内蒙古电力系统需要研究与应用的技术问题的探讨

内蒙古电力系统需要研究与应用的技术问题的探讨内蒙古电力系统需要研究与应用的技术问题的探讨内蒙古电力科学研究院 2008年

近几年我区电力工业突飞猛进的发展，内蒙古电力网厂分开后，实现电源建设投资主体多元化，全区新建大量电源点，同时加强500千伏主网架结构建设，大机组、大容量、高参数、高电压、新技术不断采用，使得内蒙古电力技术含量大大提高，电力系统运行环境也越来越复杂。近几年我区电力工业突飞猛进的发展，内蒙古电力网厂分开后，实现电源建设投资主体多元化，全区新建大量电源点，同时加强500千伏主网架结构建设，大机组、大容量、高参数、高电压、新技术不断采用，使得内蒙古电力技术含量大大提高，电力系统运行环境也越来越复杂。

在长期的技术服务和技术监督过程中发现，为保证电网的安全稳定运行，提高供电可靠性，还需要对一批技术问题进行专门研究和逐步解决，同时加强高新技术储备工作。这些问题涉及到电网稳定数字仿真校核、发供电设备故障诊断、锅炉稳燃、金属材料、防止设备损坏、保护误动、计量检测等多个方面。通过解决这些问题和高新技术的应用，对于厂网双方设备缺陷的及时发现，保障电厂的节能、稳燃、环保，特别是电网安全稳定运行的一些关键技术隐患的发现与解决无疑会起到积极的作用。在长期的技术服务和技术监督过程中发现，为保证电网的安全稳定运行，提高供电可靠性，还需要对一批技术问题进行专门研究和逐步解决，同时加强高新技术储备工作。这些问题涉及到电网稳定数字仿真校核、发供电设备故障诊断、锅炉稳燃、金属材料、防止设备损坏、保护误动、计量检测等多个方面。通过解决这些问题和高新技术的应用，对于厂网双方设备缺陷的及时发现，保障电厂的节能、稳燃、环保，特别是电网安全稳定运行的一些关键技术隐患的发现与解决无疑会起到积极的作用。

下面结合内蒙古电力发展需要，我从两个方面介绍重点开展的科研项目，供电力公司领导和各专家参考。下面结合内蒙古电力发展需要，我从两个方面介绍重点开展的科研项目，供电力公司领导和各专家参考。

第一部分 电气部分

一、紫外探测技术在电力系统中 的运用与研究 • 目的： • 近几年变电站瓷柱断裂，线路绝缘子断裂造成事故，发电机电晕磨损影响发电机寿命，利用常规电气量检测无法发现出上述缺陷，影响变电站的安全运行。 • 利用超声波探伤效率低，工作量大，又需要停电，而且检测范围有限，有其局限性。紫外探测技术效率高，特别是不需要停电是解决瓷瓶探测的主要手段。国内山西、武高所正在开展研究工作。

一、紫外探测技术在电力系统中 的运用与研究 • 关键技术问题： • 光子数与设备缺陷的关系； • 区分正常电晕和设备缺陷的分析研究； • 评估不同环境和电压等级正常电晕干扰 • 的影响； • 发电机电晕、其它设备外绝缘缺陷的诊断、 • 污秽诊断和开展放电特性的基础研究。

二、大型变电站接地网的综合参数评估 • 目的： • 大型变电站接地网投资多、面积大，同时短路电流在10-50kA，根据过电压规程要求，变电站接地电阻非常小，在高土壤电阻率的地区，实际上是经常达不到设计要求。这样把接地电阻合格与否作为唯一的否决指标是不科学的。如果一门心思的考虑降阻，既不经济有时也是不可能实现的。应考虑合格地网是均压的概念，如果跨步电压、接触电压合格，没有高电位引外，低电压引内的问题，另外其热容量校定合格，就是一个合格的电网。这就是要开展接地网综合参数评估研究的目的。

二、大型变电站接地网的综合参数评估 • 关键技术问题： • 在理论计算的基础上研究地网的均压措施； • 实现跨步电压和接触电势满足规程要求； • 实现地网边缘达到跨步电压和接触电压的要求； • 实现地网电位梯度分布合理。

