在電力系統(tǒng)中，汽輪發(fā)電機組作為主要的發(fā)電設備之一，其穩(wěn)定運行對于保障電力供應的可靠性至關重要。然而，汽輪發(fā)電機組在運行過程中可能會出現(xiàn)甩負荷現(xiàn)象，這不僅會對機組自身造成影響，還可能波及整個電力系統(tǒng)。深入了解汽輪發(fā)電機組甩負荷的原因與影響，對于預防此類情況的發(fā)生以及采取有效的應對措施具有重要意義。

甩負荷的原因

電力系統(tǒng)故障

電網(wǎng)短路故障：電網(wǎng)中發(fā)生短路是導致汽輪發(fā)電機組甩負荷的常見原因之一。當電網(wǎng)出現(xiàn)短路故障時，線路電流會瞬間急劇增大，電壓大幅下降。為了保護電網(wǎng)和機組設備的安全，保護裝置會迅速動作，使汽輪發(fā)電機組與電網(wǎng)解列，從而導致甩負荷。例如，在輸電線路遭受雷擊或外力破壞時，可能引發(fā)相間短路或接地短路，此時汽輪發(fā)電機組的保護系統(tǒng)會檢測到異常電流和電壓變化，觸發(fā)保護動作，甩掉負荷。

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。在振蕩過程中，電網(wǎng)中的電壓、電流和功率會發(fā)生周期性波動。當振蕩持續(xù)且超出汽輪發(fā)電機組的調(diào)節(jié)能力時，機組為了避免因過電流、過電壓等問題受損，會自動甩掉負荷，以維持自身的安全運行。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，可能會引發(fā)電網(wǎng)振蕩，進而導致汽輪發(fā)電機組甩負荷。

汽輪發(fā)電機組自身故障

汽輪機故障：汽輪機的故障也可能導致甩負荷。例如，汽輪機的調(diào)速系統(tǒng)故障，如調(diào)速器卡澀、油動機故障等，會使汽輪機的轉速無法得到有效控制。當負荷突然變化時，調(diào)速系統(tǒng)不能及時調(diào)節(jié)汽輪機的進汽量，導致汽輪機轉速飛升。為了防止汽輪機因超速而損壞，保護系統(tǒng)會立即動作，使汽輪發(fā)電機組甩負荷。此外，汽輪機的葉片損壞、軸系故障等也可能影響汽輪機的正常運行，進而引發(fā)甩負荷。

發(fā)電機故障：發(fā)電機內(nèi)部的故障同樣會導致甩負荷。例如，發(fā)電機的定子繞組短路、轉子繞組接地等故障，會使發(fā)電機的輸出電壓和電流異常。為了避免故障進一步擴大，保護裝置會迅速切斷發(fā)電機與電網(wǎng)的連接，導致機組甩負荷。另外，發(fā)電機的勵磁系統(tǒng)故障，如勵磁調(diào)節(jié)器失靈、勵磁電源中斷等，會影響發(fā)電機的勵磁電流，進而影響發(fā)電機的輸出功率，當故障嚴重時，也會引發(fā)甩負荷。

外部負荷突變

大型工業(yè)用戶突然停機：一些大型工業(yè)用戶，如鋼鐵廠、化工廠等，其生產(chǎn)過程中對電力的需求量巨大。當這些用戶由于設備故障、工藝調(diào)整等原因突然停機時，會導致電網(wǎng)中的負荷瞬間大幅下降。汽輪發(fā)電機組為了維持自身的轉速和功率平衡，會自動減少進汽量，若負荷變化過大，超出了機組的調(diào)節(jié)范圍，就會發(fā)生甩負荷現(xiàn)象。例如，某鋼鐵廠的大型電爐突然跳閘，其瞬間減少的負荷可能使與之相連的汽輪發(fā)電機組出現(xiàn)甩負荷情況。

