LM2500燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組雙同期點(diǎn)并網(wǎng)的研究

黃金梅 邱冬

摘要：航改型燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)組的設(shè)計(jì)運(yùn)用中，同期并網(wǎng)是至關(guān)重要的一步。在以往大量實(shí)際應(yīng)用案例中，絕大多數(shù)燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)僅設(shè)計(jì)了單點(diǎn)同期并網(wǎng)的運(yùn)行方式，即利用發(fā)電機(jī)出口斷路器進(jìn)行同期并網(wǎng)。隨著分布式能源站市場(chǎng)的發(fā)展，航改型輕型燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)組的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，單點(diǎn)同期的設(shè)計(jì)已經(jīng)不能滿足客戶的需求，因此，在傳統(tǒng)單點(diǎn)同期方式基礎(chǔ)上增加利用高壓斷路器作為備選同期控制點(diǎn)的設(shè)計(jì)與研究成了必然趨勢(shì)，具有很高的實(shí)用價(jià)值。

Abstract： Simultaneous grid-connection is a very important step in the design and application of navigation modified gas turbine generator sets. In a large number of previous practical application cases， the vast majority of gas-turbine generators only designed the operation mode of single-point synchronous grid-connection， that is， synchronous grid-connection by generator outlet circuit breaker. With the development of the distributed energy market， the application of the navigation light gas turbine generating sets for module is more and more widely， the design of the single point at the same time already can't meet customer demand， therefore， based on the traditional single point at the same time increase the use of high voltage circuit breaker as alternative design and research has become inevitable trend of the control points at the same period， and has a high practical value.

關(guān)鍵詞：航改型輕型燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī);發(fā)電機(jī)出口斷路器;高壓電網(wǎng)斷路器;雙同期點(diǎn)

Key words： navigation modified light gas turbine generator;generator outlet circuit breaker;high voltage power network circuit breaker;double points over the same

中圖分類號(hào)：TM7???????????????? ???????????????????? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A????????????????????????????????? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）21-0223-02

0? 引言

LM航改型燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)組標(biāo)準(zhǔn)配備單點(diǎn)同期功能，通過(guò)比較發(fā)電機(jī)斷路器（QF2）兩側(cè)的電壓，即發(fā)電機(jī)的輸出電壓及10.5kV電網(wǎng)電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)同期并網(wǎng)，此標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)要求上游的110kV高壓側(cè)電網(wǎng)斷路器保持合閘狀態(tài)。用戶提出，此方式下，110kV高壓側(cè)電網(wǎng)發(fā)生波動(dòng)時(shí)，高壓波動(dòng)電量會(huì)經(jīng)110kV斷路器施加到線路當(dāng)中的10.5kV/110kV升壓變壓器（GSU）的高壓側(cè)，形成沖擊，對(duì)變壓器的使用壽命存在不利影響。另外，用電需求不高時(shí)，機(jī)組處于待機(jī)狀態(tài)，上游升壓變壓器一直連接在高壓電網(wǎng)上帶電運(yùn)行，存在一定的電量損耗。因此，將回路當(dāng)中的高壓電網(wǎng)斷路器也設(shè)計(jì)為同期并網(wǎng)的備用點(diǎn)的設(shè)計(jì)成了必然需求。要求在待機(jī)狀態(tài)，高壓電網(wǎng)斷路器置于分閘位，可有效避免高壓電網(wǎng)波動(dòng)對(duì)升壓變壓器的沖擊，同時(shí)，待機(jī)機(jī)組的升壓變可將從電網(wǎng)中切除，避免了電量損耗。

1? LM燃機(jī)發(fā)電機(jī)同期裝置工作原理

燃機(jī)發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)系統(tǒng)能夠同期并列需要同時(shí)滿足三個(gè)條件，即發(fā)電機(jī)與待并側(cè)系統(tǒng)二者電壓的頻率一致、電壓幅值一致、電壓相位一致[3]。

