1036MW機(jī)組的電氣整套啟動(dòng)調(diào)試

兀鵬越，胡任亞，陳飛文，黃旭鵬，王團(tuán)結(jié)

（1.西安熱工研究院有限責(zé)任公司，西安市，710032；2.華能海門(mén)電廠(chǎng)，廣東省汕頭市，050310）

1 工程概況及特點(diǎn)

華能海門(mén)電廠(chǎng)位于汕頭市潮陽(yáng)區(qū)海門(mén)鎮(zhèn)洪洞村，規(guī)劃建設(shè)6臺(tái)1 036MW級(jí)超超臨界燃煤機(jī)組，是廣東電網(wǎng)主力電廠(chǎng)之一。1號(hào)機(jī)組于2006年12月開(kāi)工建設(shè)，2009年6月一次順利通過(guò)完成168 h試運(yùn)行。

1.1 500kV配電裝置

華能海門(mén)電廠(chǎng)500kV配電裝置主接線(xiàn)采用3/2接線(xiàn)方式，本期建成2個(gè)完整串，新建潮南甲、乙線(xiàn)同桿并架雙回出線(xiàn)。

500kV升壓站配電裝置采用平高東芝電氣公司生產(chǎn)的HGIS。該HGIS是一種介于GIS和敞開(kāi)式之間的新型高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備，其結(jié)構(gòu)與GIS基本相同，但母線(xiàn)是外露的，不裝于SF6氣室內(nèi)。HGIS的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)線(xiàn)清晰、簡(jiǎn)潔、緊湊，安裝及維護(hù)檢修方便，間隔的擴(kuò)展簡(jiǎn)單易行。

1.2 發(fā)電機(jī)變壓器組

1號(hào)機(jī)組以發(fā)電機(jī)-變壓器單元接線(xiàn)分別接入500kV配電裝置，發(fā)電機(jī)經(jīng)出口斷路器與主變、高廠(chǎng)變A和高廠(chǎng)變B相連，主變升壓至500kV與HGIS系統(tǒng)連接。機(jī)組設(shè)A、B、C、D 4段6kV母線(xiàn)。

1號(hào)發(fā)電機(jī)額定容量為1 036MW，額定電壓為27kV，額定電流為24 615 A。發(fā)電機(jī)采用高起始響應(yīng)的自并勵(lì)勵(lì)磁方式，勵(lì)磁系統(tǒng)由ABB公司生產(chǎn)的干式勵(lì)磁變和UNITROL5000型數(shù)字勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)組成，額定勵(lì)磁電壓446 V，額定勵(lì)磁電流5.175 kA。發(fā)電機(jī)出口斷路器由ABB公司制造，液壓彈簧操作機(jī)構(gòu)。該斷路器特點(diǎn)為戶(hù)內(nèi)三相機(jī)械聯(lián)動(dòng)、金屬封閉、自冷（空氣對(duì)流增強(qiáng)型）、空氣絕緣。1號(hào)主變壓器為天威保變電氣公司制造的3個(gè)單相雙繞組升壓變壓器，容量3×390 MVA。2臺(tái)高壓廠(chǎng)用工作變均為有載調(diào)壓分裂變壓器，額定容量50/26-26 MVA。

1.3 備用變系統(tǒng)

設(shè)計(jì)認(rèn)為發(fā)電機(jī)出口設(shè)置斷路器的接線(xiàn)方式，廠(chǎng)用電可靠性非常高，可以不考慮主變、高廠(chǎng)變故障時(shí)的廠(chǎng)用電快速切換，因此1期工程4臺(tái)機(jī)組只設(shè)1臺(tái)有載調(diào)壓分裂高壓備用變壓器，額定容量50/26-26 MVA，備用電源經(jīng)110kV濠海線(xiàn)由濠江220kV變電站經(jīng)引接。每個(gè)6kV工作段不設(shè)置廠(chǎng)用電源快速切換裝置，而是設(shè)置備用電源自投裝置。

1.4 保護(hù)及自動(dòng)裝置

500kV升壓站不設(shè)網(wǎng)控室，所有信號(hào)經(jīng)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)（net control system，NCS）送至主控室進(jìn)行監(jiān)控，線(xiàn)路和母線(xiàn)保護(hù)均為雙重化配置，升壓站還配備了500kV安全穩(wěn)定裝置、相量測(cè)量裝置、故障錄波、故障信息子站、電壓自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置等自動(dòng)化設(shè)備。