電網(wǎng)負荷分配不均：在電網(wǎng)運行過程中，如果負荷分配不合理，某些區(qū)域的負荷可能會突然增加，而另一些區(qū)域的負荷則可能減少。當汽輪發(fā)電機組所在的區(qū)域負荷突然下降時，機組的輸出功率無法及時調(diào)整，就可能出現(xiàn)甩負荷。例如，在城市用電高峰期，商業(yè)區(qū)的負荷迅速增加，而居民區(qū)的負荷相對減少，若汽輪發(fā)電機組主要為居民區(qū)供電，就可能因負荷突變而甩負荷。

甩負荷的影響

對汽輪發(fā)電機組的影響

轉速飛升：甩負荷后，汽輪機的進汽量不能及時調(diào)整，而發(fā)電機的負載突然消失，汽輪機的輸出功率大于發(fā)電機的負載功率，導致汽輪機轉速迅速上升。過高的轉速可能會使汽輪機的轉子部件承受過大的離心力，引發(fā)振動加劇、部件損壞等嚴重問題。例如，汽輪機的葉片可能因超速而斷裂，進而損壞汽輪機的其他部件，甚至造成整臺機組的報廢。

熱應力變化：甩負荷過程中，汽輪機的進汽量突然減少，蒸汽對汽輪機轉子和汽缸的加熱作用減弱，而此時轉子和汽缸的溫度仍然較高。這種溫度的急劇變化會在轉子和汽缸內(nèi)部產(chǎn)生較大的熱應力。如果熱應力超過材料的許用應力，可能會導致轉子和汽缸出現(xiàn)裂紋，影響汽輪機的使用壽命。

軸系穩(wěn)定性下降：甩負荷時，汽輪機的轉速突變會引起軸系的振動。若振動過大，可能會破壞軸系的穩(wěn)定性，導致軸承磨損、密封損壞等問題。此外，軸系的不穩(wěn)定還可能引發(fā)機組的共振，進一步加劇設備的損壞程度。

對電力系統(tǒng)的影響

電壓波動：汽輪發(fā)電機組甩負荷后，電網(wǎng)中的發(fā)電功率突然減少，而負荷需求可能沒有相應減少，這會導致電網(wǎng)中的功率不平衡，從而引起電壓波動。電壓的大幅下降可能會影響到其他用電設備的正常運行，如電動機轉速下降、照明燈具亮度變暗等。嚴重時，可能會導致部分設備因欠壓保護動作而停機，進一步影響電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

頻率變化：甩負荷還會導致電網(wǎng)頻率發(fā)生變化。由于發(fā)電功率減少，而負荷不變或減少較少，電網(wǎng)頻率會下降。頻率的下降會影響到電力系統(tǒng)中其他發(fā)電機組的運行，如一些同步發(fā)電機可能會因頻率過低而跳閘。此外，頻率的變化還會影響到一些對頻率敏感的設備，如工業(yè)自動化生產(chǎn)線、通信設備等，導致其工作異常。

系統(tǒng)穩(wěn)定性降低：甩負荷可能會使電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性受到嚴重挑戰(zhàn)。當多臺汽輪發(fā)電機組同時甩負荷時，可能會引發(fā)電力系統(tǒng)的連鎖反應，導致更多的機組跳閘，甚至引發(fā)大面積停電事故。例如，在 2003 年美國東北部發(fā)生的大停電事故中，就有部分原因是由于多臺汽輪發(fā)電機組甩負荷引發(fā)的電力系統(tǒng)連鎖故障。

汽輪發(fā)電機組甩負荷是由多種原因引起的，其對機組自身和電力系統(tǒng)都會產(chǎn)生嚴重的影響。為了減少甩負荷現(xiàn)象的發(fā)生及其帶來的危害，需要加強對電力系統(tǒng)和汽輪發(fā)電機組的運行維護管理，提高設備的可靠性和穩(wěn)定性，優(yōu)化電網(wǎng)的負荷分配，同時完善保護裝置和應急預案，以確保電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運行。