氯堿企業(yè)外電網(wǎng)故障時保證發(fā)電機(jī)組孤網(wǎng)運(yùn)行的措施

徐加朋

(山東能源新汶礦業(yè)集團(tuán)泰山鹽化工分公司，山東 泰安 271024)

【供電與整流】

氯堿企業(yè)外電網(wǎng)故障時保證發(fā)電機(jī)組孤網(wǎng)運(yùn)行的措施

徐加朋*

(山東能源新汶礦業(yè)集團(tuán)泰山鹽化工分公司，山東 泰安 271024)

氯堿企業(yè)；汽輪發(fā)電機(jī)組；孤網(wǎng)運(yùn)行；控制系統(tǒng)

針對某公司供電系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)，制定發(fā)電機(jī)組孤網(wǎng)運(yùn)行方案，提出保證發(fā)電機(jī)組孤網(wǎng)運(yùn)行的措施，在外電網(wǎng)波動或故障停電的情況下讓發(fā)電機(jī)與外電網(wǎng)解列，孤網(wǎng)運(yùn)行，解決外電網(wǎng)失電等外界因素致使企業(yè)電網(wǎng)停電的問題，提高了電力系統(tǒng)的可靠性，達(dá)到了連續(xù)供電、確保安全生產(chǎn)的目的。

隨著企業(yè)規(guī)模的擴(kuò)大，氯堿企業(yè)能源浪費(fèi)的現(xiàn)象較為突出，各企業(yè)利用余熱、余汽、高壓抽氣等發(fā)電，自發(fā)自用，提高功率因數(shù)，穩(wěn)定系統(tǒng)電壓，符合國家節(jié)能減排的政策要求，也適應(yīng)企業(yè)節(jié)能降耗的需求。山東能源新汶礦業(yè)集團(tuán)泰山鹽化工分公司(以下簡稱“新礦鹽化工”)擁有10萬t/a離子膜法燒堿、10萬t/a聚氯乙烯生產(chǎn)規(guī)模，以及與其配套的熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目3臺30 MW抽凝發(fā)電機(jī)組。運(yùn)行期間，在2009年發(fā)生了兩起發(fā)動機(jī)脫網(wǎng)跳停事故，導(dǎo)致供電系統(tǒng)大面積停電，生產(chǎn)裝置停車事故，給新礦鹽化工的安全生產(chǎn)造成嚴(yán)重影響。兩次事故原因均是由于機(jī)組在外電網(wǎng)失電情況下無法實(shí)現(xiàn)快速合理減載，進(jìn)而無法達(dá)到發(fā)電機(jī)組孤網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的目的，最后，在機(jī)組跳閘后造成供電系統(tǒng)大面積失電，引發(fā)了停車事故。氯堿企業(yè)生產(chǎn)離不開外界環(huán)境因素，由于外電網(wǎng)故障、雷電、臺風(fēng)襲擊,以及自備發(fā)電機(jī)組故障跳停等因素導(dǎo)致的全部停電、部分停電、嚴(yán)重晃電每年都有，嚴(yán)重威脅著企業(yè)的安全生產(chǎn)。針對公司供電系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)，新礦鹽化工制定發(fā)電機(jī)組孤網(wǎng)運(yùn)行方案，提出保證發(fā)電機(jī)組孤網(wǎng)運(yùn)行的措施，能夠讓發(fā)電機(jī)在外電網(wǎng)波動或故障停電的情況下與外電網(wǎng)解列，孤網(wǎng)運(yùn)行，解決外電網(wǎng)失電等外界因素致使企業(yè)電網(wǎng)停電的問題，提高了電力系統(tǒng)的可靠性，達(dá)到了連續(xù)供電、確保安全生產(chǎn)的目的。

1 電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行狀況

如圖1所示：新礦鹽化工10 kV和35 kV主電源由設(shè)置在附近的110 kV泰安滿莊變電所提供，該變電所內(nèi)設(shè)2臺容量均為65 M·VA的變壓器，電壓變比為110 kV/35 kV/10 kV。供電系統(tǒng)配有5臺自備發(fā)電機(jī)組、1座35 kV用戶配和4座10 kV裝置區(qū)域用戶配、5座10 kV發(fā)動機(jī)母線裝置配以及16座0.4 kV低配，總用電負(fù)荷約為155 MW，系統(tǒng)接線方式均為單母分段。

圖1 新礦鹽化工電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行狀況示意圖

Fig.1 Illustration of actual operation condition of power network at Taishan Salt Chemical Branch, Shandong Energy Xinwen Mining Group Co., Ltd.