三、防止变压器短路损坏研究 • 目的： • 近几年内蒙电网由于变压器外部短路造成多台变压器损坏，损失惨重。研究变压器的抗短路能力，研究变电站的防护措施，研究用户的特点，研究限制变压器的短路电流，对于防止主设备事故和减少经济损失极为重要。

三、防止变压器短路损坏研究 • 关键技术问题： • 计算变压器的抗短路能力，对制造厂提 • 出要求； • 制定变电站限制短路电流和时间的措施。

四、 GIS组合电器在线诊断技术研究 • 目的： • 通过对SF6气体中各种组分含量的在线或定期监测分析，以及通过对内部局部放电现象的在线超声波探测及时发现GIS组合电器内部的缺陷。

四、 GIS组合电器气在线诊断技术研究 • 关键技术问题： • 在合适的地点安装检测设备; • 准确测量微弱特征气体组分含量，对测试结果进行分析判断; • 消除干扰信号对局部放电在线检测装置 • 测试结果的影响。

五、35kV过电压的研究 • 目的： • 我区35kV线路和变电站开关、套管、电缆等设备引起的事故非常多，在研究35kV操作过电压方面内蒙古走在全国的前头。但是在实际运行中仍然有许多需要解决的过电压问题。

五、35kV过电压的研究 • 关键技术问题： • 完善投切电抗器过电压的研究,开展过电压理论计算工作. • 研究合理投切消弧线圈, 限制单相接地过电压; • 开展投切电容器过电压测试工作; • 归纳分析总结，研究限制投切电容器过电压的措施。

六、电力系统参数实测及辨识 • 目的： • 由于以前计算都采用典型参数，与真实参数有较大出入，往往计算结果过于保守，得出的传输极限小于实际情况，使得运行时的输电能力受到一定限制。电力系统参数实测及辨识为开展内蒙古电网计算分析工作提供了准确实用的电力系统参数，使计算结果真实有效，可以提高线路及断面的控制极限，从而提高输电能力。

六、电力系统参数实测及辨识 • 关键技术问题： • 开展内蒙古地区100MW以上发电机组发电机 • 励磁系统及PSS的参数实测及辨识研究工作； • 开展线路参数实测； • 开展负荷实测及建模研究； • 给出计算用的BPA参数。

七、电能质量监测及分析 • 目的：目前我区包供、乌兰察布局、巴彦尔局、锡林浩特局风电的大量接入、电气化铁路的发展、高耗能企业快速上马等诸多因数，内蒙电网部分地区存在电能质量不达标问题，需要开展电能质量监测及分析。

七、电能质量监测及分析 • 关键技术问题： • 高耗能负荷电能质量监测及分析； • 风电场接入变电站电能质量监测及分析； • 电气化铁路牵引站电能质量监测及分析。

八、风电研究课题 • 内蒙古风电概况： • 截止到2007年底，全区风电总装机容量197.819万千瓦；预计到2010年，全区风电建设规模将达到1492万千瓦左右，其中投产规模不会少于500-600万千瓦。我区风电面临的主要问题包括以下几方面：风电场建设缺乏整体规划，管理混乱；电网建设滞后，难以满足风电快速发展的需要；风电上网电价与电价结算问题；风电接入电网对电网稳态与暂态运行质量的影响、增加电网负荷调节负担等问题都亟待研究。

八、风电研究课题 • 研究课题 • 课题一：风力发电场特性研究 • 目的： • “风力发电场特性研究”是“含大规模风电的电网安全稳定运行研究”必不可少的基础性科研项目，没有这些科技成果取得的基础性数据，后续项目将无法开展。 • 关键技术问题： • 风力发电机功率特性试验研究； • 风力发电机动态无功补偿研究； • 风力发电机电能质量特性测试与评估； • 风力发电机静态/动态建模与仿真研究。

八、风电研究课题 • 课题二：电网接纳风电能力研究 • 目的： • 为充分利用风电资源并保证电网的安全稳定，急需对电网接纳风电能力开展研究工作。 • 关键技术问题： • 关键研究以下四个衡量指标。 • 风电场接入点系统短路容量； • 风电场总容量占系统总容量最大负荷比例； • 风电的能量可信度：是指风电电量与火电节 • 约燃料以及电网运行成本的对比； • 容量可信度：这一指标是衡量风电场对电力 • 系统运行的贡献。

