撬動電力安全的“勵磁”支點

“通過分析2003年美加大停電、2011年巴西大停電、2012年印度大停電等多起電力系統事故，我們看出，電網的大面積停電事故都與勵磁系統息息相關，如果當時電廠的勵磁系統能夠正確發揮網源協調電壓支撐作用，那麼，這些停電事故有的可以在事故蔓延的轉折關頭得到遏制，有的甚至可以避免。”在3月27日中國電力科技網主辦的發電機勵磁技術應用及展望研討會上，中國電力科學研究院系統所副主任濮鈞向《中國電力報》記者分析。

當前尚未被業內外廣泛關注的“勵磁系統”何以能在大停電事故中彰顯如此的重要性，何以能成為撬動能源安全乃至國家安全的行業技術“支點”？中國電力科技網CEO魏毓璞告訴記者：“發電機勵磁系統處於電廠與電網的結合部位，是電力系統電壓穩定最重要的支點。勵磁系統的安全穩定運作將直接影響到電網的安全穩定運作。廠網分開以後，如何有效運用技術標準，落實相關措施，不斷優化勵磁技術，是新形勢下全力確保電力系統安全的重要課題。”

小專業大作用

“改善發電機勵磁控制是解決現代電力系統問題最有效措施之一，因為消耗的成本低，卻能起到小功率控制大功率的作用。”曾主持研製發電機組勵磁系統的張淩俊表示。相關專家則認為勵磁技術是投入産出比最高的電力系統控制手段。

發電機勵磁系統是發電機的核心控制部分，為發電機轉子提供靈活調節的磁場能量，具有維持機端電壓水準和調節發電機無功功率的重要功能。

近年來，隨著大型火力發電機組的不斷增多，新能源不斷接入系統，電網容量不斷加大，電網的穩定性也不斷經受各種各樣的考驗，發電機勵磁系統作為電網的一個主要電壓調節和穩定控制手段，其重要性也越來越受到重視。

“勵磁技術”這個能撬動整個電力系統安全的“支點”，在國家相關部門的制度要求裏也是頻頻出現。記者注意到，2012年原電監會印發的《關於加強電力安全工作防範電網大面積停電的意見》在“加強電廠、電力用戶並網安全管理”章節對勵磁技術專門進行部署：“發電企業要嚴格遵守市場準入的有關規定，嚴格執行並網調度協議，未經調度許可不得擅自併入或者解列發電機組；涉及電網運作安全的發電機組調頻、勵磁等裝置應按照調度要求整定和投退，不得擅自更改。”“並網運作的發電機組應按照有關行業標準和所在電網調度管理規程規定，在電力調度機構的統一協調下完成發電機勵磁系統、調速系統、電力系統穩定器（PSS）、發電機進相能力、自動發電控制（AGC）、一次調頻等試驗，並由具有調試資質的單位進行系統調試，其性能和參數應滿足電網安全穩定運作需要。新機組達到上述要求後方可進入機組發電組合。”此前，國家發展改革委等四部門印發的《節能發電調度辦法實施細則》對勵磁系統性能指標也提出了要求。

“我對勵磁的總體評價是小專業、大作用、大影響。”許其品在上述會議上談道。許其品所在的企業是國內100萬千瓦等級勵磁系統唯一供應商。據他介紹，他所在的公司在勵磁這個小專業上投入了大量人力、物力進行研發攻關。目前，他們的勵磁系統應用範圍涵蓋了常規水電、常規火電、燃氣輪機、抽水蓄能、生物質發電、風力發電、核能等所有發電領域。水電勵磁産品已廣泛應用於長江三峽，華能瀾滄江公司小灣水電站、糯扎渡水電站，四川金沙江溪洛渡水電站，四川雅礱江官地水電站等多個大中型水電站。

勵磁技術國産化進程不斷加快

2008年3月14日，由我國自主研製的世界首臺兆瓦級雙電樞混合勵磁風力發電機組通過專家鑒定。專家認為，此機組屬國際首創，對於加速我國大型風力發電裝備製造業的國産化具有重要意義。

2011年5月，國網電力科學研究院研製的我國首套具有完全自主智慧財産權的70萬千瓦級巨型水輪發電機組勵磁系統在三峽地下電站32號機組成功投運。該項目打破了長期以來國外企業的技術壟斷。

2011年6月，國網電科院旗下上市公司中標並簽約田灣核電2×100萬千瓦核電機組勵磁系統改造項目，這是我國核電機組首次採用具有自主智慧財産權的國産勵磁系統。2013年4月4日，福建仙遊抽水蓄能電站30萬千瓦1號機組正式投入商業運作，國內單機容量最大的國産化抽水蓄能勵磁系統首次投運，成功打破國外公司在該領域的技術壟斷。

