徐加朋

(山東能源新汶礦業(yè)集團泰山鹽化工分公司，山東 泰安 271024)

【供電與整流】

氯堿企業(yè)外電網故障時保證發(fā)電機組孤網運行的措施

徐加朋*

(山東能源新汶礦業(yè)集團泰山鹽化工分公司，山東 泰安 271024)

氯堿企業(yè)；汽輪發(fā)電機組；孤網運行；控制系統

針對某公司供電系統的薄弱環(huán)節(jié)，制定發(fā)電機組孤網運行方案，提出保證發(fā)電機組孤網運行的措施，在外電網波動或故障停電的情況下讓發(fā)電機與外電網解列，孤網運行，解決外電網失電等外界因素致使企業(yè)電網停電的問題，提高了電力系統的可靠性，達到了連續(xù)供電、確保安全生產的目的。

隨著企業(yè)規(guī)模的擴大，氯堿企業(yè)能源浪費的現象較為突出，各企業(yè)利用余熱、余汽、高壓抽氣等發(fā)電，自發(fā)自用，提高功率因數，穩(wěn)定系統電壓，符合國家節(jié)能減排的政策要求，也適應企業(yè)節(jié)能降耗的需求。山東能源新汶礦業(yè)集團泰山鹽化工分公司(以下簡稱“新礦鹽化工”)擁有10萬t/a離子膜法燒堿、10萬t/a聚氯乙烯生產規(guī)模，以及與其配套的熱電聯產項目3臺30 MW抽凝發(fā)電機組。運行期間，在2009年發(fā)生了兩起發(fā)動機脫網跳停事故，導致供電系統大面積停電，生產裝置停車事故，給新礦鹽化工的安全生產造成嚴重影響。兩次事故原因均是由于機組在外電網失電情況下無法實現快速合理減載，進而無法達到發(fā)電機組孤網穩(wěn)定運行的目的，最后，在機組跳閘后造成供電系統大面積失電，引發(fā)了停車事故。氯堿企業(yè)生產離不開外界環(huán)境因素，由于外電網故障、雷電、臺風襲擊,以及自備發(fā)電機組故障跳停等因素導致的全部停電、部分停電、嚴重晃電每年都有，嚴重威脅著企業(yè)的安全生產。針對公司供電系統的薄弱環(huán)節(jié)，新礦鹽化工制定發(fā)電機組孤網運行方案，提出保證發(fā)電機組孤網運行的措施，能夠讓發(fā)電機在外電網波動或故障停電的情況下與外電網解列，孤網運行，解決外電網失電等外界因素致使企業(yè)電網停電的問題，提高了電力系統的可靠性，達到了連續(xù)供電、確保安全生產的目的。

1 電網實際運行狀況

如圖1所示：新礦鹽化工10 kV和35 kV主電源由設置在附近的110 kV泰安滿莊變電所提供，該變電所內設2臺容量均為65 M·VA的變壓器，電壓變比為110 kV/35 kV/10 kV。供電系統配有5臺自備發(fā)電機組、1座35 kV用戶配和4座10 kV裝置區(qū)域用戶配、5座10 kV發(fā)動機母線裝置配以及16座0.4 kV低配，總用電負荷約為155 MW，系統接線方式均為單母分段。

圖1 新礦鹽化工電網實際運行狀況示意圖

Fig.1 Illustration of actual operation condition of power network at Taishan Salt Chemical Branch, Shandong Energy Xinwen Mining Group Co., Ltd.

正常運行方式為滿莊變電所110 kV母線為分列運行，Ⅰ段進線開關和 Ⅱ段進線開關運行、母分開關熱備用；化工裝置區(qū)域用戶配35 kV系統有4段單母線，分3段運行。1#、2#與3#發(fā)動機發(fā)電負荷通過3臺升壓變壓器分別與整流3段母線并網運行。2座10 kV用戶配和0.4 kV系統分列運行，一分到底。母分開關熱備用，備用電源快速切換裝置投人運行。

2 孤網運行對汽輪機調速系統的要求

孤網形成時的初始階段，首先是受大干擾沖擊，電壓瞬間降低，電動機堵轉，低電壓繼電器動作，但還未達到整定跳閘時間。保護在幾十毫秒動作之后形成孤網時，又面臨有功負荷的不平衡，以及機組的機械功率和電磁功率的不平衡。系統無功因電動機堵轉惡性循環(huán)而更加降低，發(fā)電機因電壓降低而出力不足，自動調壓、調頻、低周等信號同時發(fā)出，事故告警動作。

