周 全，王際華，徐海寧，呂季平

（1.華潤電力（海豐）有限公司，廣東汕尾516468；2.國網(wǎng)舟山供電公司，浙江舟山316000）

一起大型火力發(fā)電廠同期并網(wǎng)異常分析

周 全1，王際華1，徐海寧2，呂季平1

（1.華潤電力（海豐）有限公司，廣東汕尾516468；2.國網(wǎng)舟山供電公司，浙江舟山316000）

某電廠一期工程2×1000MW超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組使用SID-2FY智能復(fù)用型同期裝置作為發(fā)電機(jī)同期并網(wǎng)裝置。在DCS上進(jìn)行同期并網(wǎng)操作時(shí)，存在同期裝置難以捕捉允許頻差值，機(jī)組投運(yùn)初期經(jīng)常發(fā)生同期并網(wǎng)失敗等問題。對(duì)同期并網(wǎng)裝置參數(shù)、控制回路、DCS邏輯進(jìn)行分析，經(jīng)過系統(tǒng)參數(shù)調(diào)整，提出了行之有效的改進(jìn)方案，解決了上述問題。該方法有效地縮短了同期并網(wǎng)時(shí)間，值得推廣、借鑒。

同期并網(wǎng)；調(diào)頻；發(fā)電機(jī)；發(fā)電機(jī)出口斷路器；GCB

1 前言

根據(jù)GB50660-2011《大中型火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)規(guī)范》［1］16.2.6及其條文說明所述：“600MW級(jí)以上機(jī)組，根據(jù)工程具體情況，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證合格時(shí)，在發(fā)電機(jī)與變壓器之間可裝設(shè)發(fā)電機(jī)斷路器或負(fù)荷開關(guān)?！币约皣獍l(fā)電機(jī)出口斷路器（簡稱GCB）產(chǎn)品技術(shù)性能的高成熟度、發(fā)電機(jī)出口斷路器接線方式的技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性突出等特點(diǎn)［2］，越來越多的新建大型火力發(fā)電廠采取加裝發(fā)電機(jī)出口斷路器的配置方式［3］。某電廠一期工程2臺(tái)發(fā)變組一次接線均為發(fā)電機(jī)帶出口斷路器，在此接線方式下，發(fā)電機(jī)出口斷路器成為機(jī)組并網(wǎng)的同期點(diǎn)。由此，在每次機(jī)組啟動(dòng)時(shí)，同期問題是機(jī)組能否成功并網(wǎng)的關(guān)鍵。

電廠同期并網(wǎng)系統(tǒng)的基本構(gòu)成主要有無刷勵(lì)磁隱極式同步發(fā)電機(jī)，系統(tǒng)側(cè)帶隔離刀閘和接地刀閘、發(fā)電機(jī)側(cè)帶接地刀閘成套大容量斷路器，電壓互感器選用鐵芯式電壓互感器，SID-2FY智能復(fù)用型微機(jī)同期裝置、DCS分散控制系統(tǒng)、DEH汽輪機(jī)數(shù)字電液控制系統(tǒng)、勵(lì)磁系統(tǒng)。

2 同期并網(wǎng)存在的問題

GCB兩側(cè)一次系統(tǒng)電壓通過TV1、TV2變換成二次電壓送到微機(jī)同期裝置，如圖1所示。微機(jī)同期裝置通過比較發(fā)電機(jī)端和電網(wǎng)系統(tǒng)的電壓頻率、相角、幅值判別機(jī)組是否滿足同期并網(wǎng)條件，發(fā)出加、減速調(diào)整指令給DEH電液調(diào)整系統(tǒng)，發(fā)出增、減磁（升壓、降壓）指令給發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)AVR；DEH電液調(diào)整系統(tǒng)執(zhí)行加、減速調(diào)整指令；微機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)執(zhí)行升壓、降壓指令；DCS控制系統(tǒng)為各個(gè)環(huán)節(jié)的協(xié)調(diào)工作提供一個(gè)銜接平臺(tái)，并建立友好的人機(jī)界面，操作指令和調(diào)整指令按照一定的邏輯有序進(jìn)行［4］。電廠發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)系統(tǒng)并網(wǎng)前斷路器兩側(cè)電壓源分屬于不同系統(tǒng)，并網(wǎng)前頻率、電壓都可能不相同，所以采用差頻并網(wǎng)模式，如果滿足同期條件將發(fā)出GCB合閘指令，如果不滿足并網(wǎng)條件將通過發(fā)送調(diào)壓脈沖至AVC（自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器），調(diào)整發(fā)電機(jī)出口電壓，如果頻率不滿足合閘條件，將發(fā)出調(diào)頻脈沖至DEH（汽輪機(jī)數(shù)字電液控制系統(tǒng)），調(diào)整汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速，直到頻差滿足要求，在頻差和壓差都在整定范圍，同期裝置將會(huì)啟動(dòng)，首次捕捉一次出現(xiàn)的零相差進(jìn)行無沖擊并網(wǎng)［5,6］。