正常運(yùn)行方式為滿莊變電所110 kV母線為分列運(yùn)行，Ⅰ段進(jìn)線開關(guān)和 Ⅱ段進(jìn)線開關(guān)運(yùn)行、母分開關(guān)熱備用；化工裝置區(qū)域用戶配35 kV系統(tǒng)有4段單母線，分3段運(yùn)行。1#、2#與3#發(fā)動機(jī)發(fā)電負(fù)荷通過3臺升壓變壓器分別與整流3段母線并網(wǎng)運(yùn)行。2座10 kV用戶配和0.4 kV系統(tǒng)分列運(yùn)行，一分到底。母分開關(guān)熱備用，備用電源快速切換裝置投人運(yùn)行。

2 孤網(wǎng)運(yùn)行對汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的要求

孤網(wǎng)形成時的初始階段，首先是受大干擾沖擊，電壓瞬間降低，電動機(jī)堵轉(zhuǎn)，低電壓繼電器動作，但還未達(dá)到整定跳閘時間。保護(hù)在幾十毫秒動作之后形成孤網(wǎng)時，又面臨有功負(fù)荷的不平衡，以及機(jī)組的機(jī)械功率和電磁功率的不平衡。系統(tǒng)無功因電動機(jī)堵轉(zhuǎn)惡性循環(huán)而更加降低，發(fā)電機(jī)因電壓降低而出力不足，自動調(diào)壓、調(diào)頻、低周等信號同時發(fā)出，事故告警動作。

為適應(yīng)發(fā)動機(jī)孤網(wǎng)運(yùn)行的要求，汽輪機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)具備如下4個特性。

(1)調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)采用帶有比例控制器的有差調(diào)節(jié)，各機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置相同的轉(zhuǎn)速不等率，一般取4.5%～5.0%，以適應(yīng)負(fù)荷分配的需要。

(2)對于單機(jī)帶負(fù)荷機(jī)組，應(yīng)具備手動或自動調(diào)頻功能。

(3)油動機(jī)動作行程應(yīng)在一次調(diào)頻的范圍內(nèi)。

(4)機(jī)組的調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)調(diào)節(jié)靈敏，遲緩率小，動態(tài)響應(yīng)快。

3 自備發(fā)電機(jī)組孤網(wǎng)運(yùn)行須解決的問題

對于氯堿企業(yè)，由于其生產(chǎn)的高危險性，要求其供電必須高度安全。其中，自備電廠汽輪機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行和控制十分關(guān)鍵。為此，氯堿企業(yè)一般要求配置雙電源供電，普遍采用的方式是地方電網(wǎng)配置雙電源供電，自備發(fā)電機(jī)組作為備用保障電源。正常運(yùn)行時，企業(yè)內(nèi)部電網(wǎng)與地方電網(wǎng)并網(wǎng)；在外電網(wǎng)故障時，自備發(fā)電機(jī)組必須保證脫網(wǎng)后自保，并及時調(diào)整發(fā)電負(fù)荷，維持孤網(wǎng)正常運(yùn)行，保證企業(yè)內(nèi)部電網(wǎng)的安全。

氯堿企業(yè)的自備發(fā)電機(jī)組孤網(wǎng)運(yùn)行須解決發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)如下3個問題。

(1)須安裝1套可靠的低周減載裝置作為脫網(wǎng)后發(fā)動機(jī)的自動減負(fù)載工具，避免自備發(fā)電機(jī)組因低周波跳閘。

(2)孤網(wǎng)運(yùn)行時，要求汽輪發(fā)電機(jī)組具備良好的一次調(diào)頻到位，就可以穩(wěn)定頻率的性能。

(3)當(dāng)機(jī)組甩負(fù)荷時，不僅要保證發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速在安全值內(nèi)，還要盡快穩(wěn)定電壓，保證廠用電的供給。