“自主化關鍵技術研發獲得突破。掌握了大型抽水蓄能機組調速和勵磁設備的核心技術、靜止無功補償裝置應用於風電集中送出系統的各項關鍵技術、超深井鑽井關鍵技術等。”國家能源局發佈的一份報告這樣總結。目前，國産勵磁系統已廣泛應用於各種類型的同步發電機，特別是大容量汽輪發電機及水輪發電機（30萬千瓦等級以上）。在水電70萬千瓦級、火電100萬千瓦級容量巨型機組勵磁系統運用上，已經打破國外知名廠商壟斷，成功地實現了巨型機組勵磁系統的國産化，不僅為我國電力裝備工業帶來了良好的經濟效益，也為我國電網安全穩定運作打下了堅實的基礎。

發電機勵磁系統技術監督對於發電機和電網的安全穩定運作十分重要。2008年7月中旬，受中電聯電力試驗研究分會委託，浙江省電力試驗研究院在浙江杭州主持召開了《發電機勵磁系統技術監督規程》宣貫會。按照試驗研究分會的工作計劃，在全國電力試（研）院（所）內部宣貫由分會組織編寫的8項技術監督標準，以便更加有效地開展技術監督工作。來自全國23個電力試（研）院（所）勵磁專業人員參加了會議。

隨著中國電力裝備製造業的發展，中國發電設備的自主配套能力必將提高，高端勵磁國産化是必然趨勢。“目前我國研製的100萬千瓦等級勵磁系統，在功能配置、人機介面等多方面更加適合我國國情，在對電網穩定提供支撐方面達到或超過國外進口設備，在可維護性方面高於進口設備。該産品完全可以替代進口勵磁系統，建議進一步推廣應用。”相關專家表示。

相關工作還需進一步深化

“３年前，中國電力科學研究院等部門曾進行過一次調研，發現有的電廠沒有完整詳細的機組運作數據、設備性能參數等，這給開展勵磁工作帶來一些困難。”濮鈞介紹，開展勵磁工作需要全面掌握機組各項性能指標，而前幾年是電廠建設高峰，設備採購倉促，導致電廠資訊不全。廣東電網公司電力科學研究院系統所高級工程師張俊峰表示：“目前勵磁系統故障記錄數據不完善也是亟待解決的問題。”“大型火力發電廠對勵磁系統繼電保護的要求也越來越高，中國電力顧問集團公司調研了大批電廠實際運作經驗，在嚴格遵守各種國標、行標的基礎上對火力發電廠的繼電保護設計導則進行了修訂，其中對勵磁保護部分也進行了行業規定。”東北電力設計院周彤告訴記者。近年來，大型汽輪發電機越來越多，勵磁系統技術水準不斷提高，相關技術標準和規程也在不斷補充和完善。據了解，以往電廠電氣故障中20%~30%是由勵磁系統引起的，勵磁技術需要更高規格的行業、企業標準加以規範。

“常規勵磁調節器以控制機端電壓為目標，在電網發生故障時維持系統電壓穩定性方面能力有限。若引入主變高壓側電壓參與勵磁調節控制，可以有效補償升壓變阻抗，挖掘發電機動態無功補償潛力。”國網浙江省電力公司首席專家陳新琪認為，“隨著特高壓交直流輸電工程的逐步實施，多條大功率交流輸電通道和多饋入直流輸電的出現，國內大功率受端電網越來越複雜。充足的動態無功儲備對於保持受端電網電壓穩定性及動態無功支撐越來越重要。”“一般人説到電網事故，往往首先想到的是電網，像勵磁這種小專業容易被忽視，而實際上處理電網事故往往又是從發電廠勵磁系統上入手的。”魏毓璞分析，廠網雖然已分開，但是廠網之間依然是唇齒相依的關係，勵磁技術是聯繫廠網的紐帶，勵磁相關的技術、管理工作，既考驗電網安全，也考驗發電企業運作安全。

雲南電力研究院的陳晶向記者介紹了他所在研究院的業務變化情況：“由於廠網分開等因素，雲南電力研究院基本退出了勵磁的維護試驗工作，僅從事涉網試驗。隨著電源投産高峰的過去，勵磁專業人員將兼顧其他工作，如地區電網分析和新能源技術，以及正在擴大建設規模的直流和柔性直流等。”他建議，當前推進勵磁技術需要發電、電網、研究院、設備廠家等各個環節的高度重視，需要進一步加強勵磁相關工作的計劃、落實。