李為民

（蘭州電機(jī)有限責(zé)任公司電控事業(yè)部，甘肅 蘭州 730050）

1 引言

隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展及國家電力需求缺口的日益擴(kuò)大，市場迫切需要既環(huán)保又經(jīng)濟(jì)的清潔能源。渦輪蝸桿發(fā)電機(jī)組是利用電廠、鋼廠熱力廠等生產(chǎn)中產(chǎn)生的余熱氣體以及地?zé)峄蚱渌鼜U氣驅(qū)動蝸輪蝸桿機(jī)帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電，發(fā)電機(jī)與網(wǎng)電并聯(lián)運行。該機(jī)組是一種新型發(fā)電設(shè)備，是發(fā)電設(shè)備的創(chuàng)新，是一種節(jié)能環(huán)保產(chǎn)品，市場前景十分廣闊。小型蝸桿、氣輪機(jī)發(fā)電機(jī)組正是在此時應(yīng)用產(chǎn)生的。受小型蝸桿、氣輪機(jī)廠委托設(shè)計研發(fā)配套渦輪蝸桿發(fā)電機(jī)成套控制裝置。

享有“世界屋脊明珠”美譽(yù)的西藏羊八井地?zé)犭姀S是迄今為止世界上海拔最高的地?zé)岚l(fā)電廠，也是國內(nèi)裝機(jī)容量最大的地?zé)犭姀S，總裝機(jī)容量達(dá)35180kW。當(dāng)?shù)睾０胃哌_(dá)四千三百多米，環(huán)境中含H2S、SO2等腐蝕性氣體，對發(fā)電機(jī)及控制設(shè)備的要求較高。因此成套控制裝置為適應(yīng)惡劣條件，必須采取相應(yīng)措施以提高設(shè)備使用的可靠性。

2 成套控制裝置簡介

GBK發(fā)電機(jī)組成套控制裝置由交流無刷同步發(fā)電機(jī)、并網(wǎng)柜及高壓開關(guān)柜、高壓PT柜組成。

并網(wǎng)控制柜是發(fā)電機(jī)組的控制核心，并網(wǎng)控制柜的核心控制器件電壓調(diào)節(jié)器選用UNITROL1000－7型自動電壓調(diào)節(jié)器，控制可靠性高，功能強(qiáng)大，具有自動同步、同期檢查、同期前電壓匹配、旋轉(zhuǎn)二極管監(jiān)測等功能?？赏ㄟ^RS485總線實現(xiàn)并聯(lián)發(fā)電機(jī)無功功率補(bǔ)償。UNITROL1000－7的所有參數(shù)設(shè)定均可通過以Microsoft WindowsTM為操作平臺CMT1000工具軟件完成，通過參考功率圖和示波器功能，可方便地查看參數(shù)變化對調(diào)節(jié)器總體運行情況的影響，從而在短時間內(nèi)找到最佳參數(shù)設(shè)定值，極大地提高了發(fā)電機(jī)組運行的可靠性，滿足了不同發(fā)電機(jī)組各種運行方式的需要。成套控制裝置系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 成套控制裝置系統(tǒng)

3 成套控制裝置控制原理

GBK成套控制裝置采用并網(wǎng)前自動跟蹤市網(wǎng)電壓、并網(wǎng)后自動調(diào)節(jié)功率因數(shù)等方法，保證發(fā)電機(jī)組運行的可靠性。針對惡劣環(huán)境的特殊性常常會造成測量及控制元件損壞，對控制及測量元件的選擇及設(shè)計采取措施，保證設(shè)備良好正常運行。

UNITROL1000－7型調(diào)節(jié)器控制方式分為：自動模式－恒電壓；PF模式－恒功率因數(shù)；手動模式－恒勵磁電流；VAR模式－恒無功功率。

（1）電壓補(bǔ)償控制和無功功率分配功能

為了使各并列發(fā)電機(jī)之間的無功功率相同，UNITROL1000－7型自動電壓調(diào)節(jié)器具有一種被稱作電壓降控制的特殊功能，各個電壓調(diào)節(jié)器之間通過RS485總線連接。在VDC模式下，所有自動電壓調(diào)節(jié)器都按照自動模式運行，并且都存在電壓降，但每個自動電壓調(diào)節(jié)器（帶各自的ID號）都將自己的無功功率值寫入RS485總線中。每個自動電壓調(diào)節(jié)器都可以讀取這些無功功率值并計算平均MVAR調(diào)整點，并對電壓降進(jìn)行補(bǔ)償，因此母線上的電壓電平始終保持在100%。

（2）同步功能

可以使同步發(fā)電機(jī)與電力線路實現(xiàn)自動同步。自動電壓調(diào)節(jié)器的模擬輸出可以向調(diào)速器控制求和點發(fā)出模擬速度校正信號，該校正信號代表電力網(wǎng)額定頻率和電力網(wǎng)實際頻率之間的偏差，自動電壓調(diào)節(jié)器發(fā)出的速度校正信號可以使調(diào)速器的給定頻率接近電力網(wǎng)的實際頻率。

