(中國石化天津分公司，天津 300271)

0 引 言

余熱回收發(fā)電機屬于小容量發(fā)電機組，容量一般為6～30 MW。余熱發(fā)電機組并網(wǎng)模式中供電線網(wǎng)結(jié)構(gòu)復雜，在熱源的利用上也不如火力發(fā)電機平穩(wěn)，因此并網(wǎng)過程或停機環(huán)節(jié)如果出現(xiàn)故障，必將會影響電網(wǎng)的可靠運行[1]。因此余熱發(fā)電機組在并網(wǎng)和停機環(huán)節(jié)，對運行操作的安全與可靠性要求更高。本文以額定容量15 MW的同步發(fā)電機作為研究對象，在10 kV電壓等級下，采用單爐單機工作方式，對發(fā)電機啟機、停機流程中的關(guān)鍵技術(shù)操作進行了詳細闡述，并結(jié)合事故案例對運行參數(shù)進行了分析和優(yōu)化。

1 啟機并網(wǎng)

1.1 勵磁系統(tǒng)

該余熱發(fā)電機組采用的是無刷交流勵磁系統(tǒng)，副勵磁機與勵磁機都與發(fā)電機主軸同軸，副勵磁機為一臺永磁交流發(fā)電機，工作頻率為350 Hz，額定容量為3.5 kW。永磁機通過剩磁產(chǎn)生磁場，產(chǎn)生的交流電流進入勵磁柜的整流模塊后，轉(zhuǎn)換為直流勵磁電流，并加載在勵磁機轉(zhuǎn)子的勵磁繞組上；勵磁機端產(chǎn)生的電流再經(jīng)過發(fā)電機內(nèi)部的旋轉(zhuǎn)式整流器后，經(jīng)整流變?yōu)橹绷鲃畲烹娏骱蠹虞d到發(fā)電機的勵磁繞組，最終汽輪機帶動發(fā)電機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，并建立旋轉(zhuǎn)勵磁磁場。勵磁調(diào)節(jié)裝置采集的是發(fā)電機定子電流值，將其作為檢測信號，勵磁電流的調(diào)節(jié)功能是通過操作勵磁屏來實現(xiàn)的。余熱發(fā)電機勵磁系統(tǒng)由圖1所示。

圖1 勵磁系統(tǒng)簡圖

1.2 開機準備

電氣系統(tǒng)一次主接線圖如圖2所示。10 kV母線與35 kV母線由35 kV升壓變壓器相連接，111、122、133、144分別為6 kV變電所內(nèi)的4個高壓開關(guān)柜。1001為35 kV變電站的進線開關(guān)。

圖2 一次主接線系統(tǒng)圖

首先檢查35 kV站1001開關(guān)運行是否正常，確認無報警信息及保護動作信息后，再將各保護壓板投入，但是差動保護出口要單獨退出。現(xiàn)場確認35 kV變壓器運行正常，檢查發(fā)電機及勵磁部分，確認永磁機接線盒緊固，周圍設置警戒線，禁止無關(guān)人員靠近發(fā)電機。

然后檢查6 kV變電所內(nèi)10 kV開關(guān)柜，確保111并網(wǎng)柜開關(guān)在試驗位置，再將各保護壓板投入，并且與35 kV站一樣，差動保護出口要單獨退出，這是因為差動保護的兩個檢測點分別為35 kV變壓器低壓側(cè)出口和6 kV母線進線側(cè)，變壓器啟動時的電流會達到額定電流的6～8倍，有可能產(chǎn)生不平衡電流引起差動保護跳閘[2-4]，這種情況屬于非故障電流的保護誤動作，這時就需要將綜保上差動保護的整定值重新計算，確定更合理的動作參數(shù)。這里要說明的是，差動保護壓板的退出僅關(guān)閉了跳閘功能，但綜保上的指示燈依然會顯示故障報警，提示該保護動作過。差動保護壓板僅在首次并網(wǎng)時退出，成功并網(wǎng)后要重新投入，且以后并網(wǎng)都不必退出。最后確認122勵磁PT手車、144母線PT手車均在試驗位置，將所有開關(guān)柜二次空開合上。

