電力系統(tǒng)的備用容量

電力系統(tǒng)的備用容量

一、作用及分類

電力系統(tǒng)之所以需要備用容量，主要是由于電力工業(yè)生

產(chǎn)的特點(diǎn)和用戶用電的不均衡性所決定的。電能的生產(chǎn)，輸

送和消費(fèi)幾乎同時(shí)開展，電能又不能大量儲(chǔ)存，而用戶的用

電又具有隨機(jī)性和不均衡性特點(diǎn)，因此，為了保證電力系統(tǒng)

安全，可靠，連續(xù)地發(fā)供電，則必須設(shè)置足夠的備用容量。

在電源安排時(shí)，所配置電源的裝機(jī)容量必須大于最大負(fù)

荷的要求，兩者的差額稱為備用容量。

按設(shè)置備用容量的用途(或任務(wù))可分為下述三種備用。

(1)負(fù)荷備用。具體又分周波備用和負(fù)載備用，用于滿

足電力系統(tǒng)由于負(fù)荷突然變動(dòng)的調(diào)頻需要，以保證系統(tǒng)的正

常周波的周波備用；用于補(bǔ)償一些預(yù)計(jì)不到的負(fù)荷需求的負(fù)

載備用。

(2)檢修備用。為保證電力系統(tǒng)正常設(shè)備的運(yùn)行效率和

提高設(shè)備的使用壽命，設(shè)置檢修備用是必不可少的。檢修備

用是用于滿足設(shè)備定期計(jì)劃檢修的容量設(shè)置。

(3)事故備用。用于替代發(fā)生事故的機(jī)組出力，擔(dān)負(fù)系

統(tǒng)的事故負(fù)荷備用。事故備用是保證系統(tǒng)穩(wěn)定和保證系統(tǒng)重

要用戶供電可靠性的需要。

以及還應(yīng)考慮滿足系統(tǒng)超計(jì)劃用電的需要。

備用容量的種類，按其所處的狀態(tài)劃分，又可分為熱備

用和冷備用。

(1)熱備用。又稱旋轉(zhuǎn)備用，指運(yùn)轉(zhuǎn)中的機(jī)組可發(fā)最大

功率與最大負(fù)荷的差額，其表現(xiàn)為部分機(jī)組空載或欠載運(yùn)行

的容量之和。

(2)冷備用。屬于等待調(diào)用未運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)組可發(fā)容量。

在發(fā)展規(guī)劃設(shè)計(jì)中，主要考慮冷備用問題。

電力系統(tǒng)的備用率為

式中K---電力系統(tǒng)的備用率；

Ny——電力系統(tǒng)的裝機(jī)容量(kw)；

Pm----電力系統(tǒng)的最大負(fù)荷(kw)o

其中備用率K的大小確定與系統(tǒng)規(guī)模，用電構(gòu)造，電壓

等級(jí)等因素有關(guān)。

直觀分析可知，在電力系統(tǒng)規(guī)劃期內(nèi)，如果系統(tǒng)的備用

容量缺陷，將直接導(dǎo)致供電可靠性下降；但如果備用容量設(shè)

置過大，又將使電源建設(shè)的投資費(fèi)用增加。因此，如何在可

靠性與經(jīng)濟(jì)性之間，對(duì)備用容量的大小作出合理的選擇，一

直是規(guī)劃設(shè)計(jì)中的一項(xiàng)重要研究內(nèi)容。

就性質(zhì)來說，備用容量是一種儲(chǔ)備容量或等待調(diào)用容量,

它與系統(tǒng)的正常工作容量一起組成了系統(tǒng)的需要容量。系統(tǒng)

的工作容量主要與系統(tǒng)的需要負(fù)荷大小相適應(yīng)，而備用容量

則是為了滿足系統(tǒng)在發(fā)生異常情況下的補(bǔ)償容量，諸如設(shè)備

故障、枯水季節(jié)、負(fù)荷波動(dòng)及預(yù)測誤差等現(xiàn)象發(fā)生時(shí)所設(shè)置

的容量。廣義上講，電力系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)都涉及備用容量問

題，但在電力電量平衡分析中，主要是研究確定發(fā)電環(huán)節(jié)的

備用容量問題。

關(guān)于備用容量確實(shí)定方法。合理確定各種備用容量，應(yīng)