圖1 同期并網(wǎng)系統(tǒng)配置圖

2.1 同期并網(wǎng)流程

（1）接指令發(fā)電機(jī)自動(dòng)準(zhǔn)同期并網(wǎng)；

（2）檢查發(fā)電機(jī)系統(tǒng)、勵(lì)磁系統(tǒng)正常；

（3）同期裝置電源開關(guān)合上，單雙側(cè)無壓切換開關(guān)WY切至“同期”位置，同期方式選擇開關(guān)GDK切至“工作”位置；

（4）發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到3000rpm定速；

（5）發(fā)電機(jī)出口開關(guān)熱備用，操作選擇開關(guān)切至“遠(yuǎn)方”位置；

（6）勵(lì)磁系統(tǒng)疊加控制方式選擇“退出”位置，勵(lì)磁系統(tǒng)投“自動(dòng)”方式、AVR自動(dòng)運(yùn)行方式；

（7）勵(lì)磁系統(tǒng)投入正常、滅磁開關(guān)自動(dòng)合閘、發(fā)電機(jī)開始起勵(lì)、發(fā)電機(jī)出口電壓升至27kV；

（8）在DCS同期系統(tǒng)畫面進(jìn)行“同期裝置上電”投入操作，同期裝置上電正常；

（9）DCS畫面確認(rèn)“DEH請(qǐng)求同期”已允許；

（10）DCS畫面進(jìn)入2號(hào)發(fā)電機(jī)同期系統(tǒng)“啟動(dòng)同期”窗口，點(diǎn)擊“啟動(dòng)”按鈕；

（11）2s后裝置同期啟動(dòng)，118s后報(bào)“同期超時(shí)失敗”。

因達(dá)到設(shè)置的裝置允許同期時(shí)間而合閘未成功，裝置同期超時(shí)，報(bào)警并進(jìn)入閉鎖狀態(tài)，提示“同期超時(shí)失敗”。

回顧此次同期并網(wǎng)失敗，整個(gè)并網(wǎng)操作流程不存在任何問題，但在整個(gè)過程中同期裝置未發(fā)出加、減速和增、減磁指令，未發(fā)出合閘指令，因此，真正導(dǎo)致同期并網(wǎng)失敗的原因需要進(jìn)一步去梳理、探尋。

2.2 同期裝置定值檢查

表1 SID-2FY/T同期裝置部分定值清單

2.3 控制回路檢查

如圖2所示，在103A和103之間接入發(fā)電機(jī)出口斷路器合閘回路，短接該回路，開關(guān)能正常合閘。DTK12是同期裝置電源開關(guān)的輔助接點(diǎn)，能正常接通。TJJ為TV1、TV2的電壓檢測(cè)繼電器輔助接點(diǎn)，電壓正常時(shí)該輔助接點(diǎn)閉合。GTK轉(zhuǎn)換把手在并網(wǎng)時(shí)置于“工作”位置，接點(diǎn)為接通狀態(tài)。HJ繼電器的兩對(duì)串聯(lián)接點(diǎn)經(jīng)過校驗(yàn)，HJ繼電器動(dòng)作是串聯(lián)接點(diǎn)能正常閉合。最后發(fā)現(xiàn)同期裝置的JK5出口插件的14、16觸點(diǎn)未接通，而14、16觸點(diǎn)未接通是因?yàn)槲礉M足同期條件，同期裝置未出口。說明同期合閘回路不存在問題。

圖2 控制回路原理圖

2.4 從同期并網(wǎng)三要素進(jìn)行分析

在滿足頻差、壓差、相角差的并網(wǎng)三要素的前提下，方可實(shí)現(xiàn)安全可靠的機(jī)組并網(wǎng)［8］。因此，從最基本的原理角度進(jìn)行分析以探尋并網(wǎng)失敗的真實(shí)原因。