發(fā)變組保護(hù)采用南瑞繼保RCS-985微機(jī)成套保護(hù)裝置，這是該型號(hào)保護(hù)設(shè)備首次應(yīng)用在百萬(wàn)千瓦級(jí)別的機(jī)組。該保護(hù)所有電量保護(hù)均為雙重化，轉(zhuǎn)子接地只投入1套，采用注入式保護(hù)裝置，注入信號(hào)頻率2 Hz；定子接地保護(hù)為2套，一套為傳統(tǒng)的“基波+三次諧波零序電壓”方式，另一套為外加低頻電源式定子接地保護(hù)裝置，注入信號(hào)頻率20 Hz。

勵(lì)磁采用ABB公司UNITROL 5000微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)，帶雙自動(dòng)通道加2個(gè)獨(dú)立的手動(dòng)通道，具有4個(gè)可控硅橋，每臂1只可控硅，3相6脈沖，以N-1的方式冗余配置，單斷口直流開(kāi)關(guān)，開(kāi)關(guān)額定電流8 kA。

1號(hào)機(jī)組電氣設(shè)備的監(jiān)控采用了現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)電氣控制系統(tǒng)（field bus electrical control system，F(xiàn)ECS），整個(gè)機(jī)組廠(chǎng)用電氣設(shè)備均納入其中。廠(chǎng)用電系統(tǒng)由分散控制系統(tǒng)（distributed control system，DCS）經(jīng)硬接線(xiàn)直接控制，所有操作均在DCS執(zhí)行，重要電氣信號(hào)量由FECS經(jīng)通訊送DCS顯示，F(xiàn)ECS只起到監(jiān)視作用，無(wú)操作功能。

2 電氣整套調(diào)試進(jìn)度

2.1 1號(hào)機(jī)組廠(chǎng)用受電

1號(hào)高壓備用變壓器備用電源來(lái)自廠(chǎng)外獨(dú)立的110kV濠海線(xiàn)。2008年9月26日110kV濠海線(xiàn)送電至1號(hào)高壓備用變，完成1號(hào)機(jī)組6kV 4段母線(xiàn)及部分400 V電力中心（power center，PC）段和馬達(dá)控制中心（motor control center，MCC）段的受電工作。

2.2 機(jī)組啟動(dòng)

2009年6月10日，1號(hào)機(jī)整套啟動(dòng)，進(jìn)行了發(fā)電機(jī)短路試驗(yàn)、發(fā)變組及高廠(chǎng)變短路試驗(yàn)、空載試驗(yàn)、勵(lì)磁調(diào)節(jié)器試驗(yàn)、主變及高廠(chǎng)變零起升壓試驗(yàn)、發(fā)變組定相試驗(yàn)。

2.3 升壓站倒送電

2009年6月13日，在500kV同桿雙回線(xiàn)路只有1條線(xiàn)路送電的情況下實(shí)現(xiàn)了升壓站倒送電。

2.4 主變及高廠(chǎng)變倒送電

2009年6月14日，由升壓站向主變及1A、1B高廠(chǎng)變同時(shí)倒送電。

2.5 首次并網(wǎng)

在進(jìn)行了發(fā)電機(jī)假同期試驗(yàn)后，1號(hào)機(jī)組于2009年6月14日首次并網(wǎng)。

2.6 機(jī)組168 h試運(yùn)

2009年6月23日完成168 h試運(yùn)行，試運(yùn)期間，機(jī)組運(yùn)行平穩(wěn)，機(jī)組負(fù)荷率100%。

3 調(diào)試中的問(wèn)題及處理

3.1 發(fā)電機(jī)短路試驗(yàn)問(wèn)題

1號(hào)機(jī)發(fā)電機(jī)短路試驗(yàn)時(shí)，勵(lì)磁變高壓側(cè)臨時(shí)勵(lì)磁電源取自6kV高壓廠(chǎng)用段。試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的輸出達(dá)到最小導(dǎo)通角15°時(shí)，發(fā)電機(jī)電流只能達(dá)到0.9倍額定電流。經(jīng)進(jìn)一步計(jì)算發(fā)現(xiàn)，即使冒著可控硅顛覆的風(fēng)險(xiǎn)，將導(dǎo)通角再減小到5°，勵(lì)磁系統(tǒng)也無(wú)法提供達(dá)到發(fā)電機(jī)額定電流所需的勵(lì)磁電流。