八、风电研究课题 课题三：大型风电场接入系统带来电力潮流、电压、稳定等一系列问题。课题四：新型储能技术的应用研究为了提高风能的综合利用能力，应开展新型储能技术的研究，如：飞轮储能；超导磁储能系统；大容量电池储能。

八、风电研究课题 课题五：风力发电功率预测与系统运行方式的研究。包括：上下游风电场风速相关性研究；采用正向轨迹法预测风速的研究。课题六：风力发电相关技术政策文件的编写。包括《风力发电场技术监督实施细则》；《风力发电场并网运行安全性评价标准》的研究编制。

九、基于RTDS仿真系统开展电 网关键技术研究 • RTDS仿真系统简介 • 实时数字仿真系统RTDS（Real Time Digital Simulators）是一个全数字化的电力系统电磁暂态（EMTP）模拟装置。RTDS 硬件基于DSP（数字信号处理器）和并行计算，计算速度可达到实时。 • 内蒙古电科院于2007年开始筹建RTDS电力系统数字仿真实验室，目前已基本建成，并已开展相关项目研究，其中包括：通过仿真实验室对包头电网进行安全稳定性分析；应用仿真实验时对典型电网进行保护装置的开闭环试验；应用仿真实验室搭建风电系统研究平台。

九、基于RTDS仿真系统开展电 网关键技术研究 • RTDS仿真系统功能图

九、基于RTDS仿真系统开展电 网关键技术研究 • 利用仿真试验室开展如下工作 • 项目一：电网稳定性仿真研究 • 在我区的特殊地理环境下形成的特殊网架结构以及网架结构的快速发展变化，需要经常对电网的稳定性进行研究，为电网安全稳定运行提供技术支持。 • 项目二：保护及控制装置入网检测 • 仿真系统能够比较真实的反映实际电力系统的故障性征、易于控制故障工况、故障可重现等优点，因此利用它可以进行各种二次保护及控制装置校验。可以通过模拟装置所在的实际电网，通过设置各种故障类型，来校验装置正确动作性及定值的准确性。

九、基于RTDS仿真系统开展电 网关键技术研究项目三：故障再现分析通过模拟故障，仿真电力系统故障后的动态过程，重现故障进行分析。通过故障分析找到事故原因，分析故障后各一次及二次设备的故障特性，提出故障预案，防止类似故障再次发生。项目四：技术人员培训为提高我区电力专业人员素质，可以在仿真实验室搭建一个培训系统平台，特别是二次装置培训。通过搭建典型网络，连接实际二次装置，设置各种电网运行状态，使学员通过实际操作，掌握各种状况的应对方法，增强学员专业技能。

九、基于RTDS仿真系统开展电 网关键技术研究项目五：新投入设备的仿真研究我区在装设新的未投入过的设备之前，可以在实验室对该设备先进性各类试验，通过设置各种预想运行状态，校验其设备可靠性。

十、提高继电保护正确动作率的项目研究 为了提高继电保护正确动作应开展以下三个课题的研究。课题一：建立继电保护人员培训系统课题二：如何充分发挥继电保护技术监督体系作用，提高继电保护正确动作率课题三：探索继电保护专业有效管理机制，提高继电保护正确动作率

十一、 GIS变电站高压互感器现场测试研究 • 目的： • 目前GIS变电站内的高压互感器封闭于全封闭套管内，造成测试时引线无法引出，导致设备安装完毕后无法进行现场试验，目前只能在安装前进行单体测试，因此无法判定整套计量装置的误差。通过该项目研究，实现GIS变电站高压互感器的安装完毕后投运前的现场测试。

十一、 GIS变电站高压互感器现场测试研究 • 关键技术问题： • GIS变电站互感器现场测试目前并没有规范、统一的试验方法，没有成熟的配套设备以及试验操作规程。 • 通过GIS变电站高压互感器现场测试研究，实现GIS变电站高压互感器现场测试理论及试验方法的建立，为今后操作规范化打下基础，从而实现GIS变电站综合误差的测试与计算，解决传统试验方法无法对GIS变电站互感器进行测试的问题。

