一起大型火力發(fā)電廠同期并網(wǎng)異常分析

周 全，王際華，徐海寧，呂季平

（1.華潤電力（海豐）有限公司，廣東汕尾516468；2.國網(wǎng)舟山供電公司，浙江舟山316000）

一起大型火力發(fā)電廠同期并網(wǎng)異常分析

周 全1，王際華1，徐海寧2，呂季平1

（1.華潤電力（海豐）有限公司，廣東汕尾516468；2.國網(wǎng)舟山供電公司，浙江舟山316000）

某電廠一期工程2×1000MW超臨界燃煤發(fā)電機組使用SID-2FY智能復(fù)用型同期裝置作為發(fā)電機同期并網(wǎng)裝置。在DCS上進行同期并網(wǎng)操作時，存在同期裝置難以捕捉允許頻差值，機組投運初期經(jīng)常發(fā)生同期并網(wǎng)失敗等問題。對同期并網(wǎng)裝置參數(shù)、控制回路、DCS邏輯進行分析，經(jīng)過系統(tǒng)參數(shù)調(diào)整，提出了行之有效的改進方案，解決了上述問題。該方法有效地縮短了同期并網(wǎng)時間，值得推廣、借鑒。

同期并網(wǎng)；調(diào)頻；發(fā)電機；發(fā)電機出口斷路器；GCB

1 前言

根據(jù)GB50660-2011《大中型火力發(fā)電廠設(shè)計規(guī)范》［1］16.2.6及其條文說明所述：“600MW級以上機組，根據(jù)工程具體情況，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟論證合格時，在發(fā)電機與變壓器之間可裝設(shè)發(fā)電機斷路器或負荷開關(guān)?！币约皣獍l(fā)電機出口斷路器（簡稱GCB）產(chǎn)品技術(shù)性能的高成熟度、發(fā)電機出口斷路器接線方式的技術(shù)性和經(jīng)濟性突出等特點［2］，越來越多的新建大型火力發(fā)電廠采取加裝發(fā)電機出口斷路器的配置方式［3］。某電廠一期工程2臺發(fā)變組一次接線均為發(fā)電機帶出口斷路器，在此接線方式下，發(fā)電機出口斷路器成為機組并網(wǎng)的同期點。由此，在每次機組啟動時，同期問題是機組能否成功并網(wǎng)的關(guān)鍵。

電廠同期并網(wǎng)系統(tǒng)的基本構(gòu)成主要有無刷勵磁隱極式同步發(fā)電機，系統(tǒng)側(cè)帶隔離刀閘和接地刀閘、發(fā)電機側(cè)帶接地刀閘成套大容量斷路器，電壓互感器選用鐵芯式電壓互感器，SID-2FY智能復(fù)用型微機同期裝置、DCS分散控制系統(tǒng)、DEH汽輪機數(shù)字電液控制系統(tǒng)、勵磁系統(tǒng)。

2 同期并網(wǎng)存在的問題

GCB兩側(cè)一次系統(tǒng)電壓通過TV1、TV2變換成二次電壓送到微機同期裝置，如圖1所示。微機同期裝置通過比較發(fā)電機端和電網(wǎng)系統(tǒng)的電壓頻率、相角、幅值判別機組是否滿足同期并網(wǎng)條件，發(fā)出加、減速調(diào)整指令給DEH電液調(diào)整系統(tǒng)，發(fā)出增、減磁（升壓、降壓）指令給發(fā)電機勵磁系統(tǒng)AVR；DEH電液調(diào)整系統(tǒng)執(zhí)行加、減速調(diào)整指令；微機勵磁系統(tǒng)執(zhí)行升壓、降壓指令；DCS控制系統(tǒng)為各個環(huán)節(jié)的協(xié)調(diào)工作提供一個銜接平臺，并建立友好的人機界面，操作指令和調(diào)整指令按照一定的邏輯有序進行［4］。電廠發(fā)電機與電網(wǎng)系統(tǒng)并網(wǎng)前斷路器兩側(cè)電壓源分屬于不同系統(tǒng)，并網(wǎng)前頻率、電壓都可能不相同，所以采用差頻并網(wǎng)模式，如果滿足同期條件將發(fā)出GCB合閘指令，如果不滿足并網(wǎng)條件將通過發(fā)送調(diào)壓脈沖至AVC（自動電壓調(diào)節(jié)器），調(diào)整發(fā)電機出口電壓，如果頻率不滿足合閘條件，將發(fā)出調(diào)頻脈沖至DEH（汽輪機數(shù)字電液控制系統(tǒng)），調(diào)整汽輪機轉(zhuǎn)速，直到頻差滿足要求，在頻差和壓差都在整定范圍，同期裝置將會啟動，首次捕捉一次出現(xiàn)的零相差進行無沖擊并網(wǎng)［5,6］。