經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，技術(shù)協(xié)議規(guī)定的勵(lì)磁變低壓側(cè)電壓為1 100 V，而到貨的變壓器為966 V，這是導(dǎo)致發(fā)電機(jī)短路試驗(yàn)無(wú)法完成的根本原因。經(jīng)了解，同為ABB公司供貨的鄒縣電廠(chǎng)1 000MW機(jī)組勵(lì)磁變，其低壓側(cè)電壓甚至低于966 V，只有961 V，但由于該廠(chǎng)采用10kV等級(jí)的廠(chǎng)用電，因此對(duì)短路試驗(yàn)無(wú)影響。

需要說(shuō)明的是，雖然勵(lì)磁變無(wú)法滿(mǎn)足臨時(shí)接線(xiàn)方式下的短路試驗(yàn)要求，但是完全可以滿(mǎn)足機(jī)組正常運(yùn)行和強(qiáng)勵(lì)的要求。

3.2 發(fā)電機(jī)定子接地問(wèn)題

1號(hào)機(jī)組采用的外加低頻電源式定子接地保護(hù)如圖1。RCS-985U定子接地保護(hù)輔助電源裝置提供外加低頻電源，將低頻電壓電流信號(hào)注入到發(fā)電機(jī)定子繞組中。RCS-985發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置檢測(cè)注入的低頻電壓、電流信號(hào)，當(dāng)定子繞組發(fā)生接地故障，注入的電壓、電流信號(hào)隨之發(fā)生變化，RCS-985可準(zhǔn)確計(jì)算出接地故障電阻的阻值，完成注入式定子接地保護(hù)[1]。

2009年6月22日，1號(hào)機(jī)組2套定子接地保護(hù)均動(dòng)作跳閘，動(dòng)作報(bào)告及故障錄波顯示故障時(shí)，發(fā)電機(jī)定子C相電壓消失，A、B相電壓上升為線(xiàn)電壓，零序電壓突變?yōu)橄嚯妷?，如圖2（a）所示，圖中 Ua、Ub、Uc為發(fā)電機(jī)機(jī)端相電壓，U0為發(fā)電機(jī)機(jī)端零序電壓。當(dāng)機(jī)組跳閘后，零序電壓定子接地保護(hù)可以復(fù)歸，但外加電源式定子接地保護(hù)仍可測(cè)得C相接地電阻為0 kΩ，如圖2（b）所示，說(shuō)明發(fā)電機(jī)C相發(fā)生金屬接地，并且一直存在。

經(jīng)斷開(kāi)發(fā)電機(jī)封閉母線(xiàn)軟連接檢查，確認(rèn)發(fā)電機(jī)定子絕緣良好，故障點(diǎn)不在發(fā)電機(jī)。進(jìn)一步打開(kāi)封閉母線(xiàn)檢查，發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)出口斷路器與封閉母線(xiàn)的軟連接銅皮斷裂翹起，與封閉母線(xiàn)外殼內(nèi)壁接觸，封閉母線(xiàn)外殼內(nèi)壁上有多點(diǎn)白色放電痕跡，見(jiàn)圖3。據(jù)此認(rèn)定發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)正確動(dòng)作。

在這次事故中，首次應(yīng)用于百萬(wàn)千瓦機(jī)組的外加電源式定子接地保護(hù)與零序電壓式定子接地保護(hù)同時(shí)正確動(dòng)作，說(shuō)明了該保護(hù)的應(yīng)用是值得肯定的，尤其是在停機(jī)狀態(tài)下，該保護(hù)仍可測(cè)量接地電阻大小，為故障分析提供了有力支持。

3.3 勵(lì)磁電壓輸出問(wèn)題

發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)采用了轉(zhuǎn)子低電壓判據(jù)，為了防止轉(zhuǎn)子過(guò)電壓損壞微機(jī)保護(hù)裝置，設(shè)計(jì)要求勵(lì)磁電壓經(jīng)15/1的分壓電阻送給保護(hù)裝置，同時(shí)再并聯(lián)1路電壓至故障錄波器。在啟動(dòng)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)發(fā)變組保護(hù)和故障錄波器顯示的轉(zhuǎn)子電壓偏差很大。