為適應發(fā)動機孤網運行的要求，汽輪機的調速系統應具備如下4個特性。

(1)調速系統應采用帶有比例控制器的有差調節(jié)，各機組調速系統應設置相同的轉速不等率，一般取4.5%～5.0%，以適應負荷分配的需要。

(2)對于單機帶負荷機組，應具備手動或自動調頻功能。

(3)油動機動作行程應在一次調頻的范圍內。

(4)機組的調速系統應調節(jié)靈敏，遲緩率小，動態(tài)響應快。

3 自備發(fā)電機組孤網運行須解決的問題

對于氯堿企業(yè)，由于其生產的高危險性，要求其供電必須高度安全。其中，自備電廠汽輪機的穩(wěn)定運行和控制十分關鍵。為此，氯堿企業(yè)一般要求配置雙電源供電，普遍采用的方式是地方電網配置雙電源供電，自備發(fā)電機組作為備用保障電源。正常運行時，企業(yè)內部電網與地方電網并網；在外電網故障時，自備發(fā)電機組必須保證脫網后自保，并及時調整發(fā)電負荷，維持孤網正常運行，保證企業(yè)內部電網的安全。

氯堿企業(yè)的自備發(fā)電機組孤網運行須解決發(fā)動機控制系統如下3個問題。

(1)須安裝1套可靠的低周減載裝置作為脫網后發(fā)動機的自動減負載工具，避免自備發(fā)電機組因低周波跳閘。

(2)孤網運行時，要求汽輪發(fā)電機組具備良好的一次調頻到位，就可以穩(wěn)定頻率的性能。

(3)當機組甩負荷時，不僅要保證發(fā)電機組轉速在安全值內，還要盡快穩(wěn)定電壓，保證廠用電的供給。

4 發(fā)電機系統保護須采取的措施

發(fā)電機系統保護須重新計算調整，并做好系統試驗[1]。

(1)發(fā)電機增加橫差保護，確保發(fā)電機的安全。

(2)勵磁系統增加自動強勵功能，發(fā)生事故時確保機組自救。

(3)過電壓保護及單相接地保護是通過在發(fā)電機機端和饋線柜處增設零序電流保護來實現的， 避免系統產生持續(xù)的弧光過電壓而引發(fā)電壓互感器燒毀、 避雷器爆炸事故。

(4)發(fā)電機組、整流變壓器增設低頻、 高頻、 低電壓、 過電壓保護。發(fā)電機組和整流變的保護上、下級具有選擇性。

(5)為了安全起見，當整流變壓器因自身原因突然跳閘時， 電網沖擊大，汽輪發(fā)電機負荷難以及時調整，可以增設電流突變保護，來保護發(fā)電機組。

(6)當機組緊急停運后，為了不影響供熱的大幅變化，須增加保證蒸汽供應的旁路措施。

(7)當單臺機組緊急停運后，負荷影響非常大。為了保證其他機組的正常運行，應連鎖減載部分整流負荷。

5 改進汽輪發(fā)電機組控制系統的方案

針對發(fā)電機組控制系統出現的問題，提出改進汽輪發(fā)電機組為數字電液DEH控制系統的方案。

(1)應用先進控制系統。建議采用改進的汽輪發(fā)電機組數字電液DEH控制系統，來提高機組的一次調頻能力，并設計二次調頻動作方案。

(2)實施轉速加速度控制，通過實時計算汽輪機轉子的加速度。當其達到某一規(guī)定值時，觸發(fā)相關的控制。

(3)根據汽輪機轉速加速度計算出甩負荷的程度，在汽輪機調速汽門的調節(jié)PID輸出指令上，增加附加轉速的微分作用，并加大氣門調節(jié)增益，用以彌補和改善動態(tài)響應的速度特性。

(4)當甩負荷達到規(guī)定值后，控制系統自動以負荷設定值跟蹤實際負荷，以消除負荷調節(jié)回路負偏差對調頻回路正偏差的影響。

(5)改進汽輪機的OPC功能，將動作轉速從103%提高到105%，以利于一次調頻，并及時控制轉速的升降，減少機組振蕩，使發(fā)電機快速恢復平穩(wěn)運行[2]。