圖1 同期并網(wǎng)系統(tǒng)配置圖

2.1 同期并網(wǎng)流程

（1）接指令發(fā)電機自動準(zhǔn)同期并網(wǎng)；

（2）檢查發(fā)電機系統(tǒng)、勵磁系統(tǒng)正常；

（3）同期裝置電源開關(guān)合上，單雙側(cè)無壓切換開關(guān)WY切至“同期”位置，同期方式選擇開關(guān)GDK切至“工作”位置；

（4）發(fā)電機轉(zhuǎn)速達到3000rpm定速；

（5）發(fā)電機出口開關(guān)熱備用，操作選擇開關(guān)切至“遠方”位置；

（6）勵磁系統(tǒng)疊加控制方式選擇“退出”位置，勵磁系統(tǒng)投“自動”方式、AVR自動運行方式；

（7）勵磁系統(tǒng)投入正常、滅磁開關(guān)自動合閘、發(fā)電機開始起勵、發(fā)電機出口電壓升至27kV；

（8）在DCS同期系統(tǒng)畫面進行“同期裝置上電”投入操作，同期裝置上電正常；

（9）DCS畫面確認“DEH請求同期”已允許；

（10）DCS畫面進入2號發(fā)電機同期系統(tǒng)“啟動同期”窗口，點擊“啟動”按鈕；

（11）2s后裝置同期啟動，118s后報“同期超時失敗”。

因達到設(shè)置的裝置允許同期時間而合閘未成功，裝置同期超時，報警并進入閉鎖狀態(tài)，提示“同期超時失敗”。

回顧此次同期并網(wǎng)失敗，整個并網(wǎng)操作流程不存在任何問題，但在整個過程中同期裝置未發(fā)出加、減速和增、減磁指令，未發(fā)出合閘指令，因此，真正導(dǎo)致同期并網(wǎng)失敗的原因需要進一步去梳理、探尋。

2.2 同期裝置定值檢查

表1 SID-2FY/T同期裝置部分定值清單

2.3 控制回路檢查

如圖2所示，在103A和103之間接入發(fā)電機出口斷路器合閘回路，短接該回路，開關(guān)能正常合閘。DTK12是同期裝置電源開關(guān)的輔助接點，能正常接通。TJJ為TV1、TV2的電壓檢測繼電器輔助接點，電壓正常時該輔助接點閉合。GTK轉(zhuǎn)換把手在并網(wǎng)時置于“工作”位置，接點為接通狀態(tài)。HJ繼電器的兩對串聯(lián)接點經(jīng)過校驗，HJ繼電器動作是串聯(lián)接點能正常閉合。最后發(fā)現(xiàn)同期裝置的JK5出口插件的14、16觸點未接通，而14、16觸點未接通是因為未滿足同期條件，同期裝置未出口。說明同期合閘回路不存在問題。

圖2 控制回路原理圖

2.4 從同期并網(wǎng)三要素進行分析

在滿足頻差、壓差、相角差的并網(wǎng)三要素的前提下，方可實現(xiàn)安全可靠的機組并網(wǎng)［8］。因此，從最基本的原理角度進行分析以探尋并網(wǎng)失敗的真實原因。