檢查發(fā)現(xiàn)當(dāng)解開(kāi)分壓電阻至保護(hù)柜和錄波器的外接線(xiàn)，用萬(wàn)用表測(cè)量勵(lì)磁輸出電壓比較準(zhǔn)確。停機(jī)后測(cè)量勵(lì)磁系統(tǒng)轉(zhuǎn)子電壓輸出回路內(nèi)阻約為90 kΩ，發(fā)變組保護(hù)轉(zhuǎn)子電壓輸入回路內(nèi)阻約為175 kΩ，故障錄波器轉(zhuǎn)子電壓輸入回路內(nèi)阻約為100 kΩ。因此可以是勵(lì)磁系統(tǒng)分壓電阻內(nèi)阻太大，帶載能力不足。

由于ABB勵(lì)磁廠(chǎng)家不同意更改內(nèi)部電阻，因此，取消了發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)的轉(zhuǎn)子低電壓判據(jù)，改投無(wú)功反向判據(jù)，同時(shí)取消轉(zhuǎn)子電壓的故障錄波功能。

3.4 定子勵(lì)端定子鐵心溫度問(wèn)題

當(dāng)1號(hào)機(jī)組升負(fù)荷至640MW時(shí)，DCS顯示定子勵(lì)端定子鐵心（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“壓指”）溫度的2個(gè)溫度測(cè)點(diǎn)均發(fā)生突變，由30℃突變至70℃，以后壓指溫度隨著機(jī)組負(fù)荷的變化而變化。當(dāng)機(jī)組滿(mǎn)負(fù)荷時(shí)，壓指溫度最高值達(dá)到116℃，逼近120℃的上限跳閘值，嚴(yán)重威脅機(jī)組168 h試運(yùn)的順利進(jìn)行。升負(fù)荷過(guò)程中壓指溫度變化見(jiàn)圖4。

在滿(mǎn)負(fù)荷的情況下，壓指溫度的變化與勵(lì)磁電流有著密切的關(guān)系，如圖5所示。勵(lì)磁電流減小，壓指溫度上升；勵(lì)磁電流增大，壓指溫度下降。據(jù)此，在整個(gè)168 h試運(yùn)期間，通過(guò)控制勵(lì)磁電流將壓指溫度始終控制在110℃以下，保證了試運(yùn)順利進(jìn)行。

根據(jù)文獻(xiàn)[2]，當(dāng)發(fā)電機(jī)進(jìn)相時(shí)，定子端部邊段壓指等部件中，將會(huì)通過(guò)相當(dāng)大的漏磁，該漏磁在空間與轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)但與定子有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因此在該部件中會(huì)感應(yīng)渦流和磁滯損耗，引起發(fā)熱。1號(hào)機(jī)組壓指溫度在多大程度上限制機(jī)組的進(jìn)相運(yùn)行，還需通過(guò)進(jìn)一步試驗(yàn)確定。

4 關(guān)于廠(chǎng)用電切換改造的設(shè)想

4.1 問(wèn)題提出

目前設(shè)計(jì)認(rèn)為發(fā)電機(jī)出口設(shè)置斷路器時(shí)，廠(chǎng)用電可考慮很高，不會(huì)發(fā)生廠(chǎng)用電全失的故障，這種設(shè)計(jì)思想是值得商榷的。因?yàn)?號(hào)機(jī)組啟動(dòng)期間就已經(jīng)發(fā)生了因?yàn)楸Ｗo(hù)問(wèn)題而導(dǎo)致廠(chǎng)用電全停的事故。另外，現(xiàn)設(shè)計(jì)中廠(chǎng)用電備自投延時(shí)切換方式也很不完善。此方式下只有全部負(fù)荷開(kāi)關(guān)均跳閘后，才啟動(dòng)備用電源切換，起不到安全停機(jī)的作用；而且一旦2臺(tái)以上的機(jī)組備自投同時(shí)動(dòng)作，將導(dǎo)致備用變過(guò)載跳閘。最后一點(diǎn)，這種方式考慮到機(jī)組大修后啟動(dòng)的廠(chǎng)用電源切換問(wèn)題，必須要求運(yùn)行人員對(duì)全部開(kāi)關(guān)進(jìn)行手動(dòng)操作切換，大量開(kāi)關(guān)操作增加了勞動(dòng)強(qiáng)度和誤操作的風(fēng)險(xiǎn)。

