氯碱企业外电网故障时保证发电机组孤网运行的措施

徐加朋

(山东能源新汶矿业集团泰山盐化工分公司，山东 泰安 271024)

【供电与整流】

氯碱企业外电网故障时保证发电机组孤网运行的措施

徐加朋*

(山东能源新汶矿业集团泰山盐化工分公司，山东 泰安 271024)

氯碱企业；汽轮发电机组；孤网运行；控制系统

针对某公司供电系统的薄弱环节，制定发电机组孤网运行方案，提出保证发电机组孤网运行的措施，在外电网波动或故障停电的情况下让发电机与外电网解列，孤网运行，解决外电网失电等外界因素致使企业电网停电的问题，提高了电力系统的可靠性，达到了连续供电、确保安全生产的目的。

随着企业规模的扩大，氯碱企业能源浪费的现象较为突出，各企业利用余热、余汽、高压抽气等发电，自发自用，提高功率因数，稳定系统电压，符合国家节能减排的政策要求，也适应企业节能降耗的需求。山东能源新汶矿业集团泰山盐化工分公司(以下简称“新矿盐化工”)拥有10万t/a离子膜法烧碱、10万t/a聚氯乙烯生产规模，以及与其配套的热电联产项目3台30 MW抽凝发电机组。运行期间，在2009年发生了两起发动机脱网跳停事故，导致供电系统大面积停电，生产装置停车事故，给新矿盐化工的安全生产造成严重影响。两次事故原因均是由于机组在外电网失电情况下无法实现快速合理减载，进而无法达到发电机组孤网稳定运行的目的，最后，在机组跳闸后造成供电系统大面积失电，引发了停车事故。氯碱企业生产离不开外界环境因素，由于外电网故障、雷电、台风袭击,以及自备发电机组故障跳停等因素导致的全部停电、部分停电、严重晃电每年都有，严重威胁着企业的安全生产。针对公司供电系统的薄弱环节，新矿盐化工制定发电机组孤网运行方案，提出保证发电机组孤网运行的措施，能够让发电机在外电网波动或故障停电的情况下与外电网解列，孤网运行，解决外电网失电等外界因素致使企业电网停电的问题，提高了电力系统的可靠性，达到了连续供电、确保安全生产的目的。

1 电网实际运行状况

如图1所示：新矿盐化工10 kV和35 kV主电源由设置在附近的110 kV泰安满庄变电所提供，该变电所内设2台容量均为65 M·VA的变压器，电压变比为110 kV/35 kV/10 kV。供电系统配有5台自备发电机组、1座35 kV用户配和4座10 kV装置区域用户配、5座10 kV发动机母线装置配以及16座0.4 kV低配，总用电负荷约为155 MW，系统接线方式均为单母分段。

图1 新矿盐化工电网实际运行状况示意图

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

正常运行方式为满庄变电所110 kV母线为分列运行，Ⅰ段进线开关和 Ⅱ段进线开关运行、母分开关热备用；化工装置区域用户配35 kV系统有4段单母线，分3段运行。1#、2#与3#发动机发电负荷通过3台升压变压器分别与整流3段母线并网运行。2座10 kV用户配和0.4 kV系统分列运行，一分到底。母分开关热备用，备用电源快速切换装置投人运行。

2 孤网运行对汽轮机调速系统的要求

孤网形成时的初始阶段，首先是受大干扰冲击，电压瞬间降低，电动机堵转，低电压继电器动作，但还未达到整定跳闸时间。保护在几十毫秒动作之后形成孤网时，又面临有功负荷的不平衡，以及机组的机械功率和电磁功率的不平衡。系统无功因电动机堵转恶性循环而更加降低，发电机因电压降低而出力不足，自动调压、调频、低周等信号同时发出，事故告警动作。

为适应发动机孤网运行的要求，汽轮机的调速系统应具备如下4个特性。

(1)调速系统应采用带有比例控制器的有差调节，各机组调速系统应设置相同的转速不等率，一般取4.5%～5.0%，以适应负荷分配的需要。

(2)对于单机带负荷机组，应具备手动或自动调频功能。

(3)油动机动作行程应在一次调频的范围内。

(4)机组的调速系统应调节灵敏，迟缓率小，动态响应快。

3 自备发电机组孤网运行须解决的问题

对于氯碱企业，由于其生产的高危险性，要求其供电必须高度安全。其中，自备电厂汽轮机的稳定运行和控制十分关键。为此，氯碱企业一般要求配置双电源供电，普遍采用的方式是地方电网配置双电源供电，自备发电机组作为备用保障电源。正常运行时，企业内部电网与地方电网并网；在外电网故障时，自备发电机组必须保证脱网后自保，并及时调整发电负荷，维持孤网正常运行，保证企业内部电网的安全。

