熱電聯(lián)產(chǎn)機組孤網(wǎng)改造與運行研究

張曉明

摘? 要：由于投資少、損耗小，化工園區(qū)內(nèi)集中供熱、供電將是工園規(guī)劃、發(fā)展的新趨勢，而承擔(dān)園區(qū)集中供電、供熱任務(wù)的熱電聯(lián)產(chǎn)機組來講，安全與可靠的能源供應(yīng)是熱電聯(lián)產(chǎn)企業(yè)的首要任務(wù)，肩負(fù)著園區(qū)所有企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。若園區(qū)熱電聯(lián)產(chǎn)機組所在電網(wǎng)運行薄弱，或處在電網(wǎng)系統(tǒng)末端，一旦電網(wǎng)出現(xiàn)故障，將直接影響整個園區(qū)企業(yè)的供電與供熱，將給機組運行帶來巨大安全穩(wěn)定壓力。以重慶白濤化工園區(qū)內(nèi)一熱電聯(lián)產(chǎn)項目為實例，研究并實驗驗證了如何通過技術(shù)改造實現(xiàn)機組的孤網(wǎng)，保證供汽、供電的穩(wěn)定。

關(guān)鍵詞：低頻低壓;DEH;孤網(wǎng)判據(jù);孤網(wǎng)控制邏輯;抽汽調(diào)整

中圖分類號：TM732? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）05-0109-02

Abstract： Due to low investment and low loss， central heating and power supply in the chemical park will be a new trend in the planning and development of the park. As for the cogeneration units that undertake the tasks of centralized power supply and heating in the park， safe and reliable energy supply is the primary task of cogeneration enterprises， shouldering the economic benefits of all enterprises in the park. If the operation of the power grid where the cogeneration unit is located in the park is weak， or it is at the end of the power grid system， once the power grid fails， it will directly affect the power supply and heating of the whole park enterprise， and will bring great security and stable pressure to the unit operation. Taking a cogeneration project in Chongqing Baitao Chemical Park as an example， this paper studies and verifies how to realize the isolated network of the unit through technical transformation to ensure the stability of steam supply and power supply.

Keywords： low frequency and low voltage; DEH; isolated network criterion; isolated network control logic; steam extraction adjustment

引言

白濤化工園區(qū)熱電聯(lián)產(chǎn)項目一期為2*UCB440t/h-9.81+1*CCN50MW-8.83/4.2/1.3機組，發(fā)變組接入接線方式為雙母線110kVGIS間隔，由兩條110kV線路與地方電網(wǎng)110kV系統(tǒng)相聯(lián)。一段4.2Mpa抽汽主要供2km外的某化工。該項目地處山區(qū)，與地方電網(wǎng)相聯(lián)的變電站同處雷電密集區(qū)，因變電站主干線雷擊、線路敷冰造成該地方電網(wǎng)變電站全站失壓平均1.5次/年，而該項目于2014年投產(chǎn)以來亦經(jīng)歷多次全網(wǎng)失壓事故，造成機組停機，鍋爐干鍋，化工企業(yè)供汽、供電中斷，經(jīng)濟(jì)損失達(dá)500萬/次。為解決因電網(wǎng)薄弱帶來的運行穩(wěn)定難題，實現(xiàn)在電網(wǎng)系統(tǒng)出現(xiàn)極端故障情況下保證用戶的供電、供汽穩(wěn)定，最大限度降低損失，熱電聯(lián)產(chǎn)項目實現(xiàn)自動孤網(wǎng)運行勢在必行。實現(xiàn)孤網(wǎng)運行需要落實并解決機組故障狀態(tài)自動解列、DEH孤網(wǎng)邏輯組態(tài)、DEH孤網(wǎng)控制組態(tài)、孤網(wǎng)判據(jù)完善與接入、孤網(wǎng)控制PID參數(shù)調(diào)整。

1 機組自動解列

1.1 并網(wǎng)線路故障自動解列

白濤熱島110kV并網(wǎng)線路采用南瑞RCS943高壓輸電線路光纖保護(hù)裝置，與對側(cè)變電站組成縱聯(lián)光纖差動保護(hù)，后備保護(hù)投入距離I、II、III段以及零序過流I、II、III段，當(dāng)線路發(fā)生區(qū)內(nèi)故障可由光纖差動保護(hù)快速切除，當(dāng)發(fā)生區(qū)外故障時可通過線路后備保護(hù)切除。