同期并網(wǎng)時(shí)，發(fā)現(xiàn)TV1和TV2的電壓差在允許范圍內(nèi)，壓差不超過±0.78kV的偏差；發(fā)電機(jī)端頻率在50.15Hz附近波動(dòng)，而電網(wǎng)頻率保持在50Hz不變。經(jīng)過確認(rèn)，發(fā)電機(jī)廠家為避免并網(wǎng)后發(fā)生突發(fā)性潮流再次分配、超出線路的靜穩(wěn)極限引發(fā)系統(tǒng)失步、汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速下降過大導(dǎo)致機(jī)組失穩(wěn)、線路的繼電保護(hù)誤動(dòng)作等惡劣情況發(fā)生，建議并網(wǎng)前汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速在DCS邏輯中設(shè)置為3009r/min，并網(wǎng)后的轉(zhuǎn)速設(shè)置為3000r/min。汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速在定速后會(huì)有±1r/min的誤差。同期裝置的合閘頻差范圍在50±0.15Hz，也就是轉(zhuǎn)速范圍在2991-3009r/min內(nèi)符合并網(wǎng)條件，而這恰好是汽輪機(jī)的并網(wǎng)前額定轉(zhuǎn)速在頻差合閘條件的邊界。當(dāng)波動(dòng)到頻差超限時(shí)，同期裝置剛要發(fā)出減速脈沖指令時(shí)，頻差又波動(dòng)到頻差超限范圍內(nèi)，這時(shí)同期裝置準(zhǔn)備捕捉合閘角，頻差又波動(dòng)到超限，裝置又未發(fā)出動(dòng)作指令。如此往復(fù)，同期裝置一直在尋找合適頻差和適當(dāng)?shù)南辔唤?，?18s內(nèi)未找到同期滿足條件，最終“同期失敗”。

3 解決方案

同期裝置定值經(jīng)過核算，由長期經(jīng)驗(yàn)積累與實(shí)踐得知不能做變動(dòng)。與發(fā)電機(jī)廠家技術(shù)人員進(jìn)行商討，最后將發(fā)電機(jī)并網(wǎng)前定速由3009r/min改為3005r/min。下面從并網(wǎng)三要素的角度來驗(yàn)證轉(zhuǎn)速改為3005r/min的合理性。

電壓差值ΔU=Us-Ug，Us由電網(wǎng)決定并保持在57.7V。并網(wǎng)前發(fā)電機(jī)為空載運(yùn)行，空載時(shí)的電樞繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為發(fā)電機(jī)的空載電動(dòng)勢(shì)E0，此時(shí)E0等于定子端電壓Ug?？蛰d運(yùn)行電動(dòng)勢(shì)E0=4.44fNkN1Φ0。當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速由3009r/min降低至3005r/min時(shí)，同期裝置發(fā)出調(diào)壓脈沖至AVR，提升勵(lì)磁電流。由同步發(fā)電機(jī)空載運(yùn)行特性可知，此時(shí)發(fā)電機(jī)主磁通Φ0將會(huì)增大，仍然可保證E0保持在恒定值，即轉(zhuǎn)速改變時(shí)Ug可保持不變，符合-5%≤ΔU≤5%，達(dá)到并網(wǎng)條件之一?？梢娦》淖儼l(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速并不影響發(fā)電機(jī)并網(wǎng)電壓。

頻率差值Δf=fs-fg，頻率作為機(jī)械參量直接與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速相關(guān)。當(dāng)轉(zhuǎn)速由3009r/min改為3005r/min時(shí)，頻率f由50.15Hz降為50.08Hz，Δf=50-50.08= 0.08Hz，滿足-0.15Hz≤Δf≤0.15Hz。因此轉(zhuǎn)速改變后進(jìn)一步縮小頻差，更利于發(fā)電機(jī)成功并網(wǎng)。

相角差值ΔΦ=Φs-Φg，在啟動(dòng)同期裝置后，通過比較Us和Ug的電壓相位差，裝置以精確嚴(yán)密的數(shù)學(xué)模型差頻并網(wǎng)時(shí)，捕捉到第一次出現(xiàn)的零相角差，進(jìn)行無沖擊并網(wǎng)。因此，同期并網(wǎng)時(shí)要求ΔΦ=0是通過同期裝置本身實(shí)現(xiàn)，與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)整無關(guān)。

經(jīng)過多次同期并網(wǎng)測(cè)試，由同期啟動(dòng)到并網(wǎng)成功最短僅需4s，最長需8s就能順利并網(wǎng)。從圖3中的同期裝置錄波中可以看出，在捕捉到第一次出現(xiàn)的零相差時(shí)就能成功并網(wǎng)，極大提高并網(wǎng)速率。

圖3 同期裝置錄波圖

值得指出的是，并網(wǎng)前發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速降低的直接原因是汽輪機(jī)出力降低。汽輪機(jī)出力由蒸汽壓力、溫度、流量決定，這意味著并網(wǎng)前汽輪機(jī)參數(shù)可能會(huì)較低。通常機(jī)組并網(wǎng)前蒸汽流量由轉(zhuǎn)速?zèng)Q定，機(jī)組并網(wǎng)后蒸汽流量由功率決定，為防止并網(wǎng)時(shí)轉(zhuǎn)速下降使得發(fā)電機(jī)產(chǎn)生逆功率，建議并網(wǎng)前合理調(diào)整調(diào)門開度、適當(dāng)提高蒸汽參數(shù)、增加負(fù)荷，有利于并網(wǎng)過程的順利進(jìn)行。

