撬动电力安全的“励磁”支点

“通过分析2003年美加大停电、2011年巴西大停电、2012年印度大停电等多起电力系统事故，我们看出，电网的大面积停电事故都与励磁系统息息相关，如果当时电厂的励磁系统能够正确发挥网源协调电压支撑作用，那么，这些停电事故有的可以在事故蔓延的转折关头得到遏制，有的甚至可以避免。”在3月27日中国电力科技网主办的发电机励磁技术应用及展望研讨会上，中国电力科学研究院系统所副主任濮钧向记者分析。

当前尚未被业内外广泛关注的“励磁系统”何以能在大停电事故中彰显如此的重要性，何以能成为撬动能源安全乃至国家安全的行业技术“支点”?中国电力科技网CEO魏毓璞告诉记者：“发电机励磁系统处于电厂与电网的结合部位，是电力系统电压稳定最重要的支点。励磁系统的安全稳定运行将直接影响到电网的安全稳定运行。厂网分开以后，如何有效运用技术标准，落实相关措施，不断优化励磁技术，是新形势下全力确保电力系统安全的重要课题。”

小专业大作用

“改善发电机励磁控制是解决现代电力系统问题最有效措施之一，因为消耗的成本低，却能起到小功率控制大功率的作用。”曾主持研制发电机组励磁系统的张凌俊表示。相关专家则认为励磁技术是投入产出比最高的电力系统控制手段。

发电机励磁系统是发电机的核心控制部分，为发电机转子提供灵活调节的磁场能量，具有维持机端电压水平和调节发电机无功功率的重要功能。

近年来，随着大型火力发电机组的不断增多，新能源不断接入系统，电网容量不断加大，电网的稳定性也不断经受各种各样的考验，发电机励磁系统作为电网的一个主要电压调节和稳定控制手段，其重要性也越来越受到重视。

“励磁技术”这个能撬动整个电力系统安全的“支点”，在国家相关部门的制度要求里也是频频出现。记者注意到，2012年原电监会印发的《关于加强电力安全工作防范电网大面积停电的意见》在“加强电厂、电力用户并网安全管理”章节对励磁技术专门进行部署：“发电企业要严格遵守市场准入的有关规定，严格执行并网调度协议，未经调度许可不得擅自并入或者解列发电机组;涉及电网运行安全的发电机组调频、励磁等装置应按照调度要求整定和投退，不得擅自更改。”“并网运行的发电机组应按照有关行业标准和所在电网调度管理规程规定，在电力调度机构的统一协调下完成发电机励磁系统、调速系统、电力系统稳定器(PSS)、发电机进相能力、自动发电控制(AGC)、一次调频等试验，并由具有调试资质的单位进行系统调试，其性能和参数应满足电网安全稳定运行需要。新机组达到上述要求后方可进入机组发电组合。”此前，国家发展改革委等四部门印发的《节能发电调度办法实施细则》对励磁系统性能指标也提出了要求。

“我对励磁的总体评价是小专业、大作用、大影响。”许其品在上述会议上谈道。许其品所在的企业是国内100万千瓦等级励磁系统唯一供应商。据他介绍，他所在的公司在励磁这个小专业上投入了大量人力、物力进行研发攻关。目前，他们的励磁系统应用范围涵盖了常规水电、常规火电、燃气轮机、抽水蓄能、生物质发电、风力发电、核能等所有发电领域。水电励磁产品已广泛应用于长江三峡，华能澜沧江公司小湾水电站、糯扎渡水电站，四川金沙江溪洛渡水电站，四川雅砻江官地水电站等多个大中型水电站。

励磁技术国产化进程不断加快

2008年3月14日，由我国自主研制的世界首台兆瓦级双电枢混合励磁风力发电机组通过专家鉴定。专家认为，此机组属国际首创，对于加速我国大型风力发电装备制造业的国产化具有重要意义。

2011年5月，国网电力科学研究院研制的我国首套具有完全自主知识产权的70万千瓦级巨型水轮发电机组励磁系统在三峡地下电站32号机组成功投运。该项目打破了长期以来国外企业的技术垄断。

2011年6月，国网电科院旗下上市公司中标并签约田湾核电2×100万千瓦核电机组励磁系统改造项目，这是我国核电机组首次采用具有自主知识产权的国产励磁系统。2013年4月4日，福建仙游抽水蓄能电站30万千瓦1号机组正式投入商业运行，国内单机容量最大的国产化抽水蓄能励磁系统首次投运，成功打破国外公司在该领域的技术垄断。

