火電機組孤網運行調試技術
一、孤網運行特點
電網中最大單機容量小於電網總容量8%的電網, 可以稱為大電網, 而單機容量大於電網總容量8% 的電網, 統稱為小網, 孤立運行的小網, 稱為孤網。大電網中, 某機組出現甩負荷或負荷波動, 由於變化部分的負荷所占的比例較小, 變化的負荷可以由網中其他機組進行補償, 電網頻率能控製在規定範圍內波動。而對於孤網, 一旦發生機組甩負荷或負荷波動, 會造成整個電網供需關係嚴重不平衡, 電網頻率大幅度波動和振蕩, 甚至崩潰。孤網運行最突出的特點是: 機組主動調頻, 被動負載, 通過汽輪機調節係統維持電網頻率穩定。
二、孤網運行難點
火電調試是全麵檢驗發電機組及其配套輔助設備的設計、製造、施工、調試和運行的重要環節。孤網運行的火電機組和普通機組相比, 在調試期間, 存在著更大的風險和困難。一是安全隱患大, 孤網運行機組由於沒有外部電源供電, 事故停機時, 汽輪機、鍋爐等熱機設備處於十分危險的境地, 處置不當, 很可能造成汽機斷油燒瓦、汽缸進水、鍋爐汽包變形等嚴重事故。二是係統穩定性差, 當用電負荷發生改變時, 頻率隨之發生變化。當變化幅度較大時, 會影響到機組輔機的出力, 導致機組運行困難。
三、孤網運行調試關鍵技術
孤網運行的機組調試同樣可分為: 整套啟動前調試、空負荷階段調試、鍋爐點火與汽機衝轉、機組並網與空負荷試驗、帶負荷調試、機組168h 可靠性試驗等幾個階段。針對孤網運行火電機組的難點和特點, 需要采取一些特殊的調試技術措施, 以確保在負荷波動、全廠失電等特殊工況下機組設備的安全。
1、采取合理的電氣保護定值策略
針對孤網運行的特殊狀況, 廠區內的電氣保護定值采用隨用電負荷的變化而改變的策略。在“黑啟動裝置”——柴油發電機組啟動前, 母線、母聯、開關的保護定值設為“0”區；在“黑啟動裝置”——柴油發電機組啟動後, 對廠用變、綜合變、備用變進行衝壓時, 母線、母聯、母線開關的保護定值設為“1”區；在大功率的電機啟動時, 將電氣設備的保護定值設為“2”區；在機組並網帶負荷時, 將母線、母聯、母線開關的保護定值設為“3”區。采取電氣保護定值隨負荷的變化而改變的技術措施, 增強了電氣係統保護的靈敏性, 減少了因過電流造成設備燒損的風險。
2、采用多種並網模式
全廠電氣係統由2 台汽輪發電機組和一套黑啟動裝置( 柴發) 組成, 見圖1, 由於運行工況的不同,需要在運行中考慮多種並網運行模式。
圖1：廠區電氣係統圖
以2 號機組不同的運行工況為例, 2 號機組存在4 種不同的並網運行模式。
(1) 當1 號發電機組正常運行時, 用5DL 斷路器做同期點使2 號機與1 號機並網。
(2) 當1 號發電機組正常運行時, 用3DL 斷路器做同期點使2 號機與1 號機並網。
(3) 當2 號發電機組正常運行時, 2 號機帶11KV段廠用電負荷運行。用柴油發電機總出口斷路器4DL 做同期點使柴油發電機與2 號機並網。
(4) 當柴油發電機正常運行供電時, 用5DL 斷路器做同期點使2 號汽輪機與柴發並網。
3、合理整定逆功率動作值
為保證孤網運行時保護正常動作, 需要對發電機保護進行嚴格功能檢查和試驗。在並網初期, 由於孤網機組汽輪發電機與黑啟動裝置之間的負荷分配不穩定, 較容易造成汽輪發電機短時間的逆功率, 因此對於發電機逆功率保護動作值, 在征求廠家意見後, 可以進行適當的修改,適當延長逆功率動作時間、增大並網初負荷設置, 機組並網正常後, 再將定值修改回來。
