發電機併網與孤網運行

公用電廠和企業自備電廠的發電機正常運行方式分為併網運行和孤網運行兩種方式。兩種運行方式的運行技術特點不同，而且差異較大。儘管大多數發電機都是併網運行方式，因為發電機併網運行相對於孤網（島）運行會更加穩定，但隨著企業自備電廠的增多，為了提高企業自身的供電可靠性和節約用電成本，國內已有一些企業採用了孤網運行方式，或在公用電網中斷供電後進入孤網運行方式，以保證企業生產的可靠性和連續性，免受工廠因停電造成的巨大經濟損失，甚至釀成安全事故。

一、發電機的併網運行：

1. 併網的定義

發電機組併網運行是指發電機組與外部常規電網連接並聯運行，可以用電纜直接連接或經過升壓變壓器連接。併網運行可分為「普通併網」和「併網不上網」兩種。

1）普通併網運行的發電機組可以向外部電網輸送多餘的電能功率；

2）併網不上網的機組則嚴格禁止發電機組的電能功率外送，即只能是從外部電網用電，因此，發電系統的「併網不上網」是指發電系統雖然與外部常規電網併網但其所發電量由企業全部自用，即所發電能並不傳輸到外部電網使用。

2. 發電機並列條件

發電系統的汽輪發電機一般選用的是同步發電機，同步發電機要投入電網併網運行。必須滿足以下幾個條件：

1）發電機的電壓應與電網系統的電壓大小接近一致，誤差不超過±5%；

2）發電機的頻率應和電網系統的頻率接近一致，誤差不超過±0.2Hz，以發電機頻率稍高於電網頻率為好；

3）發電機的相位應和電網系統的相位接近一致，相位差不超過±10°。

4）發電機的相序和電網系統的相序必須一致。

3. 併網的方法

併網的方法有兩種，一種稱為準同期法，另一種稱為自同期法。目前，廣泛採用技術先進、安全可靠、精度高的現代同步指示裝置和自動化並聯裝置實現准同期法併網。所謂准同期法是指同步汽輪發電機與外部電網併網時，調節其電壓、頻率及相位角，使待並發電機的電壓、頻率及相位角儘可能與外部電網一致，達到並聯運行投入的條件，減少系統震蕩。

4. 併網運行的技術特點

併網運行的發電機組採用負荷控制，並根據電網調度的指令進行負荷調整。發動機單機運行時電壓和頻率會隨負載變化而有較大變化，併網後負載變化只引起電壓較小變化頻率不變，因為一旦併網系統就會強制發動機同步。頻率的調整方式是靠汽輪機的伺服機構改變進氣量來實現的，汽（柴）油機同理是改變油門。

併網發電機的特點：發電機併網後頻率要盡量與系統一樣，但電壓要略高一些，否則併網後會出現逆功率現象（即電網向發電機送電）。一旦併網後，發電機帶上負載，原動機會因負載加重而使轉速呈下降趨勢。因此，發電機併網前要使發電機的頻率要比系統略高一些。

二、發電機的孤網運行

1. 孤網的定義

孤網是孤立電網的簡稱，一般泛指脫離大電網的小容量的電網。最大單機容量小於電網總容量的8％的電網，可以稱為大電網。目前我國各大地區電網的機網容量比已經小於8％，可以看作無限大電網。相比之下，機網容量比大於8％的電網，統稱為小網；孤立運行的小網，稱為孤網，孤網可以分為下列幾種情況。

1）中有幾台並列運行，單機與電網容量比超過8％，稱為小網。

2）中只有一台機組供電，稱為單機帶負荷。

3）甩負荷帶廠用電，稱為孤島運行工況，是單機帶負荷的一種特例。

2. 孤網的分類

1）系統有幾台機組並列運行形成小網，不與外部電網連接；

2）系統只有一台機組供電的單機帶負荷方式；

3）併網運行的發電機組與外部電網解列，甩負荷後單帶廠用電，但企業自備電廠發電機組要考慮孤網運行後能夠帶工廠全部負荷或部分重要負荷， 以保障工廠不停車。

3.孤網運行的特點

1）發電機組的總容量略大於或等於企業用電量，或當發電機組的總容量小於企業用電量，通過低周減載切負荷後可以實現孤網運行。

2）發電機組由負荷控制轉變為頻率控制，要求汽輪機的調速系統具有符合要求的靜態特性、良好的穩定性和動態響應特性，以保證在外界負荷變化的情況下自動保持頻率的相對穩定。負荷調整不再是運行人員關注的主要問題，主要任務是調整孤網頻率，即維持發電機轉速在3000r/min附近。