4 發(fā)電機(jī)系統(tǒng)保護(hù)須采取的措施

發(fā)電機(jī)系統(tǒng)保護(hù)須重新計(jì)算調(diào)整，并做好系統(tǒng)試驗(yàn)[1]。

(1)發(fā)電機(jī)增加橫差保護(hù)，確保發(fā)電機(jī)的安全。

(2)勵磁系統(tǒng)增加自動強(qiáng)勵功能，發(fā)生事故時確保機(jī)組自救。

(3)過電壓保護(hù)及單相接地保護(hù)是通過在發(fā)電機(jī)機(jī)端和饋線柜處增設(shè)零序電流保護(hù)來實(shí)現(xiàn)的， 避免系統(tǒng)產(chǎn)生持續(xù)的弧光過電壓而引發(fā)電壓互感器燒毀、 避雷器爆炸事故。

(4)發(fā)電機(jī)組、整流變壓器增設(shè)低頻、 高頻、 低電壓、 過電壓保護(hù)。發(fā)電機(jī)組和整流變的保護(hù)上、下級具有選擇性。

(5)為了安全起見，當(dāng)整流變壓器因自身原因突然跳閘時， 電網(wǎng)沖擊大，汽輪發(fā)電機(jī)負(fù)荷難以及時調(diào)整，可以增設(shè)電流突變保護(hù)，來保護(hù)發(fā)電機(jī)組。

(6)當(dāng)機(jī)組緊急停運(yùn)后，為了不影響供熱的大幅變化，須增加保證蒸汽供應(yīng)的旁路措施。

(7)當(dāng)單臺機(jī)組緊急停運(yùn)后，負(fù)荷影響非常大。為了保證其他機(jī)組的正常運(yùn)行，應(yīng)連鎖減載部分整流負(fù)荷。

5 改進(jìn)汽輪發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)的方案

針對發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)出現(xiàn)的問題，提出改進(jìn)汽輪發(fā)電機(jī)組為數(shù)字電液DEH控制系統(tǒng)的方案。

(1)應(yīng)用先進(jìn)控制系統(tǒng)。建議采用改進(jìn)的汽輪發(fā)電機(jī)組數(shù)字電液DEH控制系統(tǒng)，來提高機(jī)組的一次調(diào)頻能力，并設(shè)計(jì)二次調(diào)頻動作方案。

(2)實(shí)施轉(zhuǎn)速加速度控制，通過實(shí)時計(jì)算汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的加速度。當(dāng)其達(dá)到某一規(guī)定值時，觸發(fā)相關(guān)的控制。

(3)根據(jù)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速加速度計(jì)算出甩負(fù)荷的程度，在汽輪機(jī)調(diào)速汽門的調(diào)節(jié)PID輸出指令上，增加附加轉(zhuǎn)速的微分作用，并加大氣門調(diào)節(jié)增益，用以彌補(bǔ)和改善動態(tài)響應(yīng)的速度特性。

(4)當(dāng)甩負(fù)荷達(dá)到規(guī)定值后，控制系統(tǒng)自動以負(fù)荷設(shè)定值跟蹤實(shí)際負(fù)荷，以消除負(fù)荷調(diào)節(jié)回路負(fù)偏差對調(diào)頻回路正偏差的影響。

(5)改進(jìn)汽輪機(jī)的OPC功能，將動作轉(zhuǎn)速從103%提高到105%，以利于一次調(diào)頻，并及時控制轉(zhuǎn)速的升降，減少機(jī)組振蕩，使發(fā)電機(jī)快速恢復(fù)平穩(wěn)運(yùn)行[2]。

6 孤網(wǎng)運(yùn)行時保證系統(tǒng)電能質(zhì)量的措施

發(fā)電機(jī)孤網(wǎng)運(yùn)行時，應(yīng)使發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓、 電壓偏差、頻率偏差、三相不平衡度，以及功率因數(shù)等指標(biāo)符合國家標(biāo)準(zhǔn)，因此要采取相應(yīng)的措施。

(1)為了提高汽輪機(jī)組調(diào)節(jié)品質(zhì)，減小頻率偏差，建議汽輪機(jī)調(diào)節(jié)使用技術(shù)日趨成熟的數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

(2)為了保證系統(tǒng)電壓及電壓偏差，發(fā)電機(jī)勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)應(yīng)采用微機(jī)靜止勵磁調(diào)節(jié)裝置，以便實(shí)現(xiàn)自動或手動控制。

7 孤網(wǎng)運(yùn)行時發(fā)電機(jī)的相關(guān)操作

(1)單機(jī)孤網(wǎng)運(yùn)行時可以通過零升壓或單側(cè)無壓兩種方式送電。

(2)網(wǎng)中有幾臺機(jī)組并列運(yùn)行時，發(fā)電機(jī)的并列操作采用準(zhǔn)同步法。

8 孤網(wǎng)運(yùn)行注意事項(xiàng)