從可靠性與經(jīng)濟(jì)性兩個(gè)方面開展分析和論證。但目前經(jīng)常所

使用的方法還屬于一種經(jīng)驗(yàn)估計(jì)方法，在我國的《電力系統(tǒng)

設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》中規(guī)定，各種備用容量確實(shí)定是按占系統(tǒng)最

大負(fù)荷的一定百分比來估算。

有關(guān)通過可靠性分析來確定備用容量的方法，我們將在

以后章節(jié)中另作介紹。

二、周波和負(fù)荷備用

電力系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，由于電力用戶用電設(shè)備經(jīng)常的投入或

切除，造成負(fù)荷的突然急劇變化，并導(dǎo)致系統(tǒng)周波也在不斷

變化，為維持電力系統(tǒng)周波在要求的誤差范圍內(nèi)，就必須設(shè)

裝置一定的備用容量，該容量稱為周波備用，用以調(diào)整系統(tǒng)

的周波。

電力系統(tǒng)的負(fù)荷與電源間的供需平衡是預(yù)先有計(jì)劃的，

但這種計(jì)劃是預(yù)測的估計(jì)值，在實(shí)際運(yùn)行中電力系統(tǒng)必須滿

足系統(tǒng)預(yù)計(jì)不到的負(fù)荷要求，這也需要設(shè)置一定的備用容量,

稱負(fù)荷備用，用來負(fù)擔(dān)短期內(nèi)計(jì)劃外的負(fù)荷增加。

因此，周波和負(fù)荷備用是為了調(diào)整電力系統(tǒng)瞬間的負(fù)荷

波動(dòng)以穩(wěn)定系統(tǒng)的周波，和擔(dān)負(fù)短期內(nèi)計(jì)劃外的的負(fù)荷增加。

周波和負(fù)荷備用容量的大小，應(yīng)根據(jù)電力系統(tǒng)容量的大

小，以及系統(tǒng)內(nèi)電力用戶的性質(zhì)和組成情況來確定。在系統(tǒng)

規(guī)劃設(shè)計(jì)中，一般取系統(tǒng)最大負(fù)荷的3%~5%o其中，大系統(tǒng)取

小值（容量基數(shù)大）,而小系統(tǒng)取大值。

周波備用和負(fù)荷備用可以在一年中不同的季節(jié)內(nèi)，和一

晝夜中不同的時(shí)間內(nèi)，由不同的發(fā)電廠來擔(dān)任。

由于水電廠的水輪機(jī)組應(yīng)變能力較強(qiáng)，能較好的適應(yīng)負(fù)

荷的變化，能量損失小，而且水輪機(jī)的最大效率是在機(jī)組額

定容量的70%?90%,因此，一般的系統(tǒng)都由水電廠來擔(dān)負(fù)周

波和負(fù)荷備用。在豐水期還可以用這部分容量來發(fā)電，以節(jié)

約燃料。若由火電廠來擔(dān)任周波和負(fù)荷備用時(shí)，則要有熱備

用機(jī)組。

周波備用和負(fù)荷備用只需要有容量備用，不需要能量儲(chǔ)

備。

三、事故備用

電力系統(tǒng)中的發(fā)電設(shè)備，可能因?yàn)槟承┡既坏氖鹿识?/p>

迫臨時(shí)停機(jī)。為了解決電力系統(tǒng)中的某些突然事故，防止發(fā)