4 結(jié)束語

發(fā)電機(jī)組能否同期并網(wǎng)決定著機(jī)組啟動(dòng)的順利程度，會(huì)直接對(duì)發(fā)電廠運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性產(chǎn)生重大影響。當(dāng)發(fā)生同期并網(wǎng)失敗的情況時(shí)，應(yīng)從以下幾個(gè)方面進(jìn)行仔細(xì)梳理。

（1）梳理并網(wǎng)指令流程。

檢查并網(wǎng)指令流程是否存在漏項(xiàng)、順序顛倒等情況，形成發(fā)電廠內(nèi)部的固定模式，運(yùn)行操作人員熟練掌握。

（2）檢查同期裝置定值。

仔細(xì)檢查定值是否正確、是否被人為篡改，并形成定值審批制度，修改后的定值打印后由當(dāng)事人及分管領(lǐng)導(dǎo)簽字備案，確保定值的正確性。

（3）檢查發(fā)電機(jī)出口斷路器合閘回路。

仔細(xì)檢查發(fā)電機(jī)出口斷路器合閘回路中各器件、回路的完好程度，避免因?yàn)槠骷У仍蛟斐蒅CB無法合閘。

（4）檢查發(fā)電機(jī)側(cè)與系統(tǒng)側(cè)的頻差、壓差、相角差。

從并網(wǎng)三要素來尋找并網(wǎng)失敗的真正原因是最直接的解決方法，逐漸縮小問題范圍，探究出真正的問題點(diǎn)。

從該電廠運(yùn)行初期的并網(wǎng)案例及分析可以看出，同期系統(tǒng)參數(shù)的整定配合至關(guān)重要。在發(fā)電機(jī)廠家沒有遇到此類問題的情況下，結(jié)合自身機(jī)組的實(shí)際情況，最終通過對(duì)發(fā)電機(jī)并網(wǎng)前定速參數(shù)的修改達(dá)到了成功、高效并網(wǎng)的目的，為今后機(jī)組安全穩(wěn)定的運(yùn)行提供了經(jīng)驗(yàn)積累，值得其它百萬機(jī)組參考、借鑒。

［1］GB 50660-2011，大中型火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京：中國計(jì)劃出版社，2011.

［2］羅炳林.論電氣主接線與裝設(shè)發(fā)電機(jī)出口斷路器的關(guān)系［J］.電力建設(shè)，2005，26（3）：5-7，38.

［3］孫浩波.大機(jī)組采用發(fā)電機(jī)出口斷路器的技術(shù)優(yōu)勢(shì)分析［J］.華北電力技術(shù)，2008，（8）：29-31.

［4］陳乃鵬，董興泉，岳文科.發(fā)電機(jī)DCS同期并網(wǎng)的問題及策略［J］.電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2009，37（15）：124-127.

［5］深圳智能設(shè)備開發(fā)有限公司.SID-2FY智能復(fù)用型同期裝置技術(shù)說明書.

［6］胡航帆.同期并網(wǎng)存在的問題及對(duì)策［J］.黑龍江電力，2011，33（6）：475-477.

［7］任德寧.發(fā)電機(jī)同期系統(tǒng)參數(shù)不匹配造成并網(wǎng)沖擊的分析［J］.寧夏電力，2009（z1）：40-43.

［8］唐建輝，黃紅荔.電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置［M］.北京：中國電力出版社，2005：8-21.

Analysis on an abnormal synchronization of fossil fired power plant

ZHOU Quan1，WANG Ji-hua1，XU Hai-ning2，LV Ji-ping1
（1.China Resources Power（Haifeng）Co.，Ltd.，Shanwei 516468，China；2.State Grid Zhoushan Power Supply Company，Zhoushan 316000，China）

The first-stage project 2×1000MW ultra supercritical coal-fired generating sets of China Resources Power（Haifeng）Co.，Ltd.，take SID-2FY intelligent multiplexing synchronization device as its power-grid synchronizing device.The synchronization failure always happens during its initial operation especially when operating on the DCS because of the capture failure of the allowable frequency difference value.By analyzing the parameters，the control circuit and the DCS logic，the effective schemes and improved technical solutions are presented，which can solve the problems successfully.The scheme and solution can shorten the synchronizing time effectively and has practical application value.

synchronization；frequency regulation；generator；generator circuit breaker；GCB

TM314+.9

A

1005—7277（2016）03—0044—04

周 全（1985-），男，從事發(fā)電廠電氣專業(yè)的技術(shù)管理工作。

2016-04-12

王際華（1985-），男，工程師，碩士，從事發(fā)電廠電氣專業(yè)的技術(shù)管理工作。