熱電廠異步發(fā)電機啟動過程實例分析

張云斌

（華電濰坊發(fā)電有限公司，山東 濰坊 261204）

0 引言

隨著國家能源政策的調(diào)整，熱電聯(lián)產(chǎn)、節(jié)能減排已成為電力行業(yè)的一項責(zé)任及任務(wù)。熱電聯(lián)產(chǎn)機組能夠節(jié)約能源，提高能源利用率，改善環(huán)境質(zhì)量，緩解當(dāng)?shù)仉娏o張，提高供熱質(zhì)量，促進生產(chǎn)發(fā)展［1］。同時使用背壓汽輪發(fā)電機組代替減溫減壓器，進入熱網(wǎng)交換系統(tǒng)進行供熱，一方面降低了供暖設(shè)備投資，另一方面，發(fā)電機發(fā)出的電量可以接入高壓廠用電系統(tǒng)，降低廠用電率，降低廠變負荷率，減小變壓器損耗，提高經(jīng)濟效益，并可以最大程度利用余熱，提高電廠的經(jīng)濟效益。

較之同步發(fā)電機，異步發(fā)電機（以下簡稱異步機）因其配套設(shè)施簡單，占地面積小，投資少，設(shè)備投運成熟度高，后期維護簡單等優(yōu)勢，被優(yōu)先考慮進行余熱發(fā)電。以一起余熱發(fā)電實例分析現(xiàn)場安裝調(diào)試過程中異步機空載啟動及并列啟動情況，并根據(jù)錄波分析上述情況對廠用系統(tǒng)影響，為類似工作的開展提供參考。

1 異步機啟動實例參數(shù)

一般異步機連接高壓廠用變壓器（以下簡稱高廠變）低壓側(cè)工作段母線，在供熱期間，工作段及供熱段負載由高廠變與異步機同時供電，應(yīng)避免異步機經(jīng)高廠變倒送電。所以在綜合分析高廠變?nèi)萘?、短路電流、分支負荷等因素后，可確定所選擇異步機容量［2］。某電廠新增供熱首站，高壓系統(tǒng)接線方式如圖1 所示。

高廠變額定容量為50 000kVA／31 500kVA，額定電壓為20 kV／6.3 kV，短路阻抗為16.4%，接線方式為Dyn1-yn1，工作ⅣA 段現(xiàn)有負荷約26 000 kVA。

異步機額定功率為6 000 kW，額定電流為595 A，額定電壓為6 300 V，額定轉(zhuǎn)速為3 006 r／min；異步機機端與中性點電流互感器變比1 000／1，額定二次電流Ie＝0.595 A。

主要保護定值配置按照 《WDZ-5200 系列保護測控裝置說明書》設(shè)置，差動速斷電流4Ie，最小動作電流0.3Ie，比率制動系數(shù)0.5，速斷電流高值6.25 A／0 s，速斷電流低值4.47 A／0.06 s。

圖1 高壓系統(tǒng)接線方式

以1 號異步機啟動過程中異步機保護裝置及發(fā)變組故障錄波器錄波數(shù)據(jù)為例，分析異步機空載啟動及并列啟動過程中對廠用電系統(tǒng)的影響。

2 空載啟動

在異步機安裝調(diào)試完畢后，為驗證設(shè)備性能及轉(zhuǎn)向須對異步機進行空載啟動試驗，即將異步機作為電動機啟動，一般有2 種方式，即直接啟動和降壓啟動［3］。

直接啟動方式通過直接閉合發(fā)電機出口開關(guān)，使發(fā)電機轉(zhuǎn)速從0 增至3 000 r／min，啟動電流一般為5～7 倍的額定電流，存在電流衰減時間較長，廠用電壓降較大的問題，但直接啟動方式具有啟動直接簡單的顯著優(yōu)點。下面以直接啟動為例，介紹空載啟動對廠用系統(tǒng)的影響。

2.1 1 號異步機電流變化情況

空載啟動電流變化情況如圖2—圖3 所示。

圖2 異步機空載啟動電流最大值

1 號異步機空載啟動瞬間，二次電流最大值可達4 400 A（約為額定電流的7 倍）；大約經(jīng)3 s，運行電流降至額定電流以下，最終空載運行電流為0.16 A。

2.2 ⅣA 高廠變低壓側(cè)A、B 分支電壓、電流變化情況

ⅣA 高廠變低壓側(cè)A、B 分支電壓、電流變化情況可由發(fā)電機變壓器組故障錄波記錄，如表1 所示。

異步機空載啟動瞬間，6 kV 工作段ⅣA 段母線二次相電壓（二次額定相電壓為57.74 V）由60.8 V（一次相電壓值6 300 V，1.05 倍額定電壓）跌落至52.5 V（一次值5 450 V，0.91 倍額定電壓）。

ⅣA 高廠變低壓側(cè)A 分支二次電流瞬間由1.43 A 升至5.70 A，增加幅度為4.17 A，電流互感器變比4 000／5，折算成一次值為3 360 A。查閱電廠定值手冊，高廠變低壓側(cè)A 分支后備保護過流一段定值為22.7 A／0.6 s，過流二段定值為16.84 A／1.3 s，所以空載啟動時對廠用系統(tǒng)無影響。

6 kV 工作段ⅣB 段母線二次電壓略有輕微上升，二次相電壓瞬間由60.1 V 升至60.5 V；ⅣA 高廠變低壓側(cè)B 分支二次電流基本無變化。

2.3 發(fā)電機出口電壓變化情況

發(fā)電機出口三相電壓變化情況如表2 所示。

1 號異步機空載啟動瞬間，主機發(fā)電機出口三相電壓幾乎沒有變化，發(fā)電機出口二次相電壓由57.81 V 變?yōu)?7.47 V，電壓降落0.34 V（折算一次值為11.78 V）。