（3）匹配功能

由電壓匹配功能向內(nèi)部的電壓調(diào)節(jié)器發(fā)出電壓調(diào)節(jié)值，由頻率匹配功能向調(diào)速器發(fā)出速度校正信號。

（4）旋轉(zhuǎn)二極管監(jiān)測功能

二極管監(jiān)測的目的是為了檢測二極管出現(xiàn)的開路或短路故障。原理圖如圖2所示。

圖2 二極管監(jiān)測功能原理圖

由于二極管在旋轉(zhuǎn)整流器上，因此，只能對其間接檢測。當(dāng)旋轉(zhuǎn)整流器出現(xiàn)故障時，調(diào)節(jié)器可估算出勵磁機(jī)勵磁電路所產(chǎn)生的感應(yīng)交流電大小，從而判斷是否有二極管損壞，然后發(fā)出報警信號。如果旋轉(zhuǎn)勵磁機(jī)的某個支路出現(xiàn)開路，調(diào)節(jié)器發(fā)ALARM（報警）信號；如果旋轉(zhuǎn)勵磁機(jī)的某個支路出現(xiàn)短路，調(diào)節(jié)器發(fā)TRIP（跳閘）信號。

4 成套控制裝置并網(wǎng)合閘

GBK成套控制裝置并網(wǎng)控制分為手動、自動兩種方式。

4.1 并網(wǎng)檢測控制原理電路

控制原理電路圖如圖3所示，PPH為相序表，并網(wǎng)前，通過轉(zhuǎn)換開關(guān)SA6分別檢查網(wǎng)電及機(jī)組電的相序是否都為正相序；PV為電壓表、PF為頻率表，并網(wǎng)前，通過轉(zhuǎn)換開關(guān)SA5分別查看網(wǎng)電及機(jī)組電的電壓、頻率是否正常；KTB為同期脈沖發(fā)送裝置，PSY為同步表，HL2、HL3為同步指示燈，并網(wǎng)時轉(zhuǎn)換開關(guān)SA4撥到“通”的位置接通同步檢測回路。并網(wǎng)后，轉(zhuǎn)換開關(guān)SA4須撥到“斷”的位置，斷開同步檢測回路。

圖3 并網(wǎng)檢測控制原理電路圖

4.2 并網(wǎng)合閘控制原理電路

并網(wǎng)合閘控制原理電路圖如圖4所示，手動方式為常規(guī)并網(wǎng)方式，通過觀察同步表PSY及同步指示燈HL2、HL3的指示，在適當(dāng)?shù)臅r機(jī)按下高壓柜合閘按鈕HA進(jìn)行并網(wǎng)操作。

自動方式為高級方式，充分利用UNITROL1000－7型自動電壓調(diào)節(jié)器先進(jìn)的自動同期功能，結(jié)合DMF－1型同期脈沖發(fā)送裝置進(jìn)行連鎖控制，并結(jié)合同步表PSY以及同步指示燈HL2、HL3，發(fā)電機(jī)接近同步時，按下并網(wǎng)柜合閘按鈕SB3，等待自動電壓調(diào)節(jié)器AVR及DMF－1型同期脈沖發(fā)送裝置KTB發(fā)出同步信號，繼電器KD3動作，同步允許合閘指示燈HL5點亮瞬間，發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)成功。

如此操作控制，最大限度保證了發(fā)電機(jī)并網(wǎng)的安全性、可靠性，從根本上避免了非同期合閘并網(wǎng)帶來的危害。

DMF－1型同期脈沖發(fā)送裝置是國內(nèi)最新一代產(chǎn)品，功能齊全、調(diào)節(jié)方便、質(zhì)量可靠，有試驗、運行兩種工作方式。首次使用時將位置開關(guān)SA置于試驗位置，當(dāng)裝置上合閘指示燈亮?xí)r，同步表應(yīng)指示在0°附近，證明接到裝置和同步表的接線無誤。若指在180°附近，說明接線有誤，若同步表接線正確無誤，則說明接到裝置的接線極性相反，可將接發(fā)電機(jī)的電壓互感器二次線對調(diào)。

發(fā)電機(jī)組保護(hù)回路選用RCS－985RS／SS發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置，該裝置采用以高性能數(shù)字信號處理器DSP芯片為基礎(chǔ)的雙CPU硬件系統(tǒng)，保護(hù)功能強(qiáng)大，有過負(fù)荷保護(hù)、短路保護(hù)、過／欠壓保護(hù)、過頻／低頻保護(hù)、逆功率保護(hù)、接地保護(hù)、差動保護(hù)、過流保護(hù)等。

根據(jù)用戶現(xiàn)場的惡劣環(huán)境，高壓開關(guān)柜除了滿足“五防”功能外，還在柜內(nèi)安裝了除濕裝置和溫控裝置。

發(fā)電機(jī)出口開關(guān)選用VD4－12真空斷路器，可以滿足發(fā)電機(jī)在正常或事故狀態(tài)下的各種合、分閘操作。

5 結(jié)論

GBK發(fā)電機(jī)組成套控制裝置經(jīng)過現(xiàn)場長期穩(wěn)定運行，證明該成套裝置設(shè)計合理、技術(shù)先進(jìn)，完全能夠適應(yīng)高海拔等特殊環(huán)境的要求。