(1)當(dāng)有幾臺發(fā)電機(jī)組并列運(yùn)行時，要保持小容量機(jī)組負(fù)荷穩(wěn)定，讓單機(jī)容量較大的機(jī)組擔(dān)任負(fù)荷調(diào)整任務(wù)。

(2)生產(chǎn)中啟動、停止大容量用電設(shè)備要事先與發(fā)電機(jī)操作人員取得聯(lián)系，做好準(zhǔn)備，防止出現(xiàn)事故。

(3)在孤網(wǎng)中擔(dān)任調(diào)整任務(wù)的機(jī)組盡量采用手動控制，注意隨時調(diào)整有功、無功，盡量穩(wěn)定發(fā)電機(jī)的電壓和頻率。

(4)當(dāng)發(fā)電機(jī)孤網(wǎng)運(yùn)行時，機(jī)端電壓和頻率穩(wěn)定性差，如果調(diào)解不及時隨時可能發(fā)生大量甩負(fù)荷，甚至發(fā)生外界全部停產(chǎn)事故，應(yīng)做好事故預(yù)判，搞好應(yīng)急事故演習(xí)工作。

(5)當(dāng)采用孤網(wǎng)運(yùn)行后，機(jī)、電、爐人員配合要默契，并對運(yùn)行人員的技術(shù)要求相對較高。

(6)要特別注意發(fā)電機(jī)的保護(hù)設(shè)置及定值的整定，應(yīng)能滿足三相電流不平衡、 電壓擺動大的要求。

(7)發(fā)電機(jī)孤網(wǎng)運(yùn)行時，在任何情況下都要保證發(fā)電廠廠用電的電壓穩(wěn)定。

(8)嚴(yán)格注意調(diào)節(jié)兩個參數(shù)：電壓和頻率。調(diào)整勵磁電流的大小相應(yīng)地就調(diào)整了發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓，調(diào)整汽輪機(jī)的進(jìn)氣量相應(yīng)地就調(diào)整了發(fā)電機(jī)的頻率。兩者均為正比關(guān)系。

9 結(jié)語

孤網(wǎng)運(yùn)行時首先要及時調(diào)節(jié)勵磁電流，保證發(fā)電機(jī)的電壓穩(wěn)定；其次，應(yīng)關(guān)注頻率的變化，盡量避免頻率忽高忽低，以保證供電的相對穩(wěn)定。通過對汽輪發(fā)電機(jī)組及供電系統(tǒng)進(jìn)行孤網(wǎng)運(yùn)行改造，經(jīng)受了多次外線路失電事故考驗(yàn)，發(fā)電機(jī)組均成功實(shí)現(xiàn)了孤網(wǎng)運(yùn)行，極大地提高了企業(yè)供電系統(tǒng)的安全可靠性，為安全生產(chǎn)提供了有力保障。

[1] 金春雄.發(fā)電機(jī)孤網(wǎng)運(yùn)行的探討[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2015(10)：175-176.

[2] 何杰,項(xiàng)耀華.孤網(wǎng)方式下火電機(jī)組的應(yīng)對措施[J].江西電力，2009(3)：26-27.

[編輯：費(fèi)紅麗]

Measures to ensure isolated network operation of generator units of chlor-alkali enterprises in the case of failure of external power grid

XUJiapeng

(Taishan Salt Chemical Branch, Shandong Energy Xinwen Mining Group Co., Ltd., Taian 271024, China)

chlor-alkali enterprise; turbogenerator; isolated network operation; control system

Schemes for isolated network operation of generating units were formulated in view of weak links in the power supply system of a certain company. Measures to ensure isolated network operation of generator units were proposed. In the case of fluctuation or fault interruption of external power grid, generating units were disconnected with external power grid and their operation was isolated. Then the problem of power interruption in the company due to external factors such as breakdown of external power grid was solved. The reliability of power system was increased. The aim of continuous power supply to assure safe production was attained.

2016-11-22

TM46

B

1008-133X(2017)01-0001-04

*[作者簡介] 徐加朋(1975—)，男，機(jī)電工程師，2007年畢業(yè)于中國礦業(yè)大學(xué)機(jī)械電子工程專業(yè)，長期從事氯堿機(jī)電設(shè)備管理工作。