發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)是借助同期裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)的[1]。

自動(dòng)同期裝置與燃機(jī)控制系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)。電壓互感器檢檢測(cè)并輸出發(fā)電機(jī)出口斷路器兩側(cè)的電壓采樣信號(hào)，發(fā)送到2個(gè)同期繼電器及1個(gè)電子同期裝置中。兩個(gè)同期繼電器分別檢測(cè)不同相的信號(hào)（B-C和A-C），電子同期裝置連接A和C相。這些排列需要確保所有的三相電壓滿足同期要求。如滿足同期條件，則以上3個(gè)模塊的觸點(diǎn)（串聯(lián)）同時(shí)閉合，滿足同期條件，可使得斷路器閉合[3]。

在啟動(dòng)同期程序前，確保燃機(jī)已達(dá)到同步怠速。

可通過(guò)以下兩種方式實(shí)現(xiàn)同期：

①手動(dòng)同期：

同期開關(guān)（S1）調(diào)節(jié)到手動(dòng)位置

調(diào)節(jié)勵(lì)磁系統(tǒng)（AVR）電壓升/降開關(guān)（AMVAS），在電子同期裝置的面板上觀察發(fā)電機(jī)出口電壓與電網(wǎng)電壓匹配。

調(diào)節(jié)燃機(jī)轉(zhuǎn)速開關(guān)SAS直到同期表指針緩慢的旋轉(zhuǎn)在慢-到快，順時(shí)針?lè)较?，觀察同期指示燈在同期表指針轉(zhuǎn)到12點(diǎn)位置附近時(shí)發(fā)光。

當(dāng)同期表指針轉(zhuǎn)到11點(diǎn)位置時(shí)按下斷路器合閘開關(guān)S2。

②自動(dòng)同期：

同期開關(guān)S1調(diào)節(jié)到自動(dòng)位置;

觀察同期指示燈和同期表指針位置;

觀察斷路器合閘狀態(tài)指示燈。

1.1 LM燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)組典型同期回路總線圖

圖1中：

a）燃機(jī)發(fā)電機(jī);b）燃機(jī)同期裝置（回路）;c）發(fā)電機(jī)出口電壓互感器TV12;d）發(fā)電機(jī)出口斷路器QF2;e）10.5kV電網(wǎng)電壓互感器TV11;f）燃機(jī)主變YNd11（10.5/110kV升壓變壓器）;g）110kV高壓電網(wǎng)斷路器QF1;h）I/II段高壓電網(wǎng)隔離開關(guān)QS1/QS2;i）電壓互感器TV3;j）電壓互感器TV1;k）電壓互感器TV2。

1.2 標(biāo)準(zhǔn)發(fā)電機(jī)出口斷路器（QF2）單點(diǎn)同期方式

LM輕型燃機(jī)標(biāo)準(zhǔn)單點(diǎn)QF2同期實(shí)現(xiàn)步驟：①要求高壓斷路器隔離開關(guān)QS1/QS2及高壓斷路器QF1保持合閘位置，而發(fā)電機(jī)出口斷路器QF2須處于分閘位;②檢查機(jī)組輔機(jī)系統(tǒng)正常運(yùn)行，馬達(dá)控制系統(tǒng)及各路負(fù)載位于自動(dòng)控制位;③確認(rèn)控制系統(tǒng)顯示“啟機(jī)就緒”;④按燃機(jī)標(biāo)準(zhǔn)操作程序，按下一鍵啟動(dòng)按鈕;⑤燃機(jī)運(yùn)行至同步怠速，勵(lì)磁系統(tǒng)開始投入;⑥燃機(jī)發(fā)電機(jī)升壓至額定電壓10.5kV左右;⑦TV12感測(cè)機(jī)端電壓，并將電壓信號(hào)傳送至燃機(jī)同期裝置;⑧TV11感測(cè)10.5kV電網(wǎng)電壓信號(hào)，并將其發(fā)送至燃機(jī)同期裝置;⑨要求TV11、TV12為同變比，同電壓等級(jí)，同精度的電壓互感器;{10}同期裝置分別分析TV11/TV12的電壓信號(hào)的幅值、相角、頻率，并進(jìn)行比較，當(dāng)兩側(cè)電壓的3個(gè)指征差值都在允許范圍內(nèi)時(shí)，同期裝置會(huì)發(fā)出允許同期指令至燃機(jī)控制系統(tǒng);{11}燃機(jī)控制系統(tǒng)接收同期裝置的同期允許反饋，發(fā)出合閘指令;{12}發(fā)電機(jī)出口斷路器（QF2）合閘，同期完成。