同期并網(wǎng)時，發(fā)現(xiàn)TV1和TV2的電壓差在允許范圍內(nèi)，壓差不超過±0.78kV的偏差；發(fā)電機端頻率在50.15Hz附近波動，而電網(wǎng)頻率保持在50Hz不變。經(jīng)過確認，發(fā)電機廠家為避免并網(wǎng)后發(fā)生突發(fā)性潮流再次分配、超出線路的靜穩(wěn)極限引發(fā)系統(tǒng)失步、汽輪機轉(zhuǎn)速下降過大導(dǎo)致機組失穩(wěn)、線路的繼電保護誤動作等惡劣情況發(fā)生，建議并網(wǎng)前汽輪機轉(zhuǎn)速在DCS邏輯中設(shè)置為3009r/min，并網(wǎng)后的轉(zhuǎn)速設(shè)置為3000r/min。汽輪機轉(zhuǎn)速在定速后會有±1r/min的誤差。同期裝置的合閘頻差范圍在50±0.15Hz，也就是轉(zhuǎn)速范圍在2991-3009r/min內(nèi)符合并網(wǎng)條件，而這恰好是汽輪機的并網(wǎng)前額定轉(zhuǎn)速在頻差合閘條件的邊界。當(dāng)波動到頻差超限時，同期裝置剛要發(fā)出減速脈沖指令時，頻差又波動到頻差超限范圍內(nèi)，這時同期裝置準(zhǔn)備捕捉合閘角，頻差又波動到超限，裝置又未發(fā)出動作指令。如此往復(fù)，同期裝置一直在尋找合適頻差和適當(dāng)?shù)南辔唤牵?18s內(nèi)未找到同期滿足條件，最終“同期失敗”。

3 解決方案

同期裝置定值經(jīng)過核算，由長期經(jīng)驗積累與實踐得知不能做變動。與發(fā)電機廠家技術(shù)人員進行商討，最后將發(fā)電機并網(wǎng)前定速由3009r/min改為3005r/min。下面從并網(wǎng)三要素的角度來驗證轉(zhuǎn)速改為3005r/min的合理性。

電壓差值ΔU=Us-Ug，Us由電網(wǎng)決定并保持在57.7V。并網(wǎng)前發(fā)電機為空載運行，空載時的電樞繞組感應(yīng)電動勢為發(fā)電機的空載電動勢E0，此時E0等于定子端電壓Ug。空載運行電動勢E0=4.44fNkN1Φ0。當(dāng)發(fā)電機轉(zhuǎn)速由3009r/min降低至3005r/min時，同期裝置發(fā)出調(diào)壓脈沖至AVR，提升勵磁電流。由同步發(fā)電機空載運行特性可知，此時發(fā)電機主磁通Φ0將會增大，仍然可保證E0保持在恒定值，即轉(zhuǎn)速改變時Ug可保持不變，符合-5%≤ΔU≤5%，達到并網(wǎng)條件之一?？梢娦》淖儼l(fā)電機轉(zhuǎn)速并不影響發(fā)電機并網(wǎng)電壓。

頻率差值Δf=fs-fg，頻率作為機械參量直接與發(fā)電機轉(zhuǎn)速相關(guān)。當(dāng)轉(zhuǎn)速由3009r/min改為3005r/min時，頻率f由50.15Hz降為50.08Hz，Δf=50-50.08= 0.08Hz，滿足-0.15Hz≤Δf≤0.15Hz。因此轉(zhuǎn)速改變后進一步縮小頻差，更利于發(fā)電機成功并網(wǎng)。

相角差值ΔΦ=Φs-Φg，在啟動同期裝置后，通過比較Us和Ug的電壓相位差，裝置以精確嚴密的數(shù)學(xué)模型差頻并網(wǎng)時，捕捉到第一次出現(xiàn)的零相角差，進行無沖擊并網(wǎng)。因此，同期并網(wǎng)時要求ΔΦ=0是通過同期裝置本身實現(xiàn)，與發(fā)電機轉(zhuǎn)速的調(diào)整無關(guān)。

經(jīng)過多次同期并網(wǎng)測試，由同期啟動到并網(wǎng)成功最短僅需4s，最長需8s就能順利并網(wǎng)。從圖3中的同期裝置錄波中可以看出，在捕捉到第一次出現(xiàn)的零相差時就能成功并網(wǎng)，極大提高并網(wǎng)速率。

圖3 同期裝置錄波圖

值得指出的是，并網(wǎng)前發(fā)電機轉(zhuǎn)速降低的直接原因是汽輪機出力降低。汽輪機出力由蒸汽壓力、溫度、流量決定，這意味著并網(wǎng)前汽輪機參數(shù)可能會較低。通常機組并網(wǎng)前蒸汽流量由轉(zhuǎn)速決定，機組并網(wǎng)后蒸汽流量由功率決定，為防止并網(wǎng)時轉(zhuǎn)速下降使得發(fā)電機產(chǎn)生逆功率，建議并網(wǎng)前合理調(diào)整調(diào)門開度、適當(dāng)提高蒸汽參數(shù)、增加負荷，有利于并網(wǎng)過程的順利進行。