1.2 系統(tǒng)故障自動解列

當(dāng)對側(cè)變電站發(fā)生主干線路跳閘，進(jìn)入小網(wǎng)運行，由于地方電網(wǎng)主要依托于主干線路下網(wǎng)，主干線路跳閘后電力缺口巨大，進(jìn)入小網(wǎng)后，頻率、電壓將急劇下降，網(wǎng)內(nèi)小機組頻率在1秒內(nèi)降至40Hz，最終造成全網(wǎng)失壓。

為了在系統(tǒng)故障情況下，能快速脫離故障電網(wǎng)，原則上保證用戶供電供熱，最終保障熱電聯(lián)產(chǎn)廠用電，需要對低周自動解列裝置進(jìn)行整定計算。熱電聯(lián)產(chǎn)升壓站、電源側(cè)變電站、化工降壓站為單回線三角環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，開環(huán)點在110kV油弛線122處。

熱電聯(lián)產(chǎn)站110kV122開關(guān)為固定與系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)開關(guān)，按第一輪整定，根據(jù)相關(guān)規(guī)定，低頻啟動頻率定值49.5Hz，保留0.1Hz裕度取49.4Hz，滑差定值取1Hz，滑差閉鎖取5Hz，防止電壓回路故障造成誤動;低頻第一輪整定取49Hz，時限0.5S。

熱電聯(lián)產(chǎn)站110kV121開關(guān)為化工負(fù)荷聯(lián)絡(luò)開關(guān)，按第二輪整定，低頻啟動頻率定值、滑差閉鎖值同122開關(guān)定值，因在第一輪動作脫離大網(wǎng)后，熱電聯(lián)產(chǎn)轉(zhuǎn)入帶用戶小網(wǎng)運行，在出現(xiàn)大的有功缺口狀況下，頻率變化率較大，根據(jù)用戶單臺最大電機容量，滑差定值取2Hz;根據(jù)熱電聯(lián)產(chǎn)機組主油泵壓力與最低轉(zhuǎn)速關(guān)系，低于2800rpm自動主汽門TV將無法保持開度，將造成孤網(wǎng)瓦解，充分利用系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)備用容量和足夠裕度，低頻第二輪整定值取48.5Hz，即機組轉(zhuǎn)速在2910。

2 孤網(wǎng)邏輯完善

2.1 DEH孤網(wǎng)邏輯組態(tài)

機組DEH南京科遠(yuǎn)V3系統(tǒng)，邏輯組組態(tài)缺省未包含孤網(wǎng)邏輯，需要新增。

2.1.1 熱電聯(lián)產(chǎn)機組為雙抽凝，在DEH孤網(wǎng)邏輯與控制組態(tài)過程中設(shè)置中調(diào)門、低調(diào)門的控制是否參與高調(diào)門解耦方式運行按扭，來實現(xiàn)在特定供汽負(fù)荷條件下的孤網(wǎng)控制方式。

2.1.2 當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生嚴(yán)重故障，熱用戶工藝大部分停車，但化工裝置仍需大量用蒸汽;在孤網(wǎng)成功后，此時控制方式應(yīng)主動根據(jù)抽汽壓力調(diào)節(jié)平衡電負(fù)荷，高、中調(diào)門必須耦合運行，保障最低供汽。

2.1.3 另外一種模型是在發(fā)生輕微故障，與系統(tǒng)主動解列，熱用戶部分工藝停車，仍需高平質(zhì)透平蒸汽，由于電負(fù)荷仍在，機組仍存在轉(zhuǎn)速振蕩、有功不足，為確保熱用戶的保安電源和電廠廠用電，又必須采取解耦方式，抽汽轉(zhuǎn)入減溫減壓器運行，穩(wěn)定機組轉(zhuǎn)速。

2.2 DEH孤網(wǎng)判據(jù)完善與接入

孤網(wǎng)判斷作為DEH進(jìn)入孤網(wǎng)運行邏輯的啟動條件，一般按照以下幾種方式判別：（1）汽輪機轉(zhuǎn)速變加速度;（2）汽輪機轉(zhuǎn)速偏差上、下限門檻值;（3）發(fā)變組斷路器綜合故障信號。

2.2.1 以上1、2轉(zhuǎn)速判據(jù)的計算，則DEH邏輯程序?qū)崿F(xiàn)，以積分方式計算出轉(zhuǎn)速加速度與轉(zhuǎn)速偏差，轉(zhuǎn)換為中間變量直接啟動切入DEH孤網(wǎng)邏輯，三取二判據(jù)輸出。