十二、地网防腐技术的应用研究 • 目的： • 一般变电站的设计年限按25～30年考虑，对于重要枢纽变电站的地网寿命应按50年考虑。但地网的实际安全寿命只有10～15年左右，与变电站的设计年限极不配套。加之，由于系统容量的增加，短路水平的提高，腐蚀后的地网更不能满足安全运行的要求。 • 由于接地网埋设在地下，一旦腐蚀严重将使接地网的接地电阻不合格，甚至局部断裂时，对接地网的翻修改造是相当费劲和困难的，费用也是巨大的。因此防止接地网腐蚀，保证接地性能的稳定性，延长接地网的使用寿命，是电力系统安全经济生产所迫切需要解决的问题。

十二、地网防腐技术的应用研究 • 关键技术问题： • 针对我区变电站不同类型的土壤进行腐蚀机理的研究及防腐方法的探讨。今后需研究的关键技术是： • 1)、利用电弧喷涂方法制备锌—钢、铜—钢等复合材料并探讨其腐蚀机理。 • 2)、针对内蒙古不同地区的土壤状况进行涂层厚度和腐蚀速度的关系的研究。 • 3)、根据地网所在地区土壤状况，结合制备的复合材料的腐蚀特点，对地网的腐蚀问题进行全方位、有效的综合治理。

第二部分 热机及自动化部分

一、电站涡流燃烧技术储备 目的：目前煤粉锅炉虽然效率较高，但因环保问题需增设庞大的脱硫脱硝系统。机组安全和经济性受到了一定制约。特别是当前煤种变化过大，使一些机组锅炉无法满负荷安全稳定运行。涡流燃烧技术是介于循环流化床炉与煤粉炉之间的新型燃烧技术。它利用空气动力学原理，在燃烧室内形成两个类型的燃烧区—底部的低温涡流区及顶部的高温区，从而保证燃料的充分燃烧。分散式送风与送料系统，以及炉内的燃料往复循环运动为获得高燃烧热效率的低排放锅炉提供了有力保障。具有煤种适应性强、环保、高效的技术特点。且可在最短时间内对任何结构的煤粉锅炉机组进行改造，与燃烧器的壁挂式或倾角式位置无关。

一、电站涡流燃烧技术储备 该技术的应用可解决当前一些锅炉因煤种变化而造成的结焦、超温、带负荷困难问题，特别是能够很好的解决因煤质差造成制粉出力不足的问题。具有极好的技术和市场前景。

一、电站涡流燃烧技术储备 关键技术问题：涡流燃烧区煤粉粒度变化后，目前制粉系统适应性及调整余度试验研究；煤粉变粗后对相关设备磨损情况分析及防护措施研究。涡流燃烧区煤粉细度变粗及燃料往复循环后，水冷壁磨损趋势分析及防护措施研究。飞灰分离收集装置的布置，尾部受热面防磨技术研究。燃烧器利用原位置安装，如何保证炉内动力工况满足涡流燃烧技术的研究。涡流、直流燃烧区煤粉细度、分配比率的设计研究及各燃烧区配风的分析研究。

二、电厂灵活优化专家 系统（FOES）的引进开发应用目的：通过高精度测量技术，采集到最真实的运行数据，全面监测燃烧过程的关键数据，建立电厂能效模型和用于分析的数据集合。通过对燃烧系统的工作状态进行计算分析，验证此时的运行情况是否处于最佳状态。电厂运行人员通过调节一、二次风风量和给煤量等运行关键指标来调整运行状态，达到最优状态，提高电厂的能效和效益，降低发电煤耗等硬性指标。通过实时监测烟气中的CO和O2量来分析燃烧的充分程度。根据分析的结果进行合理调整使得进风量和给煤量之间达到平衡，提高燃烧效率。建立锅炉燃-气平衡，使燃料不完全燃烧产生的热损失与烟气流失造成的热损失之和最小。

二、电厂灵活优化专家 系统（FOES）的引进开发应用关键技术问题：对锅炉运行数据进行实时准确收集、分析。建立数据偏差、能耗偏差分析系统。准确分析、计算各运行工况参数平衡点。

