在電力系統(tǒng)中，汽輪發(fā)電機(jī)組作為主要的發(fā)電設(shè)備之一，其穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)于保障電力供應(yīng)的可靠性至關(guān)重要。然而，汽輪發(fā)電機(jī)組在運(yùn)行過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)甩負(fù)荷現(xiàn)象，這不僅會(huì)對(duì)機(jī)組自身造成影響，還可能波及整個(gè)電力系統(tǒng)。深入了解汽輪發(fā)電機(jī)組甩負(fù)荷的原因與影響，對(duì)于預(yù)防此類(lèi)情況的發(fā)生以及采取有效的應(yīng)對(duì)措施具有重要意義。

甩負(fù)荷的原因

電力系統(tǒng)故障

電網(wǎng)短路故障：電網(wǎng)中發(fā)生短路是導(dǎo)致汽輪發(fā)電機(jī)組甩負(fù)荷的常見(jiàn)原因之一。當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)短路故障時(shí)，線(xiàn)路電流會(huì)瞬間急劇增大，電壓大幅下降。為了保護(hù)電網(wǎng)和機(jī)組設(shè)備的安全，保護(hù)裝置會(huì)迅速動(dòng)作，使汽輪發(fā)電機(jī)組與電網(wǎng)解列，從而導(dǎo)致甩負(fù)荷。例如，在輸電線(xiàn)路遭受雷擊或外力破壞時(shí)，可能引發(fā)相間短路或接地短路，此時(shí)汽輪發(fā)電機(jī)組的保護(hù)系統(tǒng)會(huì)檢測(cè)到異常電流和電壓變化，觸發(fā)保護(hù)動(dòng)作，甩掉負(fù)荷。

電網(wǎng)振蕩：電網(wǎng)振蕩是由于電力系統(tǒng)中功率不平衡、系統(tǒng)元件參數(shù)不匹配等原因引起的一種不穩(wěn)定現(xiàn)象。在振蕩過(guò)程中，電網(wǎng)中的電壓、電流和功率會(huì)發(fā)生周期性波動(dòng)。當(dāng)振蕩持續(xù)且超出汽輪發(fā)電機(jī)組的調(diào)節(jié)能力時(shí)，機(jī)組為了避免因過(guò)電流、過(guò)電壓等問(wèn)題受損，會(huì)自動(dòng)甩掉負(fù)荷，以維持自身的安全運(yùn)行。例如，在電力系統(tǒng)中新增了大量的分布式電源，若這些電源的接入位置和容量不合理，可能會(huì)引發(fā)電網(wǎng)振蕩，進(jìn)而導(dǎo)致汽輪發(fā)電機(jī)組甩負(fù)荷。

汽輪發(fā)電機(jī)組自身故障

汽輪機(jī)故障：汽輪機(jī)的故障也可能導(dǎo)致甩負(fù)荷。例如，汽輪機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)故障，如調(diào)速器卡澀、油動(dòng)機(jī)故障等，會(huì)使汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速無(wú)法得到有效控制。當(dāng)負(fù)荷突然變化時(shí)，調(diào)速系統(tǒng)不能及時(shí)調(diào)節(jié)汽輪機(jī)的進(jìn)汽量，導(dǎo)致汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速飛升。為了防止汽輪機(jī)因超速而損壞，保護(hù)系統(tǒng)會(huì)立即動(dòng)作，使汽輪發(fā)電機(jī)組甩負(fù)荷。此外，汽輪機(jī)的葉片損壞、軸系故障等也可能影響汽輪機(jī)的正常運(yùn)行，進(jìn)而引發(fā)甩負(fù)荷。

發(fā)電機(jī)故障：發(fā)電機(jī)內(nèi)部的故障同樣會(huì)導(dǎo)致甩負(fù)荷。例如，發(fā)電機(jī)的定子繞組短路、轉(zhuǎn)子繞組接地等故障，會(huì)使發(fā)電機(jī)的輸出電壓和電流異常。為了避免故障進(jìn)一步擴(kuò)大，保護(hù)裝置會(huì)迅速切斷發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)的連接，導(dǎo)致機(jī)組甩負(fù)荷。另外，發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)故障，如勵(lì)磁調(diào)節(jié)器失靈、勵(lì)磁電源中斷等，會(huì)影響發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流，進(jìn)而影響發(fā)電機(jī)的輸出功率，當(dāng)故障嚴(yán)重時(shí)，也會(huì)引發(fā)甩負(fù)荷。

外部負(fù)荷突變

大型工業(yè)用戶(hù)突然停機(jī)：一些大型工業(yè)用戶(hù)，如鋼鐵廠、化工廠等，其生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)電力的需求量巨大。當(dāng)這些用戶(hù)由于設(shè)備故障、工藝調(diào)整等原因突然停機(jī)時(shí)，會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)中的負(fù)荷瞬間大幅下降。汽輪發(fā)電機(jī)組為了維持自身的轉(zhuǎn)速和功率平衡，會(huì)自動(dòng)減少進(jìn)汽量，若負(fù)荷變化過(guò)大，超出了機(jī)組的調(diào)節(jié)范圍，就會(huì)發(fā)生甩負(fù)荷現(xiàn)象。例如，某鋼鐵廠的大型電爐突然跳閘，其瞬間減少的負(fù)荷可能使與之相連的汽輪發(fā)電機(jī)組出現(xiàn)甩負(fù)荷情況。