4 結(jié)束語

發(fā)電機組能否同期并網(wǎng)決定著機組啟動的順利程度，會直接對發(fā)電廠運行的經(jīng)濟性產(chǎn)生重大影響。當(dāng)發(fā)生同期并網(wǎng)失敗的情況時，應(yīng)從以下幾個方面進行仔細梳理。

（1）梳理并網(wǎng)指令流程。

檢查并網(wǎng)指令流程是否存在漏項、順序顛倒等情況，形成發(fā)電廠內(nèi)部的固定模式，運行操作人員熟練掌握。

（2）檢查同期裝置定值。

仔細檢查定值是否正確、是否被人為篡改，并形成定值審批制度，修改后的定值打印后由當(dāng)事人及分管領(lǐng)導(dǎo)簽字備案，確保定值的正確性。

（3）檢查發(fā)電機出口斷路器合閘回路。

仔細檢查發(fā)電機出口斷路器合閘回路中各器件、回路的完好程度，避免因為器件失效等原因造成GCB無法合閘。

（4）檢查發(fā)電機側(cè)與系統(tǒng)側(cè)的頻差、壓差、相角差。

從并網(wǎng)三要素來尋找并網(wǎng)失敗的真正原因是最直接的解決方法，逐漸縮小問題范圍，探究出真正的問題點。

從該電廠運行初期的并網(wǎng)案例及分析可以看出，同期系統(tǒng)參數(shù)的整定配合至關(guān)重要。在發(fā)電機廠家沒有遇到此類問題的情況下，結(jié)合自身機組的實際情況，最終通過對發(fā)電機并網(wǎng)前定速參數(shù)的修改達到了成功、高效并網(wǎng)的目的，為今后機組安全穩(wěn)定的運行提供了經(jīng)驗積累，值得其它百萬機組參考、借鑒。

［1］GB 50660-2011，大中型火力發(fā)電廠設(shè)計規(guī)范［S］.北京：中國計劃出版社，2011.

［2］羅炳林.論電氣主接線與裝設(shè)發(fā)電機出口斷路器的關(guān)系［J］.電力建設(shè)，2005，26（3）：5-7，38.

［3］孫浩波.大機組采用發(fā)電機出口斷路器的技術(shù)優(yōu)勢分析［J］.華北電力技術(shù)，2008，（8）：29-31.

［4］陳乃鵬，董興泉，岳文科.發(fā)電機DCS同期并網(wǎng)的問題及策略［J］.電力系統(tǒng)保護與控制，2009，37（15）：124-127.

［5］深圳智能設(shè)備開發(fā)有限公司.SID-2FY智能復(fù)用型同期裝置技術(shù)說明書.

［6］胡航帆.同期并網(wǎng)存在的問題及對策［J］.黑龍江電力，2011，33（6）：475-477.

［7］任德寧.發(fā)電機同期系統(tǒng)參數(shù)不匹配造成并網(wǎng)沖擊的分析［J］.寧夏電力，2009（z1）：40-43.

［8］唐建輝，黃紅荔.電力系統(tǒng)自動裝置［M］.北京：中國電力出版社，2005：8-21.

Analysis on an abnormal synchronization of fossil fired power plant

ZHOU Quan1，WANG Ji-hua1，XU Hai-ning2，LV Ji-ping1
（1.China Resources Power（Haifeng）Co.，Ltd.，Shanwei 516468，China；2.State Grid Zhoushan Power Supply Company，Zhoushan 316000，China）

The first-stage project 2×1000MW ultra supercritical coal-fired generating sets of China Resources Power（Haifeng）Co.，Ltd.，take SID-2FY intelligent multiplexing synchronization device as its power-grid synchronizing device.The synchronization failure always happens during its initial operation especially when operating on the DCS because of the capture failure of the allowable frequency difference value.By analyzing the parameters，the control circuit and the DCS logic，the effective schemes and improved technical solutions are presented，which can solve the problems successfully.The scheme and solution can shorten the synchronizing time effectively and has practical application value.

synchronization；frequency regulation；generator；generator circuit breaker；GCB

TM314+.9

A

1005—7277（2016）03—0044—04

周 全（1985-），男，從事發(fā)電廠電氣專業(yè)的技術(shù)管理工作。

2016-04-12

王際華（1985-），男，工程師，碩士，從事發(fā)電廠電氣專業(yè)的技術(shù)管理工作。