4.2 改造可行性探討

按照華能海門(mén)電廠(chǎng)廠(chǎng)用電接線(xiàn)方式，備變和高廠(chǎng)變間的電壓是存在功角的，其大小受機(jī)組負(fù)荷、線(xiàn)路運(yùn)行方式等因素影響，在某些情況下可能很大，導(dǎo)致備變和高廠(chǎng)變之間不能“并聯(lián)”切換。但是現(xiàn)在微機(jī)快速切換裝置都有“串聯(lián)”切換功能，即先跳后合的切換方式。實(shí)踐證明這種方式的成功率是很高的[3]，而且切換時(shí)間可以很短（小于50 ms），因此，采用快速切換裝置是完全可行的。

4.3 改造方案設(shè)想

由于備用變?nèi)萘恐荒軡M(mǎn)足1臺(tái)機(jī)組的廠(chǎng)用負(fù)荷，因此，當(dāng)任一臺(tái)機(jī)組啟動(dòng)廠(chǎng)用電切換后，必須閉鎖其余3臺(tái)機(jī)組的切換。這種思路可以用加裝中間繼電器的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，天津楊柳青電廠(chǎng)5～8號(hào)機(jī)組的廠(chǎng)用電切換回路就是這樣設(shè)計(jì)并運(yùn)行的。但這種方法的缺點(diǎn)是回路復(fù)雜，敷設(shè)電纜過(guò)多，改造工作量大。

本文根據(jù)海門(mén)電廠(chǎng)的實(shí)際情況，提出利用DCS實(shí)現(xiàn)4臺(tái)機(jī)組廠(chǎng)用電快速切換系統(tǒng)之間的邏輯閉鎖，將以上方法中的硬接線(xiàn)由軟件邏輯實(shí)現(xiàn)，在滿(mǎn)足要求的前提下，大大簡(jiǎn)化了二次回路，節(jié)約了成本。

如圖6所示，將目前的備自投裝置換為快速切換裝置，原來(lái)的二次電纜全部保留，僅增加到DCS的電纜。在保護(hù)啟動(dòng)切換的回路中串入DCS發(fā)出的“允許/閉鎖”常閉觸點(diǎn)，當(dāng)其余任一段切換動(dòng)作后，常閉觸點(diǎn)分開(kāi)，閉鎖本段“啟動(dòng)切換”命令發(fā)出，本段快切裝置不會(huì)啟動(dòng)切換，從而實(shí)現(xiàn)了只能有1臺(tái)機(jī)組啟動(dòng)切換的功能。采取這種“允許式”閉鎖可以避免2臺(tái)以上機(jī)組同時(shí)動(dòng)作的啟動(dòng)切換“競(jìng)爭(zhēng)”問(wèn)題。另外，由于DCS邏輯可以在線(xiàn)編程，因此這種方法可以實(shí)現(xiàn)靈活的閉鎖邏輯，大大優(yōu)于繼電器硬線(xiàn)閉鎖方法。這種方法的缺點(diǎn)是跨越電氣、熱控2個(gè)專(zhuān)業(yè)，實(shí)現(xiàn)起來(lái)需要2個(gè)專(zhuān)業(yè)互相配合，協(xié)調(diào)難度較大。

5 結(jié)論

海門(mén)電廠(chǎng)1號(hào)機(jī)組是南方電網(wǎng)首臺(tái)百萬(wàn)千瓦級(jí)火電機(jī)組，其整套啟動(dòng)調(diào)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題值得總結(jié)思考：如短路試驗(yàn)問(wèn)題固然是廠(chǎng)家供貨不符合要求，但如果當(dāng)初設(shè)計(jì)時(shí)要求勵(lì)磁變有分接檔位，此問(wèn)題也可避免；而定子端部鐵心溫度問(wèn)題廠(chǎng)家至今沒(méi)有給出圓滿(mǎn)的解釋?zhuān)瑢?duì)此后續(xù)機(jī)組應(yīng)特別注意；至于廠(chǎng)用電切換，在目前快切裝置已經(jīng)很成熟的情況下，是否還一定要按照規(guī)程設(shè)計(jì)為備自投方式，值得商榷。

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