電網(wǎng)負(fù)荷分配不均：在電網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中，如果負(fù)荷分配不合理，某些區(qū)域的負(fù)荷可能會(huì)突然增加，而另一些區(qū)域的負(fù)荷則可能減少。當(dāng)汽輪發(fā)電機(jī)組所在的區(qū)域負(fù)荷突然下降時(shí)，機(jī)組的輸出功率無(wú)法及時(shí)調(diào)整，就可能出現(xiàn)甩負(fù)荷。例如，在城市用電高峰期，商業(yè)區(qū)的負(fù)荷迅速增加，而居民區(qū)的負(fù)荷相對(duì)減少，若汽輪發(fā)電機(jī)組主要為居民區(qū)供電，就可能因負(fù)荷突變而甩負(fù)荷。

甩負(fù)荷的影響

對(duì)汽輪發(fā)電機(jī)組的影響

轉(zhuǎn)速飛升：甩負(fù)荷后，汽輪機(jī)的進(jìn)汽量不能及時(shí)調(diào)整，而發(fā)電機(jī)的負(fù)載突然消失，汽輪機(jī)的輸出功率大于發(fā)電機(jī)的負(fù)載功率，導(dǎo)致汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速迅速上升。過(guò)高的轉(zhuǎn)速可能會(huì)使汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)子部件承受過(guò)大的離心力，引發(fā)振動(dòng)加劇、部件損壞等嚴(yán)重問(wèn)題。例如，汽輪機(jī)的葉片可能因超速而斷裂，進(jìn)而損壞汽輪機(jī)的其他部件，甚至造成整臺(tái)機(jī)組的報(bào)廢。

熱應(yīng)力變化：甩負(fù)荷過(guò)程中，汽輪機(jī)的進(jìn)汽量突然減少，蒸汽對(duì)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子和汽缸的加熱作用減弱，而此時(shí)轉(zhuǎn)子和汽缸的溫度仍然較高。這種溫度的急劇變化會(huì)在轉(zhuǎn)子和汽缸內(nèi)部產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力。如果熱應(yīng)力超過(guò)材料的許用應(yīng)力，可能會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子和汽缸出現(xiàn)裂紋，影響汽輪機(jī)的使用壽命。

軸系穩(wěn)定性下降：甩負(fù)荷時(shí)，汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速突變會(huì)引起軸系的振動(dòng)。若振動(dòng)過(guò)大，可能會(huì)破壞軸系的穩(wěn)定性，導(dǎo)致軸承磨損、密封損壞等問(wèn)題。此外，軸系的不穩(wěn)定還可能引發(fā)機(jī)組的共振，進(jìn)一步加劇設(shè)備的損壞程度。

對(duì)電力系統(tǒng)的影響

電壓波動(dòng)：汽輪發(fā)電機(jī)組甩負(fù)荷后，電網(wǎng)中的發(fā)電功率突然減少，而負(fù)荷需求可能沒(méi)有相應(yīng)減少，這會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)中的功率不平衡，從而引起電壓波動(dòng)。電壓的大幅下降可能會(huì)影響到其他用電設(shè)備的正常運(yùn)行，如電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降、照明燈具亮度變暗等。嚴(yán)重時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致部分設(shè)備因欠壓保護(hù)動(dòng)作而停機(jī)，進(jìn)一步影響電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

頻率變化：甩負(fù)荷還會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)頻率發(fā)生變化。由于發(fā)電功率減少，而負(fù)荷不變或減少較少，電網(wǎng)頻率會(huì)下降。頻率的下降會(huì)影響到電力系統(tǒng)中其他發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行，如一些同步發(fā)電機(jī)可能會(huì)因頻率過(guò)低而跳閘。此外，頻率的變化還會(huì)影響到一些對(duì)頻率敏感的設(shè)備，如工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)、通信設(shè)備等，導(dǎo)致其工作異常。

系統(tǒng)穩(wěn)定性降低：甩負(fù)荷可能會(huì)使電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性受到嚴(yán)重挑戰(zhàn)。當(dāng)多臺(tái)汽輪發(fā)電機(jī)組同時(shí)甩負(fù)荷時(shí)，可能會(huì)引發(fā)電力系統(tǒng)的連鎖反應(yīng)，導(dǎo)致更多的機(jī)組跳閘，甚至引發(fā)大面積停電事故。例如，在 2003 年美國(guó)東北部發(fā)生的大停電事故中，就有部分原因是由于多臺(tái)汽輪發(fā)電機(jī)組甩負(fù)荷引發(fā)的電力系統(tǒng)連鎖故障。

汽輪發(fā)電機(jī)組甩負(fù)荷是由多種原因引起的，其對(duì)機(jī)組自身和電力系統(tǒng)都會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。為了減少甩負(fù)荷現(xiàn)象的發(fā)生及其帶來(lái)的危害，需要加強(qiáng)對(duì)電力系統(tǒng)和汽輪發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行維護(hù)管理，提高設(shè)備的可靠性和穩(wěn)定性，優(yōu)化電網(wǎng)的負(fù)荷分配，同時(shí)完善保護(hù)裝置和應(yīng)急預(yù)案，以確保電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。