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【运维之道】发电机组并网初期规定最低负荷的原因
2025-01-2218

一、引言
发电机组从单机运行状态过渡到与电网并列运行，并网初期是一个关键阶段。在这一时期，规定最低负荷有着多方面的重要意义，涉及到电力系统的稳定性、发电机组自身的安全以及设备的性能优化等。
二、维持电力系统稳定运行
（一）频率稳定
1. 电力系统的频率与有功功率平衡密切相关。当发电机组并网初期，如果负荷过低，可能无法为系统提供足够的有功功率支持。在电网中，负荷时刻处于动态变化中，若新并网机组不能及时补充功率，可能导致系统频率下降。例如，当系统负荷突然增加，而并网初期机组因负荷过低无法快速响应时，频率会迅速降低，影响其他用电设备的正常运行。
2. 规定最低负荷，能使新并网机组为系统提供一定的有功功率支撑，有助于维持系统频率在额定范围内。一般来说，电力系统的额定频率为50Hz或60Hz，新机组以最低负荷运行，可有效防止因功率缺额引发的频率大幅波动，保障整个电网的频率稳定性。
（二）电压稳定
1. 发电机组不仅输出有功功率，还对无功功率进行调节，进而影响系统电压。在并网初期，若机组负荷过低，其无功调节能力受限。因为发电机的无功功率输出与励磁电流相关，负荷过低时，励磁电流调整范围小，无法有效维持机端电压和系统电压稳定。
2. 规定最低负荷可使发电机处于合适的运行工况，有足够的励磁调节裕度来维持电压稳定。例如，当电网中感性负荷增加，导致电压下降时，处于最低负荷运行的机组能够通过调节励磁电流增加无功输出，提高电压，确保电网电压稳定在允许范围内。
三、保障发电机组自身安全
（一）防止逆功率运行
1. 逆功率运行是指发电机变为电动机运行状态，从电网吸收有功功率。在并网初期，若机组负荷过低，且调速系统或保护装置出现异常时，容易发生逆功率现象。例如，调速器卡涩导致气门关闭，而机组仍与电网相连，就会出现逆功率。
2. 逆功率运行对发电机危害较大。一方面，发电机变为电动机运行时，其原动机（如汽轮机、水轮机等）可能因无蒸汽或水流冲动，而出现鼓风摩擦等问题，导致温度升高，损坏设备。另一方面，逆功率运行会使发电机从电网吸收大量有功功率，影响电网的功率平衡。规定最低负荷可有效避免因负荷过低而引发的逆功率运行风险，保障发电机组安全。
（二）避免低负荷工况下的振动和热应力问题
1. 不同类型的发电机组在低负荷运行时，会面临不同的振动和热应力问题。对于汽轮机发电机组，低负荷时蒸汽流量小，可能导致汽轮机叶片受到的蒸汽力不均匀，引发叶片振动。而且，蒸汽流量不足会使汽轮机各级焓降分配不合理，产生较大的热应力，长期作用会使设备部件出现疲劳损伤。
2. 水轮发电机组在低负荷运行时，水流可能出现不稳定现象，导致水轮机转轮产生振动，影响机组的稳定性和寿命。规定最低负荷可使机组避开低负荷下的不良运行工况，减少振动和热应力对设备的损害，延长发电机组的使用寿命。
四、优化设备性能与运行效率
（一）提高燃烧效率
1. 对于火力发电机组，如燃煤、燃油、燃气机组，负荷过低会导致燃烧不稳定。以燃煤机组为例，低负荷时炉膛温度降低，煤粉燃烧速度减慢，容易出现不完全燃烧现象，不仅降低了锅炉的热效率，还会增加污染物排放，如一氧化碳、氮氧化物等。
2. 规定最低负荷可使燃烧系统处于相对稳定的运行状态，保证燃料充分燃烧，提高燃烧效率。例如，在最低负荷运行时，通过合理调整燃烧器的配风、煤粉浓度等参数，可使煤粉在炉膛内充分燃烧，提高锅炉的热效率，降低发电成本。
（二）提升机组调节性能
1. 发电机组在并网初期需要具备良好的调节性能，以适应电网负荷的变化。当机组处于极低负荷运行时，其调节系统的响应速度和调节精度会受到影响。例如，调速系统在低负荷下，由于调节信号弱，可能出现调节滞后、超调等问题，无法快速准确地调整机组功率。
2. 规定最低负荷可使机组调节系统在较为合适的工况下运行，提升调节性能。在最低负荷运行时，调节系统能够获得足够的信号强度，快速响应电网负荷变化，实现机组功率的平稳调节，提高机组对电网的适应性。
五、结论
发电机组并网初期规定最低负荷是电力系统运行中一项至关重要的措施。它从电力系统的稳定性、发电机组自身安全以及设备性能优化等多个维度出发，保障了电力系统的可靠运行。在实际运行中，应根据不同类型发电机组的特性，合理确定最低负荷值，并不断优化运行管理，确保发电机组在并网初期及后续运行过程中都能高效、稳定、安全地运行。


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