1.3 高壓電網(wǎng)斷路器（QF1）點(diǎn)同期方式

如圖1所示，利用高壓斷路器QF1作為同期點(diǎn)，需在標(biāo)準(zhǔn)QF2單點(diǎn)同期回路中額外增加升壓變壓器與QF1之間的一組電壓互感器TV3，增加TV1/TV2為110kV高壓電網(wǎng)標(biāo)配的電壓互感器。

高壓斷路器QF1同期方式實(shí)現(xiàn)方式：①選定I段或II段高壓母線作為需要同期的網(wǎng)段，以下以選定I段母線為例進(jìn)行分析;②額外設(shè)置輔助回路，實(shí)現(xiàn)TV11/TV12輸出回路及TV1/TV3輸出回路的互鎖功能，保證燃機(jī)同期裝置在同一時(shí)間段只檢測(cè)分析一個(gè)等級(jí)的電壓;③檢查確認(rèn)隔離開關(guān)QS1及QS01合閘;④檢查確認(rèn)QF1及QF2位于分閘位;⑤檢查確保輔機(jī)系統(tǒng)正常運(yùn)行;⑥檢查燃機(jī)控制柜面板上的就地/遙控開關(guān)位于就地位;⑦檢查燃機(jī)控制面板上的手動(dòng)/自動(dòng)開關(guān)位于手動(dòng)位置;⑧啟動(dòng)燃機(jī)，燃機(jī)發(fā)電機(jī)組開始運(yùn)行至同步怠速，手動(dòng)合閘QF1，勵(lì)磁系統(tǒng)按照一定速率緩慢建立電壓，直至達(dá)到額定值10.5kV。此過(guò)程被稱為死母線合閘，稍后詳細(xì)分析該過(guò)程;⑨發(fā)電機(jī)出口斷路器成功合閘，升壓變壓器被激活;⑩變壓器的二次側(cè)跟隨燃機(jī)一起從0建立電壓至10.5kV，一次側(cè)的電壓也跟隨從0升至110kV;{11}TV3感測(cè)升壓變壓器的高壓側(cè)電壓，將電壓信號(hào)傳至燃機(jī)同期裝置;{12}TV1感測(cè)110kV電網(wǎng)電壓信號(hào)，并將其發(fā)送至燃機(jī)同期裝置;{13}要求TV1、TV3為同變比，同電壓等級(jí)，同精度的電壓互感器;{14}利用輔助回路切斷TV11/TV12至同期裝置的輸出;{15}同期裝置分別分析TV1/TV3發(fā)送來(lái)的電壓信號(hào)的幅值、相角、頻率，并進(jìn)行比較，當(dāng)兩側(cè)電壓的3個(gè)指征差值都在允許范圍內(nèi)時(shí)，同期裝置會(huì)發(fā)出可以同期指令至燃機(jī)總控系統(tǒng);{16}燃機(jī)控制系統(tǒng)接收來(lái)自同期裝置的同期合閘指令，發(fā)出高壓斷路器合閘指令;{17}高壓斷路器（QF1）合閘，同期并網(wǎng)成功。