圖3 異步機空載啟動電壓、電流衰減過程

表1 IV A 高廠變低壓側(cè)A、B 電流、電壓變化情況 V

表2 發(fā)電機出口三相電壓變化情況 V

綜合分析以上數(shù)據(jù)，1 號異步機空載啟動過程中，ⅣA 段廠用電系統(tǒng)母線電壓最大跌落至5 400 V左右，1 號異步機空載最大電流為4 400 A 左右，電壓降落值高于理論計算值，但滿足規(guī)程大于80%的要求［4］；發(fā)電機啟動從暫態(tài)到穩(wěn)態(tài)持續(xù)時間大約在3～4 s。另外，啟動過程中發(fā)電機出口電壓、ⅣB 段廠用電系統(tǒng)電壓、電流均未受到影響。

3 并列啟動

異步機并網(wǎng)前，首先用小汽機帶動異步機進行沖轉(zhuǎn)，等到轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n 接近3 000 r／min 時，合上高壓段并網(wǎng)開關(guān)，此時由于轉(zhuǎn)差率s＜1，異步機為電動機運行方式，拖動原動機運行，運行平穩(wěn)后通過調(diào)節(jié)汽輪機調(diào)節(jié)門調(diào)節(jié)汽輪機轉(zhuǎn)速，當(dāng)汽輪機轉(zhuǎn)速大于同步轉(zhuǎn)速3 000 r／min 時，轉(zhuǎn)差率s＜0，異步電機進入發(fā)電狀態(tài)［5］。

3.1 1 號異步機電流變化情況

1 號異步發(fā)電機電流變化情況可由保護裝置錄波得到，如圖4—圖5 所示。

圖4 異步機并列啟動電流最大值

由圖4—圖5 可知，并列瞬間時一次電流最大可達4 000 A 左右；450 ms 左右發(fā)電機電流趨于穩(wěn)定，衰減至額定電流以下，最終并列運行電流0.16 A。

3.2 ⅣA 高廠變低壓側(cè)A、B 分支電壓電流變化情況

根據(jù)發(fā)變組故障錄波器錄波如表3 所示，6 kV工作段ⅣA 段母線二次電壓在并列瞬間由60.4 V（一次值6 270 V，1.05 倍額定電壓）跌落至53.5 V（一次值5 560 V，0.93 倍額定電壓）。ⅣA 高廠變低壓側(cè)A 分支二次電流瞬間由1.88 A 升至4.84 A，增加幅度為2.96 A，電流互感器變比4 000／5，折算成一次值為2 369 A。同理，并列時刻電流變化對廠用系統(tǒng)無影響。

6 kV 工作段ⅣB 段母線二次電壓由60.0 V 升至60.3 V；ⅣA 高廠變低壓側(cè)B 分支二次電流基本無變化。

3.3 發(fā)電機出口電壓變化情況

發(fā)電機出口三相電壓變化情況如表4 所示。1 號異步機并列瞬間，發(fā)電機出口三相電壓幾乎沒有變化，4 號發(fā)電機出口二次電壓由57.79 V 變?yōu)?7.51 V。

1 號異步機并列時，ⅣA 段廠用電系統(tǒng)母線電壓最大跌落至5 560 V，1 號異步機并列時最大啟動電流可達4 000 A，電壓降落值高于理論計算值，但滿足規(guī)程大于80%的要求；發(fā)電機啟動從暫態(tài)到穩(wěn)態(tài)持續(xù)時間約450 ms。另外，啟動過程中4 號發(fā)電機出口電壓、ⅣB 段廠用電系統(tǒng)電壓、電流均未受到影響。

4 結(jié)語

異步機空載啟動過程與并列啟動瞬間，啟動電流差別不大，均接近7 倍額定電流；空載啟動過程較并列啟動過程長，對廠用電系統(tǒng)的影響較大，所以在空載啟動時，異步機定值配置及運行工況均需核實，確保將設(shè)備對廠用電系統(tǒng)影響降低至最低。

圖5 并網(wǎng)時電流衰減

表3 ⅣA 高廠變低壓側(cè)A、B 分支電壓、電流變化情況 V

表4 發(fā)電機出口三相電壓變化情況 V

異步機差動速斷，比率差動，過流保護，低電壓保護等保護配置應(yīng)按照整定計算導(dǎo)則要求及廠家技術(shù)說明書規(guī)定合理整定。

異步機空載啟動及并列前，為了給廠用電系統(tǒng)提供充足的無功功率，避免啟動過程中大幅度拉低系統(tǒng)電壓，可先解除機組AVC 系統(tǒng)，同時進行增磁操作將廠用電系統(tǒng)電壓提高至6 300 V。

優(yōu)化異步機與其余開關(guān)連鎖邏輯，當(dāng)系統(tǒng)或異步機發(fā)生故障時，及時切除異步機。

在環(huán)保及提質(zhì)增效大形勢下，各發(fā)電廠利用小汽輪機對供汽抽汽的余熱余壓進行做功利用，運用異步機供給機組廠用電自用，在經(jīng)濟上能取得可觀的效益，這一切都是在廠用電系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的前提下進行的。所以異步機設(shè)備選擇應(yīng)充分考慮現(xiàn)場實際運行條件，并在投運調(diào)試過程中應(yīng)充分分析其對廠用電系統(tǒng)可能產(chǎn)生的影響，確保機組安全、穩(wěn)定運行。