某水泥廠自備電站機組脫網(wǎng)原因分析及應對措施

李文學

1　引言

隨著國外水泥廠建設項目的增多，我們越來越多地感受到為其供電的自備電站運行方式的特殊性。工業(yè)不發(fā)達國家電網(wǎng)容量較小，穩(wěn)定性相對較差，其電力指標（如頻率和幅值）經(jīng)常出現(xiàn)變動，水泥廠啟、停大設備時產(chǎn)生的沖擊往往與外電網(wǎng)系統(tǒng)相互影響，加之當?shù)仉娏Σ块T也會對水泥廠用電進行限制，聯(lián)絡線便會經(jīng)常跳閘，自備電站就由聯(lián)網(wǎng)運行轉為孤網(wǎng)運行，廠內(nèi)負荷全部轉由自備電站機組提供，我們稱這種情況為脫網(wǎng)。

2　脫網(wǎng)對機組運行的影響

由于并網(wǎng)時聯(lián)絡線會帶有一定的負荷，脫網(wǎng)時，自備電站會受較大沖擊，可能會引起頻率和電壓的大幅變動，甚至造成機組非正常停機。聯(lián)絡線脫網(wǎng)后，機組獨立承擔水泥生產(chǎn)線全部負荷，孤網(wǎng)運行，此時應先調整機、爐工況，再啟停水泥生產(chǎn)線大型設備，但在設備出現(xiàn)保護跳停時，機組就會受到一定的沖擊，機組的快速調整主要靠保護裝置和自動調節(jié)裝置。

3　國外某水泥廠自備電站特點

某水泥廠建有總降變電站，總降變電站電源進線以35kV由電力系統(tǒng)接入，通過一臺容量為6 300kVA的主變壓器降壓至6.3kV并配送到廠區(qū)窯頭、窯尾、原料磨、水泥磨、石灰石破碎車間等的配電室。水泥廠配套有燃煤電站，自備發(fā)電機組以6.3kV接入中壓配電系統(tǒng)，當電站機組運行時，和外電網(wǎng)一起為水泥廠全部負荷供電。穩(wěn)定狀態(tài)下自備電站一般能為水泥生產(chǎn)線提供100%動力負荷，外電網(wǎng)只作為機組啟動和大型設備啟停時的能量補充和緩沖。

該水泥廠的運行特點如下：

（1）當?shù)仉娋W(wǎng)不穩(wěn)定，頻率及電壓變化很大，在日常運行過程中，發(fā)電機并網(wǎng)轉速經(jīng)常會在2 970～3 030r/min頻繁變化。

（2）由于聯(lián)絡線開關控制水泥廠和外網(wǎng)的連接，一方面水泥廠可以通過聯(lián)絡線從外網(wǎng)獲取部分功率來供廠內(nèi)負載使用，我們稱此功率為“吸收功率”，另一方面，當電站的發(fā)電功率大于水泥線負載使用時，多余的電能又可以通過聯(lián)絡線向外網(wǎng)送出，我們稱此功率為“送出功率”，當?shù)仉娏Σ块T為了保證電網(wǎng)的安全運行，限制了聯(lián)絡線的吸收功率為4 000kW，送出功率為3 000kW，二者之一達到設定值時，聯(lián)絡線開關就會零秒跳閘。

（3）外網(wǎng)電價便宜，因此水泥廠想盡可能多地使用外網(wǎng)電量。機組正常穩(wěn)定運行時，聯(lián)絡線的吸收功率維持在≮2 000kW。

基于以上三個原因，該廠自備電站機組運行就出現(xiàn)了經(jīng)常性的脫網(wǎng)情況，原因就是聯(lián)絡線本身盡可能地在吸收功率范圍內(nèi)運行，電網(wǎng)出現(xiàn)較大波動時，聯(lián)絡線的吸收功率就會大于整定值，造成跳閘，成為自備電站機組脫網(wǎng)的主要原因。