2.2.2 發(fā)變組斷路器綜合故障信號判據(jù)：由于熱電聯(lián)產(chǎn)一般不采用單元機組方式與系統(tǒng)連接，而是通過雙母線接線與系統(tǒng)并網(wǎng)，若需要實現(xiàn)自動判斷進(jìn)入孤網(wǎng)，需要接入與系統(tǒng)相關(guān)的所有斷路器狀態(tài)，該電力網(wǎng)絡(luò)屬三角環(huán)網(wǎng)，上網(wǎng)方式隨環(huán)網(wǎng)運行變化而變化，任意斷路器保護(hù)動作跳閘后均能快速的切入孤網(wǎng)控制邏輯進(jìn)行。

將4臺斷路器開關(guān)位置串聯(lián)，在每個開關(guān)位置上并聯(lián)一組手動壓板LP，作用在于隨運行方式變化，人為手動投、退壓板，例如：122、110、101運行，121熱備用運行方式下，則將LP1投入，LP2～4退出，121的位置不影響電氣孤網(wǎng)判斷，當(dāng)122斷路器因保護(hù)動作快速切除后，122斷路器斷開，+K與-K由“1”變?yōu)椤?”，經(jīng)非門輸出至DEH直接切換DEH至孤網(wǎng)邏輯運行，發(fā)生電網(wǎng)故障時暫態(tài)影響最小，根據(jù)開關(guān)動作時間與DEH邏輯響應(yīng)時間，可以在500ms以內(nèi)重新進(jìn)入穩(wěn)態(tài)運行。

2.3 DEH孤網(wǎng)控制PID參數(shù)調(diào)整

該機組DEH有若干套PID控制策略，其中并網(wǎng)PID與孤網(wǎng)PID切換由上述判據(jù)完成。孤網(wǎng)PID與并網(wǎng)PID相比，一般微分為0，Kp與Ki均有一定的減小。常用的計算方式：

比例系數(shù)Kp在孤網(wǎng)PID賦值，一般在0.3～1.3之前，通過代入計算得出Z在0.4～0.6期間Z曲線較為平滑穩(wěn)定，故PID參數(shù)取值0.5;積分時間Ti在孤網(wǎng)PID控制方式下，需要快速響應(yīng)轉(zhuǎn)速（頻率）的變化跟蹤，一般設(shè)置在5～30之間。時間常數(shù)大，響應(yīng)遲緩，時間常數(shù)太小易造成調(diào)節(jié)振蕩，根據(jù)比例系數(shù)的穩(wěn)定賦值，可以根據(jù)試驗結(jié)果適當(dāng)修正。

通過機組甩負(fù)荷試驗，對孤網(wǎng)PID參數(shù)作了在線調(diào)正，預(yù)先賦值：Kp=0.5，Ti=20。機組帶25MW甩負(fù)荷試驗中，汽輪機OPC正確動作，純凝狀態(tài)下進(jìn)汽量較小，大軸慣性常數(shù)在滿負(fù)荷下略有降低，缸內(nèi)余汽流速較快，轉(zhuǎn)速突升至3165左右與突降至2975左右，在切入孤網(wǎng)PID后響應(yīng)時間較緩，轉(zhuǎn)速變化幅值較大;重新調(diào)整參數(shù)Kp=0.5，Ti=10，轉(zhuǎn)速上限3110、下限2985，滿足PID控制限幅要求。重新對3000轉(zhuǎn)對其進(jìn)行在線負(fù)荷干擾，機組負(fù)荷50MW，進(jìn)行1.6MW～3.2MW負(fù)荷干擾試驗，結(jié)果表明轉(zhuǎn)速波動值在1r/S，較為平滑，試驗較為成功。

3 結(jié)論

相關(guān)技術(shù)改造完成后，經(jīng)過機組動態(tài)在線試驗，真實的進(jìn)行人工帶負(fù)荷解列，甩負(fù)荷與擾動試驗，驗證了本項研究具有良好效果。在孤網(wǎng)判斷與邏輯投切環(huán)節(jié)，響應(yīng)迅速，轉(zhuǎn)速控制較為穩(wěn)定。在后期發(fā)生一次線路跳閘，一次小系統(tǒng)瓦解的極端情況下，均能快速的與故障系統(tǒng)切除，與化工裝置孤網(wǎng)穩(wěn)定運行;由于孤網(wǎng)邏輯在各大DEH控制廠方均有成熟的邏輯控制方案，可根據(jù)機組性能酌情修改PID參數(shù)。在地處偏遠(yuǎn)的中小型熱電聯(lián)產(chǎn)可以推廣使用。

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