台30万千瓦机组开展进相运行试验,进一步扩大发电机调压能力。2000年7月,制定《山东电网发电厂无功电压考核办法》和《山东电网发电机高功率因数和进相运行规定》,加强对电压调整的考核。当年,电压合格率99.64%。
2002年,山东电网适应创建国际一流电网调度机构的要求,开始装设电网无功电压自动控制装置(AVC),第一批装设的电厂有莱城、菏泽电厂,500千伏淄潍线潍坊站侧高抗正常退出运行,电网无功补偿容量达到1167.9万千瓦。
随着电网网架的加强和无功补偿容量的逐步增加,2002年,电网中枢点电压合格率达到99.63%,超过全国一流电网调度机构99%的电压合格率标准。
2003年,电网结构进一步加强,胜利油田电厂300兆瓦机组投产,改变了东营电网从系统大量受电的局面,滨州地区和东营地区的电压质量得到改善。针对节假日期间系统负荷很低时电压偏高的问题,合理安排高电压地区的电厂发电,采取进相运行或停机备用方式调整地区电压。2004年,电网无功补偿容量达到1373.76万千瓦,同时电网无功电压自动控制装置(AVC)主站系统投入运行,起到了优化无功潮流、改善电压质量的重要作用。在电压管理方面,电网负荷较高时期,尽量保证东部地区调压能力强的大机组运行,同时保证电容器和电抗器的及时投入和退出。在负荷低、电网易出现电压高的时期,无功富余地区及时投入电抗器,发电厂及时采取高功率因数运行,必要时机组采取进相运行。当年,电压合格率99.64%。
2005年,山东电网500千伏系统无功补偿充裕,无功补偿度为1.2,正常淄潍线潍坊侧高抗和崂山站低抗退出运行,无功补偿度仍为1.08。在负荷较高时段,220千伏系统首次在全网范围出现无功电力盈余。同时,随着电网结构的变化,尤其是500千伏电网主网架的加强,总体电压状况得到进一步改善。省中调加强无功电压管理工作,每月定期对各发电厂电压合格率进行监督、统计分析并提出控制要求,及时调整发电厂电压监视点目标电压曲线和发电厂、变电站电压监视点电压允许偏差范围。

1986—2005年山东电网无功补偿设备情况表
表5-3 单位:万千伏
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┃ 年份 │ 调相机 │ 电力电容器 │ 用户电容器 │ 并联电抗器 │ 其他 │ 合计 ┃
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┃ 1986 │ 3.12 │ 13.64 │ 80.46 │ 127 │ │ 98.49 ┃
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┃ 1987 │ 3.56 │ 24.58 │ 100.32 │ 2.51 │ │ 130.97 ┃
┠───────┼──────┼───────┼───────┼───────┼───────┼─────┨
┃ 1988 │ 5.23 │ 34.59 │ 127.21 │ 3.64 │ │ 170.67 ┃
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┃ 1989 │ 9.19 │ 56.74 │ 136.87 │ 4.64 │ │ 207.44 ┃
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┃ 1990 │ 12.34 │ 69.91 │ 159.64 │ 6.4 │ │ 28.43 ┃
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┃ 1991 │ 16.17 │ 83.66 │ 176.54 │ 7.23 │ │ 283.3 ┃
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┃ 1992 │ 14.26 │ 94.55 │ 193.34 │ 8.0 │ │ 310.95 ┃
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┃ 1993 │ 11.70 │ 102.29 │ 219.95 │ 9.00 │ │ 342.94 ┃
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┃ 1994 │ 5.0 │ 114.95 │ 267.35 │ 9.00 │ │ 396.5 ┃
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┃ 1995 │ 5.90 │ 137.49 │ 290.87 │ 9.00 │ │ 443.26 ┃
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┃ 1996 │ 5.90 │ 162.31 │ 305.22 │ 45.17 │ 7.62 │ 526.22 ┃
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┃ 1997 │ 5.90 │ 234.07 │ 308.51 │ 45.00 │ 7.62 │ 601.10 ┃
┠───────┼──────┼───────┼───────┼───────┼───────┼─────┨
┃ 1998 │ 0.4 │ 283.47 │ 304.42 │ 56.90 │ │ 645.13 ┃
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┃ 1999 │ 0.8 │ 368.40 │ 313.03 │ 56.90 │ 13.99 │ 752.60 ┃
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┃ 2000 │ 1.2 │ 417.4 │ 339.2 │ 58.19 │ 2.8 │ 818.55 ┃
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┃ 2001 │ 0.31 │ 452.63 │ 396.65 │ 106.42 │ 1.99 │ 958 ┃
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┃ 2002 │ 2.9 │ 565.43 │ 398.03 │ 201.46 │ │ 1167.91 ┃
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┃ 2003 │ 0 │ 308.09 │ 427.61 │ 297.22 │ │ 1032.92 ┃
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┃ 2004 │ 0 │ 343.43 │ 459.64 │ 234.00 │ │ 1037.07 ┃
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┃ 2005 │ 0 │ 428.42 │ 487.46 │ 399.00 │ │ 1314.88 ┃
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1986—2005年山东电网220千伏以上电压监视中枢点电压合格率一览表
表5-4
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┃ 年份 │ 合格率(%) │ 年份 │ 合格率(%) ┃
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┃ 1986 │ 99.56 │ 1996 │ 99.78 ┃
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┃ 1987 │ 99.52 │ 1997 │ 99.81 ┃
┠────────┼─────────────────┼────────┼────────────────┨
┃ 1988 │ 99.58 │ 1998 │ 99.59 ┃
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┃ 1989 │ 99.60 │ 1999 │ 99.59 ┃
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┃ 1990 │ 99.61 │ 2000 │ 99.64 ┃
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┃ 1991 │ 99.63 │ 2001 │ 99.62 ┃
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┃ 1992 │ 99.66 │ 2002 │ 99.63 ┃
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┃ 1993 │ 99.68 │ 2003 │ 99.64 ┃
┠────────┼─────────────────┼────────┼────────────────┨
┃ 1994 │ 99.72 │ 2004 │ 99.66 ┃
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┃ 1995 │ 99.76 │ 2005 │ 99.85 ┃
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