4. 孤網運行對汽輪機調速系統的要求

為適應孤網運行要求，汽輪機的調速系統應具有下列特性：

1）調速系統應採用有差調節，各機組調速系統應有相同的不等率，通常取為4.5%～5%，以適應負荷分配的需要。

2）對於單機帶負荷機組，需採取措施使之具備手動或自動的調頻功能。

3）一次調頻的範圍應涵蓋油動機全行程。

4）要求機組的調速系統具有更高的靈敏度，更小的遲緩率和更快的動態響應。

5. 孤網運行時保證系統電能質量的措施

孤網運行時，應使電壓、電壓偏差、頻率偏差、三相不平衡度、功率因數等指標符合國家標準，因此要採取相應的措施。

1）為了提高汽輪機組調節品質，減小頻率偏差，建議汽輪機調節使用使用技術日趨成熟的數字電液調節系統，如DEH系統。

2）為了保證系統電壓及電壓偏差，發電機勵磁調節系統採用微機靜止勵磁調節裝置，以便實現自動或手動控制。

6. 孤網運行時發電機的相關操作

1）單機孤網運行時可以採用零起升壓或單側無壓兩種方式送電；

2）網中有幾台機組並列運行時，發電機的並列操作採用採用准同步法，即

待並同步汽輪發電機與已運行發電機並列時，調節其電壓、頻率及相位角，使待並發電機的電狀態儘可能與對方（已運行發電機）一致，即完全合乎並聯運行投入的條件時手動或自動合入發電機出口斷路器。

7. 孤網運行時廠用自備電源及用電設備的啟動、停止操作

1） 廠用自備電源： 一般企業大都採用備用柴油發電機作為啟動電源或應急電源，或就近和其他企業取得聯繫，在應急情況下，由其它電源做為廠用自備電源。

2）用電設備的啟動、停止操作。動力電源採用外用電時，用電設備的啟動、停止操作不受限制； 純孤網運行時，大型用電設備應使用軟起裝置或變頻器以降低啟動電流，減少對發電機的影響。當設備採用直接啟動方式時，根據經驗其容量盡量不要高於機組額定容量的10%。設備啟動前應提前聯繫，以便鍋爐、汽機、電氣專業事先做好準備，適當提高汽輪機轉速、手動調整勵磁提高發電機出口電壓後方能啟動。設備停運時亦應提前聯繫，以便於運行人員及時調整頻率和電壓，避免出現超速或超壓現象，給企業生產帶來不必要的經濟損失。

8. 孤網運行注意事項

1）當有幾台發電機組並列運行時，要盡量使小容量機組保持負荷穩定，讓單機容量較大的機組擔任調整任務。

2）啟動、停止大容量用電設備要事先取得聯繫，做好準備，防止出現事故。

3）在孤網中擔任調整任務的機組盡量採用手動控制，注意隨時調整有功、無功，盡量穩定電壓和頻率，建議使用自動調節裝置。

4）孤網運行的穩定性差，隨時都可能出現大量甩負荷現象，甚至出現外界全部停產的事故，所以應做好事故預想，搞好反事故演習。

5）採用孤網運行方式，對運行人員的要求相對要高，機、電、爐人員配置上要非常協調和默契。

6）要特別注意發電機的保護設置及定值的整定，應能滿足三相電流不平衡、電壓擺動大的要求。

三、總結

無論發電機是併網運行還是孤網運行，都要注意運行調整和監視控制。併網運行時需要注意原動機的運行情況，應防止原動機的損壞。孤網運行時主要關注頻率的變化情況，應盡量避免頻率忽高忽低，所以要密切關注並調節原動機轉速，同時也要關注電壓調節（即可通過調節勵磁電流），以保證供電系統的相對穩定。孤網運行特別適用於大型工業企業，不僅可以提高企業供電的可靠性，同時也為企業降低了用電成本，在大型鋼鐵企業、石化企業里都有一些實際應用。

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