6 孤網運行時保證系統電能質量的措施

發(fā)電機孤網運行時，應使發(fā)電機機端電壓、 電壓偏差、頻率偏差、三相不平衡度，以及功率因數等指標符合國家標準，因此要采取相應的措施。

(1)為了提高汽輪機組調節(jié)品質，減小頻率偏差，建議汽輪機調節(jié)使用技術日趨成熟的數字電液調節(jié)系統。

(2)為了保證系統電壓及電壓偏差，發(fā)電機勵磁調節(jié)系統應采用微機靜止勵磁調節(jié)裝置，以便實現自動或手動控制。

7 孤網運行時發(fā)電機的相關操作

(1)單機孤網運行時可以通過零升壓或單側無壓兩種方式送電。

(2)網中有幾臺機組并列運行時，發(fā)電機的并列操作采用準同步法。

8 孤網運行注意事項

(1)當有幾臺發(fā)電機組并列運行時，要保持小容量機組負荷穩(wěn)定，讓單機容量較大的機組擔任負荷調整任務。

(2)生產中啟動、停止大容量用電設備要事先與發(fā)電機操作人員取得聯系，做好準備，防止出現事故。

(3)在孤網中擔任調整任務的機組盡量采用手動控制，注意隨時調整有功、無功，盡量穩(wěn)定發(fā)電機的電壓和頻率。

(4)當發(fā)電機孤網運行時，機端電壓和頻率穩(wěn)定性差，如果調解不及時隨時可能發(fā)生大量甩負荷，甚至發(fā)生外界全部停產事故，應做好事故預判，搞好應急事故演習工作。

(5)當采用孤網運行后，機、電、爐人員配合要默契，并對運行人員的技術要求相對較高。

(6)要特別注意發(fā)電機的保護設置及定值的整定，應能滿足三相電流不平衡、 電壓擺動大的要求。

(7)發(fā)電機孤網運行時，在任何情況下都要保證發(fā)電廠廠用電的電壓穩(wěn)定。

(8)嚴格注意調節(jié)兩個參數：電壓和頻率。調整勵磁電流的大小相應地就調整了發(fā)電機機端電壓，調整汽輪機的進氣量相應地就調整了發(fā)電機的頻率。兩者均為正比關系。

9 結語

孤網運行時首先要及時調節(jié)勵磁電流，保證發(fā)電機的電壓穩(wěn)定；其次，應關注頻率的變化，盡量避免頻率忽高忽低，以保證供電的相對穩(wěn)定。通過對汽輪發(fā)電機組及供電系統進行孤網運行改造，經受了多次外線路失電事故考驗，發(fā)電機組均成功實現了孤網運行，極大地提高了企業(yè)供電系統的安全可靠性，為安全生產提供了有力保障。

[1] 金春雄.發(fā)電機孤網運行的探討[J].科技創(chuàng)新與應用，2015(10)：175-176.

[2] 何杰,項耀華.孤網方式下火電機組的應對措施[J].江西電力，2009(3)：26-27.

[編輯：費紅麗]

Measures to ensure isolated network operation of generator units of chlor-alkali enterprises in the case of failure of external power grid

XUJiapeng

(Taishan Salt Chemical Branch, Shandong Energy Xinwen Mining Group Co., Ltd., Taian 271024, China)

chlor-alkali enterprise; turbogenerator; isolated network operation; control system

Schemes for isolated network operation of generating units were formulated in view of weak links in the power supply system of a certain company. Measures to ensure isolated network operation of generator units were proposed. In the case of fluctuation or fault interruption of external power grid, generating units were disconnected with external power grid and their operation was isolated. Then the problem of power interruption in the company due to external factors such as breakdown of external power grid was solved. The reliability of power system was increased. The aim of continuous power supply to assure safe production was attained.

2016-11-22

TM46

B

1008-133X(2017)01-0001-04

*[作者簡介] 徐加朋(1975—)，男，機電工程師，2007年畢業(yè)于中國礦業(yè)大學機械電子工程專業(yè)，長期從事氯堿機電設備管理工作。