電設(shè)備事故停機(jī)時(shí)，影響對(duì)電力用戶的正常供電。在電力系

統(tǒng)中需設(shè)置一定數(shù)量的備用容量，以替代事故停機(jī)時(shí)的發(fā)電

設(shè)備，這部分備用容量稱事故備用容量。

因?yàn)槭鹿蕚溆萌萘恳娲鹿蕶C(jī)組的運(yùn)行，因此，事故

備用除需要備用容量外，還必須有相應(yīng)的能量儲(chǔ)備。

（一）影響事故備用容量的因素

（1）系統(tǒng)裝機(jī)總?cè)萘亢蛦螜C(jī)容量：

根據(jù)大型機(jī)組事故次數(shù)統(tǒng)計(jì)，單機(jī)事故占75%,兩機(jī)以

上同時(shí)事故占20%,全廠事故只占5%,可見單機(jī)發(fā)生故隙的

概率最大。因此。系統(tǒng)裝機(jī)總?cè)萘吭酱?，機(jī)組臺(tái)數(shù)越多，事

故備用容量越大。

因?yàn)槭鹿蕚溆脵C(jī)組要替代發(fā)生事故的機(jī)組運(yùn)行，為保證

電力系統(tǒng)中最大機(jī)組事故時(shí)有替代容量，事故備用容量必須

等于或大于系統(tǒng)中最大機(jī)組的容量。

（2）運(yùn)行人員的技術(shù)水平。

（3）系統(tǒng)中機(jī)組的使用年限，及新舊機(jī)組的比例。

（4）設(shè)備檢修的質(zhì)量。

（二）事故備用容量確實(shí)定方法

1.經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)法

根據(jù)電力系統(tǒng)多年來的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)確定，一般采用電力系

統(tǒng)最大負(fù)荷的百分?jǐn)?shù)來計(jì)算。根據(jù)歷史統(tǒng)計(jì)資料分析，事故

備用容量大致為系統(tǒng)最大負(fù)荷的8%?10%。

為保證系統(tǒng)中最大機(jī)組事故時(shí)有替代容量，事故備用容

量應(yīng)不小于系統(tǒng)中最大機(jī)組的容量。

2.經(jīng)濟(jì)比較法

估算出電力用戶因系統(tǒng)事故停電所造成的損失，和安裝

事故備用容量的費(fèi)用開展經(jīng)濟(jì)比較，通過比較可以確定出經(jīng)

濟(jì)而有利的事故備用容量。

3.用概率理論計(jì)算事故備用容量

用概率理論計(jì)算事故備用容量，是基于系統(tǒng)中機(jī)組發(fā)生

事故具有隨機(jī)性的特點(diǎn)所形成的方法，該方法在后邊發(fā)電系

統(tǒng)可靠性分析中將具體介紹。

系統(tǒng)事故備用容量應(yīng)在各種電源間開展合理分配，一般

可按各電源工作容量的比例開展，調(diào)節(jié)性能良好，靠近負(fù)荷

中心的火電廠，可擔(dān)任較大的事故備用容量。在開展事故備

用容量的分配時(shí)還要考慮以下情況：

(1)一般水電廠擔(dān)任事故備用容量時(shí)，需要有相應(yīng)的

事故備用庫容。

(2)火電廠擔(dān)任事故備用容量時(shí)，應(yīng)將其大部分設(shè)置

在運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)組上，以提高系統(tǒng)供電的可靠性。也就是火電廠要

設(shè)有部分熱備用，以利于系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，和事故時(shí)周波的

穩(wěn)定。

因火電廠機(jī)組經(jīng)濟(jì)出力在80%-90%之間，其欠載部分可

在系統(tǒng)發(fā)生事故時(shí)投入而滿載運(yùn)行。

四、檢修備用

電力系統(tǒng)中的機(jī)組設(shè)備，均需要開展定期預(yù)防性檢修,

電廠設(shè)備的檢修主要有大修，小修及事故修理三種，事故修

理由事故備用容量來解決，檢修備用只考慮大修和小修。

檢修備用容量確實(shí)定，主要取決與每臺(tái)機(jī)組檢修所需要

的時(shí)間，和兩次檢修之間的時(shí)間間隔。

確定機(jī)組檢修的時(shí)間和時(shí)間間隔，主要考慮機(jī)組的工作

年限，檢修質(zhì)量，及備用備件供給情況等。一般火電機(jī)組大

修周期為1?2年，檢修時(shí)間為30天左右，水電機(jī)組大修周

期為2?3年，檢修時(shí)間為20天左右，小修每年一次約需5

天左右。一般對(duì)電力系統(tǒng)機(jī)組的檢