4、增加汽機超速保護(OPC) 判斷邏輯
出於孤網運行特點和汽輪機安全的雙重考慮,增加汽機超速保護( OPC) 判斷邏輯:汽機衝轉階段, OPC 保護定值為缺省103% , 即3 090 r/ min; 在機組並網後, 投入孤網控製, OPC 保護定值自動修改為104% , 即3 120 r/ min;為防止甩負荷情況下, 汽機轉速飛升太快, OPC保護來不及動作, 增加了轉速飛升加速度200 r/ min以上時, OPC 提前動作, 以保證機組安全。
5、合理設計汽輪機DEH轉速控製邏輯
孤網機組汽輪機DEH 轉速控製邏輯如下圖所示。
圖2：DEH 轉速控製邏輯框圖
(1) 函數f ( x ) = 4x+ 3 000, x 為實際負荷值,FILT 為一階濾波函數, ADD 為加模塊, SUB 為減模塊。
(2) 當負荷沒有波動, 汽輪機穩定運行時, 實際轉速3 000 rpm, 若滿負荷, 第一路f ( x ) 輸出為3 120直接送到減模塊, 第二路經過第一個加模塊後為6 120, 同期加轉速暫無, 出口仍為6 120, 經過一階濾波後, 雖然數值送出時間比第一路慢, 但穩定運行仍然是6 120, 經過減模塊, 兩路相減, 出口為3 000, 與實際轉速比較後無差異, 給調門的變動指令為0。
(3) 當負荷突然波動, 如30 MW 甩負荷至20MW, 實際轉速必然飛升, 假設調門不動作, 轉速將變為3 100 r/ min; 實際負荷經過f ( x ) 後輸出3 080r/ min, 第一路直達減模塊, 第二路經過第一個加模塊為6 080, 同期後不變, 再進入一階濾波, 這時一階濾波起作用, 按照設定時間函數延緩輸出, 緩慢向6 080靠近, 在SU B 模塊相減後與實際轉速比較偏小, 需要關閉調門調整, 這樣就把關調門指令送出,完成調節過程, 直到重新穩定3 000 r/ min。
(4) 同期並網時, 實際轉速3 000, 負荷為0, f( x ) 輸出為3 000, 第二路經過同期加轉速, 如6 007後送出, 減模塊輸出為3 007, 與實際轉速比較後需開調門, 模塊AO 發出開調門指令。
四、改進鍋爐運行方式
孤網運行時機組負荷隨電網負荷而變化, 孤網調頻回路會經常動作汽輪機調門, 導致鍋爐主汽壓力經常波動且幅度較大。主汽壓力波動會影響到汽包水位、主汽溫度等參數。鍋爐運行人員要加強主要參數的監控及調整, 及時進行跟蹤調整。
負荷增加時主汽壓力、溫度降低, 鍋爐需要增加給煤量。但是, 由於鍋爐慣性比較大, 因此應逐步增加煤量, 避免短時間內大量投入煤粉導致後期參數迅速升高, 待鍋爐溫度與壓力開始回升後重新調整給煤量, 負荷降低時亦然。
如果負荷增加量比較大, 則汽輪機轉速可能降低, 從而導致電網頻率降低, 影響鍋爐側輔機出力。鍋爐側易受影響的設備為引風機, 以及送風機和一次風機。引風機電流波動可能會導致爐膛負壓波動, 此時要求引風機切除自動運行方式, 由運行人員手動操作, 盡量維持爐膛負壓穩定。同時盡快調整各主要參數, 協助汽機恢複轉速, 然後複位各報警信號。
五、結語
孤網運行的火電機組和普通機組相比, 存在著更大的風險和困難, 但是隻要對孤網運行火電機組的特點進行細致的研究, 製定專門的孤網運行調試方案, 采取針對性的調試技術措施, 調試原因造成的設備損壞事故是完全可以避免的。