“自主化关键技术研发获得突破。掌握了大型抽水蓄能机组调速和励磁设备的核心技术、静止无功补偿装置应用于风电集中送出系统的各项关键技术、超深井钻井关键技术等。”国家能源局发布的一份报告这样总结。目前，国产励磁系统已广泛应用于各种类型的同步发电机，特别是大容量汽轮发电机及水轮发电机(30万千瓦等级以上)。在水电70万千瓦级、火电100万千瓦级容量巨型机组励磁系统运用上，已经打破国外知名厂商垄断，成功地实现了巨型机组励磁系统的国产化，不仅为我国电力装备工业带来了良好的经济效益，也为我国电网安全稳定运行打下了坚实的基础。

发电机励磁系统技术监督对于发电机和电网的安全稳定运行十分重要。2008年7月中旬，受中电联电力试验研究分会委托，浙江省电力试验研究院在浙江杭州主持召开了《发电机励磁系统技术监督规程》宣贯会。按照试验研究分会的工作计划，在全国电力试(研)院(所)内部宣贯由分会组织编写的8项技术监督标准，以便更加有效地开展技术监督工作。来自全国23个电力试(研)院(所)励磁专业人员参加了会议。

随着中国电力装备制造业的发展，中国发电设备的自主配套能力必将提高，高端励磁国产化是必然趋势。“目前我国研制的100万千瓦等级励磁系统，在功能配置、人机接口等多方面更加适合我国国情，在对电网稳定提供支撑方面达到或超过国外进口设备，在可维护性方面高于进口设备。该产品完全可以替代进口励磁系统，建议进一步推广应用。”相关专家表示。

相关工作还需进一步深化

“3年前，中国电力科学研究院等部门曾进行过一次调研，发现有的电厂没有完整详细的机组运行数据、设备性能参数等，这给开展励磁工作带来一些困难。”濮钧介绍，开展励磁工作需要全面掌握机组各项性能指标，而前几年是电厂建设高峰，设备采购仓促，导致电厂信息不全。广东电网公司电力科学研究院系统所高级工程师张俊峰表示：“目前励磁系统故障记录数据不完善也是亟待解决的问题。”“大型火力发电厂对励磁系统继电保护的要求也越来越高，中国电力顾问集团公司调研了大批电厂实际运行经验，在严格遵守各种国标、行标的基础上对火力发电厂的继电保护设计导则进行了修订，其中对励磁保护部分也进行了行业规定。”东北电力设计院周彤告诉记者。近年来，大型汽轮发电机越来越多，励磁系统技术水平不断提高，相关技术标准和规程也在不断补充和完善。据了解，以往电厂电气故障中20%~30%是由励磁系统引起的，励磁技术需要更高规格的行业、企业标准加以规范。

“常规励磁调节器以控制机端电压为目标，在电网发生故障时维持系统电压稳定性方面能力有限。若引入主变高压侧电压参与励磁调节控制，可以有效补偿升压变阻抗，挖掘发电机动态无功补偿潜力。”国网浙江省电力公司首席专家陈新琪认为，“随着特高压交直流输电工程的逐步实施，多条大功率交流输电通道和多馈入直流输电的出现，国内大功率受端电网越来越复杂。充足的动态无功储备对于保持受端电网电压稳定性及动态无功支撑越来越重要。”“一般人说到电网事故，往往首先想到的是电网，像励磁这种小专业容易被忽视，而实际上处理电网事故往往又是从发电厂励磁系统上入手的。”魏毓璞分析，厂网虽然已分开，但是厂网之间依然是唇齿相依的关系，励磁技术是联系厂网的纽带，励磁相关的技术、管理工作，既考验电网安全，也考验发电企业运行安全。

云南电力研究院的陈晶向记者介绍了他所在研究院的业务变化情况：“由于厂网分开等因素，云南电力研究院基本退出了励磁的维护试验工作，仅从事涉网试验。随着电源投产高峰的过去，励磁专业人员将兼顾其他工作，如地区电网分析和新能源技术，以及正在扩大建设规模的直流和柔性直流等。”他建议，当前推进励磁技术需要发电、电网、研究院、设备厂家等各个环节的高度重视，需要进一步加强励磁相关工作的计划、落实。