一次設備檢查完畢后，還要檢查勵磁控制系統(tǒng)。首先將勵磁柜操作總電源開關(guān)61DK、柜上直流電源開關(guān)2DK、1DK合上，此時勵磁控制系統(tǒng)應無報警信號；確認兩套交流電源和直流電源的開關(guān)都在合位，將運行方式開關(guān)切為“恒壓”，運行控制方式有“恒功率因數(shù)”和“恒無功功率”兩種形式，此時我們選擇恒功率因數(shù)；檢查“FMK操作”、“增減磁”控制開關(guān)在中間位置(待操作狀態(tài))；最后檢查確認整流橋刀閘和“FMK”開關(guān)都在分閘位置。

1.3 并網(wǎng)操作

確認汽輪機額定轉(zhuǎn)速已達到3 000 rad/min；分別將144母線PT手車、122勵磁PT手車推入工作位并檢查，再將133開關(guān)推入工作位，此時后備綜保滅磁聯(lián)跳指示燈點亮，這是因為勵磁柜上的滅磁開關(guān)“FMK”還未合上，這時必須退出滅磁開關(guān)聯(lián)跳壓板后，才能去合上133發(fā)電機出線開關(guān)；因為滅磁聯(lián)跳保護是發(fā)電機正常運行時的保護，發(fā)電機正常工作時如果突然失去勵磁，該保護會動作并使發(fā)電機跳閘。現(xiàn)在滅磁開關(guān)“FMK”未合上，如果133開關(guān)先合閘，滅磁聯(lián)跳保護會動作，使發(fā)電機無法正常合閘[5]。待退出滅磁開關(guān)聯(lián)跳壓板后，便可以合上133發(fā)電機出線開關(guān)，此時母線上無電壓，PT低電壓指示燈亮。

依次合上勵磁屏上整流橋交、直流側(cè)刀閘1KK、2KK、3KK、4KK，合上之后檢查晶閘管整流模塊1-6號指示燈亮，此時勵磁電壓及勵磁電流表示數(shù)均為0；合上滅磁開關(guān)“FMK”，母線上會帶有1 kV左右電壓，這是由永磁機內(nèi)的剩磁建立的起勵電壓，然后復位133開關(guān)綜保，此時滅磁聯(lián)跳指示燈熄滅，最后合上滅磁開關(guān)聯(lián)跳壓板。

接下來合上同期屏裝置的ZKK控制開關(guān)，將手動/自動轉(zhuǎn)換開關(guān)DTK放在“自動”位置，檢查單/雙側(cè)無壓開關(guān)WY在“同期”位置，檢查工作/測試GTK在“工作”位置；檢查111開關(guān)上口帶有1 kV系統(tǒng)電壓，再將111并網(wǎng)開關(guān)推入工作位，此時應無無報警信號。

按下勵磁屏“起勵建壓”按鈕，10秒鐘電壓自動升至額定電壓的90%，在勵磁屏上調(diào)節(jié)“增磁”、“減磁”按鈕使電壓升至額定值(10 kV)，并監(jiān)視空載勵磁電壓、電流在在規(guī)定值，此時發(fā)電機電壓應大于系統(tǒng)電壓。最后載同期屏上按復位鍵2秒，檢測到同期屏“就緒狀態(tài)”后，按下“同期并網(wǎng)”按鈕，待并網(wǎng)參數(shù)滿足后，111并網(wǎng)開關(guān)會自動合上，此時成功實現(xiàn)發(fā)電機并網(wǎng)。發(fā)電機并網(wǎng)后的各項運行參數(shù)見表1。

表1 發(fā)電機并網(wǎng)后的運行參數(shù)表

2 停機解列

發(fā)電機停機環(huán)節(jié)相對于并網(wǎng)環(huán)節(jié)則比較簡單，首先汽輪機要降負荷，降負荷的同時，汽輪機轉(zhuǎn)速應該繼續(xù)保持在3 000 rad/min，保證同頻50 Hz的條件，此時發(fā)電機端電壓仍為10 kV，待汽輪機降負荷完成后，發(fā)電機接近空載運行狀態(tài)。