4　脫網(wǎng)原因分析

對于脫網(wǎng)的原因，在第3小節(jié)里已有提及，由于聯(lián)絡線正常運行時的吸收功率為2 000kW左右，已接近保護裝置動作的臨界值，電網(wǎng)的波動就能引起處于臨界狀態(tài)的聯(lián)絡線跳閘。從理論上來講，這是由發(fā)電機的功角特性決定的。當電網(wǎng)波動時，發(fā)電機和電網(wǎng)出現(xiàn)功角變化。頻率尚未發(fā)生變化的情況下，功率就已經(jīng)出現(xiàn)了變化，這是我們無法改變的。深層分析發(fā)現(xiàn)，此時汽輪機505調速器工作狀態(tài)處于功/頻控制模式，實際是起到了一個正反饋的作用。當電網(wǎng)出現(xiàn)減負荷的情況時，電網(wǎng)出現(xiàn)升速趨勢，發(fā)電機與電網(wǎng)的功角變小，發(fā)電機輸出功率也隨之變?。ㄈ鐖D1）。在廠內(nèi)的用電負荷不變的情況下，電能就有更多的部分由電網(wǎng)輸送。此時505調速器處于功/頻控制模式，為了保持轉速穩(wěn)定，在判斷外需功率減少的情況下，就會發(fā)出指令關小調門，使發(fā)電機輸出功率降低，實際是起到正反饋的作用，這樣外網(wǎng)進來的功率就會繼續(xù)增大，當超過聯(lián)絡線功率限定值時就會跳閘出現(xiàn)脫網(wǎng)。

圖1　發(fā)電機功角特性

5　應對措施

為了解決聯(lián)絡線頻繁脫網(wǎng)這一問題，在和汽機廠家研討及多次試驗后，對505重新設置了組態(tài)，改成在并網(wǎng)的情況下505控制方式為閥位控制，脫網(wǎng)后轉為功/頻控制方式，這就大大減少了電網(wǎng)波動引起聯(lián)絡線跳閘的次數(shù)，同時又保證了機組孤網(wǎng)運行時的安全可靠性。

具體試驗過程如下：

（1）第一階段：把505轉速PID控制方式更改為輔助PID中的負荷控制方式，通過增加功率變速器，給505輸入聯(lián)絡線功率模擬信號，通過輔助PID中的負荷控制方式來調整調門開度。但由于是采用的聯(lián)絡線功率模擬量去控制發(fā)電機的功率，水泥生產(chǎn)線的負荷又不是固定值，這樣聯(lián)絡線和發(fā)電機的功率就不是固定比例，加上電網(wǎng)波動較大，在試驗過程中，聯(lián)絡線逆功率動作多次，因此這種控制方法失敗。

（2）第二階段：將505轉速PID控制方式更改為限定閥位限制器控制方式，調門不隨電網(wǎng)頻率波動而調節(jié)，只有脫網(wǎng)變?yōu)楣戮W(wǎng)運行后，505自動切換為轉速PID中的功/頻控制方式。這一方式基本可保證聯(lián)絡線不會因為電網(wǎng)頻率波動而跳閘，但需要操作人員對調門開度進行增減操作，有一定的操作風險。因此，又利用DCS預留的通道和對505進行重新組態(tài)，實現(xiàn)了在DCS中遠程控制505和遠程接收并顯示閥位信號。

由上述分析及實驗可知，由于外網(wǎng)不穩(wěn)定引起的聯(lián)絡線脫網(wǎng)會引起自備電站機組的工況變動，通過設置505調速控制器，大大減少了脫網(wǎng)的次數(shù)，加上其他專業(yè)采取的相關措施，該自備電站機組完全能夠保證水泥生產(chǎn)線的正常生產(chǎn)。

參考文獻：

[1]劉廣健，盧繼平.基于功角特性曲線的發(fā)電機運行狀況實時分析[J].電網(wǎng)技術，2006，（S1）.

[2]Woodward505數(shù)字式汽輪機控制器說明書[K].■