三、锅炉变煤种热力特性快速计算分析技术研究三、锅炉变煤种热力特性快速计算分析技术研究目的：结合现场实际运行数据，锅炉参数，对各种容量、型号锅炉及其制粉系统的热力特性进行分析试验研究，对锅炉实际参数进行校核计算，分析运行参数偏差。进行变煤种计算分析，对影响机组经济、安全运行的问题，如排烟温度升高，主汽超温，炉膛结焦等，进行分析评价，提出解决方案。提高对锅炉机组变工况运行定量分析能力，及时准确分析数据，指导系统运行、设备检修和技术改造工作。

三、锅炉变煤种热力特性快速计算分析技术研究三、锅炉变煤种热力特性快速计算分析技术研究关键技术问题：通过研究，掌握不同容量、各种型号锅炉热力计算方法。改进完善计算方法，提高程序实用性，提高计算效率。根据不同目的，完成计算分析评估，控制计算误差。

四、循环流化床锅炉协调控制系统投入 目的：近年来，我国大量的循环流化床锅炉（CFB）投入运行，但是，关键技术还是比较滞后，特别是协调控制系统（CCS）的投入是制约循环流化床锅炉向大型化发展的关键技术，为了发展我国具有自主知识产权的大型CFB锅炉技术，针对运行人员的需要，以及电厂、电网的安全稳定运行，CCS的投入是必须和急需解决的问题

四、循环流化床锅炉协调控制系统投入 关键技术问题： CFB锅炉本体制造技术和热工控制策略基本成熟。不同厂家CFBB结构、性能特点及调节手段均存在差异。 DCS厂商需与锅炉制造厂商及设计院充分合作。 CFBB燃烧系统是一个大滞后、强耦合的非线性系统。针对CFBB的性能特点制定控制方案。锅炉燃烧的控制回路与煤粉炉区别较大。锅炉汽水侧控制回路与煤粉炉基本相同。

四、循环流化床锅炉协调控制系统投入 结合不同厂家循环流化床锅炉特点，根据典型机组设计，首先保证各子系统自动调解品质优良，再合理选择协调控制方案，以满足机组经济循环流化床锅炉协调控制系统投入、稳定运行的需要。关键技术工作如下：主汽压力控制；床温控制；给煤控制；风量控制；料层差压控制；自动电网控制（AGC）的投入；一次调频剩余功能的投入；其中需要重点解决的问题是如何在惯性环节作用很大的情况下，控制主汽压力，以及如何解决床温、风量、负荷的强耦合关系。

五、超临界机组热控技术的研究与应用 目的：解决超临界机组参数高、锅炉动态响应时间较快，机组的汽水平衡控制等等特性带来的热控控制技术升级。保证超临界机组安全稳定经济运行，提高超临界机组在实际运行中热控控制的适应性。针对超临界机组进行热控控制技术的学习，探索新技术，通过调研学习和现场调试总结经验，为今后国内外超临界机组调试和生产技术服务奠定基础。

五、超临界机组热控技术的研究与应用 关键技术问题：与亚临界机组比较，机组对保护系统提出更高要求。锅炉侧增加给水流量低、给水流量极低、给水泵全停、水冷壁出口集箱给水温度高等锅炉主保护，而且由于机组参数高，主蒸汽压力管道安全阀的泄压能力在锅炉连续负荷情况下不能满足泄压要求，增加主蒸汽压力高（≥28.26MPa），延时5秒MFT动作主保护。汽机侧增加了高低加系统的顺控，汽动给水泵的顺控以及MEH控制系统等，以上都是我们必须学习和掌握的热控控制技术。

六、水电站一次调频技术的研究与完善 目的：解决内蒙古电网内已有的、将要投产的水电机组一次调频功能的正常投入。

六、水电站一次调频技术的研究与完善 关键技术问题：深入研究水电机组的监控系统与电调控制系统以及水电机组在开度控制和功率控制方式下的一次调频控制特性，优化监控系统与电调系统一次调频的配合逻辑，合理投入机组一次调频功能。

七、蒙西电网AGC、一次调频运行性能分析及优化七、蒙西电网AGC、一次调频运行性能分析及优化目的：随着内蒙古西部电网容量急剧增加，电力系统市场化深入，迫切需要电网安全和经济运行；同时，用户对供电品质要求增加，促使电网提高供电频率的稳定性，作为满足这些需求的主要技术手段，AGC和一次调频功能必须得到有效实现；

内蒙古电力系统 需要研究与应用的技术问题的探讨