2? 死母線合閘詳解

死母線是指不帶電的母線，而死母線合閘，即指，在不帶電的母線上實(shí)現(xiàn)合閘動(dòng)作。死母線合閘前機(jī)組應(yīng)滿足如下狀態(tài)條件：機(jī)組處于“啟動(dòng)就緒”狀態(tài);發(fā)電機(jī)出口斷路器（QF2）處于分閘位;高壓電網(wǎng)側(cè)斷路器（QF1）處于分閘位;10.5kV母線不帶電（死母線）;LM燃機(jī)輔機(jī)系統(tǒng)正常運(yùn)行;馬達(dá)控制中心帶電運(yùn)行，所有負(fù)載（加熱器、電機(jī)、風(fēng)扇燈）處于自動(dòng)控制位。

啟動(dòng)前提：用戶/電廠輸入一副干接點(diǎn)信號(hào)至燃機(jī)主控回路;繼電器K230指示發(fā)電機(jī)出口斷路器處于分閘位;繼電器K229A指示發(fā)電機(jī)出口斷路器未合閘;繼電器K232A指示高壓斷路器處于分閘位;燃機(jī)控制柜上的就地/遙控按鈕位于就地位;機(jī)組控制器顯示“起動(dòng)就緒”。確認(rèn)滿足上述死母線合閘條件，燃機(jī)控制系統(tǒng)界面會(huì)顯示死母線合閘允許。

按照下述步驟操作：①按下燃機(jī)控制界面上的“最小負(fù)荷起動(dòng)”按鈕;②機(jī)組運(yùn)行至同步怠速;③機(jī)組控制器使K85（斷路器合閘繼電器）得電;④暖機(jī)過(guò)程完成;⑤手動(dòng)將燃機(jī)控制柜面板上的發(fā)電機(jī)出口斷路器控制開關(guān)CBCS1打到合閘位;⑥發(fā)電機(jī)出口斷路器合閘成功后，通過(guò)繼電器K229將合閘成功信號(hào)反饋到燃機(jī)控制系統(tǒng);⑦當(dāng)機(jī)組運(yùn)行至可以起動(dòng)勵(lì)磁系統(tǒng)建立電壓的點(diǎn)，控制界面會(huì)出現(xiàn)一個(gè)“啟動(dòng)勵(lì)磁”按鈕;⑧操作員按下上述按鈕，勵(lì)磁系統(tǒng)開始啟動(dòng)，建立電壓;⑨勵(lì)磁系統(tǒng)按照600V/秒的速率建立電壓，直至達(dá)到額定電壓。

3? 結(jié)束語(yǔ)

LM新控制系統(tǒng)，開發(fā)了QF1/QF2雙同期點(diǎn)可選的控制功能，稱為雙同期點(diǎn)控制邏輯，可以選擇、切換任意一個(gè)點(diǎn)作為同期控制對(duì)象。彌補(bǔ)了單以發(fā)電機(jī)出口斷路器（QF2）為同期點(diǎn)的不足。由上述分析過(guò)程可以看出，以QF1作為同期點(diǎn)，解決了下列三個(gè)問(wèn)題：避免高壓電網(wǎng)波動(dòng)對(duì)升壓變壓器高壓側(cè)的沖擊;升壓變壓器的二次側(cè)跟隨燃機(jī)從零建立電壓，也避免了10.5kV電壓對(duì)二次側(cè)的沖擊;消除了升壓變壓器的無(wú)用損耗。需要注意的是，同一機(jī)組在同一過(guò)程中，只可以選定一個(gè)點(diǎn)作為同期點(diǎn)。在華電金湖分布式能源項(xiàng)目的設(shè)計(jì)工作中，針對(duì)雙同期點(diǎn)的設(shè)計(jì)與配置與設(shè)計(jì)院、客戶及國(guó)外設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了多次探討，總結(jié)了上述技術(shù)方案。

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