此時手動拉開進線并網(wǎng)開關(guān)111斷路器，發(fā)電機完成解列，保持發(fā)電機空載狀態(tài)，在勵磁屏按下“逆變滅磁”按鈕，逐步減小勵磁，勵磁降低后，由于勵磁開關(guān)未關(guān)閉，此時還有一點勵磁電流值，發(fā)電機端電壓約為1 kV左右，這時便可以手動拉開發(fā)電機出線開關(guān)133斷路器，再將滅磁開關(guān)“FMK”斷開，最后將111、122、133、144開關(guān)拉至試驗位，發(fā)電機成功實現(xiàn)停機。發(fā)電機解列后，空載運行狀態(tài)的各項參數(shù)見表2。

表2 發(fā)電機解列后的運行參數(shù)表

3 事例分析

某次15 MW余熱發(fā)電機組的停機過程中，在進行解列操作時，當斷開進線并網(wǎng)111開關(guān)時，發(fā)電機出線柜133開關(guān)突然跳閘，通過后臺查找原因，后臺事件記錄顯示綜保裝置同時發(fā)出了汽機連跳和滅磁聯(lián)鎖跳閘命令，此時汽輪機也聯(lián)鎖停機，同時發(fā)電機端自動跳閘。

經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)，發(fā)電機從電網(wǎng)解列時，發(fā)電機的有功功率為1.75 MW左右，此時111并網(wǎng)開關(guān)斷開后，等同于汽輪機突然將負荷甩掉，導致汽輪機轉(zhuǎn)速迅速上升，當轉(zhuǎn)速達到3103 rad/min后，發(fā)電機133出線開關(guān)柜頻率保護動作，由于頻率保護屬于后備保護的一種，所以汽輪機聯(lián)鎖停機。電氣系統(tǒng)綜保裝置設定的過頻率保護為51.5Hz，對應汽輪機轉(zhuǎn)速為3 090 rad/min，就是說當汽輪機轉(zhuǎn)速低于3 090 rad/min時，頻率保護將在0.2秒內(nèi)跳閘，所以本次綜保裝置執(zhí)行的是正確的動作。同時，由于發(fā)電機133斷路器跳閘，滅磁聯(lián)鎖保護也動作，自動斷開滅磁開關(guān)“FMK”，使勵磁裝置也停止運行。

對于20 MW以下發(fā)電機組的汽輪機來說，常采用額定參數(shù)停機方式，即在停機過程中，主蒸汽參數(shù)保持在一個定值，通過關(guān)小調(diào)門減少進汽量的方式來減少負荷，一般將負荷減至零以后，再進行電氣解列，最后汽輪機打閘停機。這樣停機后汽機金屬溫度保持在較高水平，利于再次啟動和盡快接帶負荷[6-8]。由于本次停機過程中沒有將負荷減至0或允許值，因此使汽輪機發(fā)生了超速現(xiàn)象，引起了保護動作，造成了緊急停車。由于汽輪機將負荷減至0在實際操作中不好把握，最后通過改進停機方案，確定停機環(huán)節(jié)中讓發(fā)電機的有功輸出僅為0.1 MW左右，發(fā)電機的有功輸出控制為空載或接近空載，這種條件下停機解列時，對電網(wǎng)及整個機組最為有利。

4 結(jié)束語

余熱回收發(fā)電作為一項節(jié)能減排的應用技術(shù)而被推廣。發(fā)電機如果在并網(wǎng)或解列過程中出現(xiàn)故障，會在一定程度上增加電網(wǎng)系統(tǒng)的運行風險，降低系統(tǒng)運行可靠性。因此在并網(wǎng)和停機的過程中，應嚴格參照并網(wǎng)運行技術(shù)的相關(guān)規(guī)范，尤其是首次并網(wǎng)前，要核驗發(fā)電機的繼保裝置的定值設定是否合理，保護能否可靠動作；規(guī)范運行操作流程，并提前準備預防措施，使發(fā)電機能夠安全、可靠的啟停機。