氯碱企业的自备发电机组孤网运行须解决发动机控制系统如下3个问题。

(1)须安装1套可靠的低周减载装置作为脱网后发动机的自动减负载工具，避免自备发电机组因低周波跳闸。

(2)孤网运行时，要求汽轮发电机组具备良好的一次调频到位，就可以稳定频率的性能。

(3)当机组甩负荷时，不仅要保证发电机组转速在安全值内，还要尽快稳定电压，保证厂用电的供给。

4 发电机系统保护须采取的措施

发电机系统保护须重新计算调整，并做好系统试验[1]。

(1)发电机增加横差保护，确保发电机的安全。

(2)励磁系统增加自动强励功能，发生事故时确保机组自救。

(3)过电压保护及单相接地保护是通过在发电机机端和馈线柜处增设零序电流保护来实现的， 避免系统产生持续的弧光过电压而引发电压互感器烧毁、 避雷器爆炸事故。

(4)发电机组、整流变压器增设低频、 高频、 低电压、 过电压保护。发电机组和整流变的保护上、下级具有选择性。

(5)为了安全起见，当整流变压器因自身原因突然跳闸时， 电网冲击大，汽轮发电机负荷难以及时调整，可以增设电流突变保护，来保护发电机组。

(6)当机组紧急停运后，为了不影响供热的大幅变化，须增加保证蒸汽供应的旁路措施。

(7)当单台机组紧急停运后，负荷影响非常大。为了保证其他机组的正常运行，应连锁减载部分整流负荷。

5 改进汽轮发电机组控制系统的方案

针对发电机组控制系统出现的问题，提出改进汽轮发电机组为数字电液DEH控制系统的方案。

(1)应用先进控制系统。建议采用改进的汽轮发电机组数字电液DEH控制系统，来提高机组的一次调频能力，并设计二次调频动作方案。

(2)实施转速加速度控制，通过实时计算汽轮机转子的加速度。当其达到某一规定值时，触发相关的控制。

(3)根据汽轮机转速加速度计算出甩负荷的程度，在汽轮机调速汽门的调节PID输出指令上，增加附加转速的微分作用，并加大气门调节增益，用以弥补和改善动态响应的速度特性。

(4)当甩负荷达到规定值后，控制系统自动以负荷设定值跟踪实际负荷，以消除负荷调节回路负偏差对调频回路正偏差的影响。

(5)改进汽轮机的OPC功能，将动作转速从103%提高到105%，以利于一次调频，并及时控制转速的升降，减少机组振荡，使发电机快速恢复平稳运行[2]。

6 孤网运行时保证系统电能质量的措施

发电机孤网运行时，应使发电机机端电压、 电压偏差、频率偏差、三相不平衡度，以及功率因数等指标符合国家标准，因此要采取相应的措施。

(1)为了提高汽轮机组调节品质，减小频率偏差，建议汽轮机调节使用技术日趋成熟的数字电液调节系统。

(2)为了保证系统电压及电压偏差，发电机励磁调节系统应采用微机静止励磁调节装置，以便实现自动或手动控制。

7 孤网运行时发电机的相关操作

(1)单机孤网运行时可以通过零升压或单侧无压两种方式送电。

(2)网中有几台机组并列运行时，发电机的并列操作采用准同步法。

8 孤网运行注意事项

(1)当有几台发电机组并列运行时，要保持小容量机组负荷稳定，让单机容量较大的机组担任负荷调整任务。

(2)生产中启动、停止大容量用电设备要事先与发电机操作人员取得联系，做好准备，防止出现事故。

(3)在孤网中担任调整任务的机组尽量采用手动控制，注意随时调整有功、无功，尽量稳定发电机的电压和频率。

(4)当发电机孤网运行时，机端电压和频率稳定性差，如果调解不及时随时可能发生大量甩负荷，甚至发生外界全部停产事故，应做好事故预判，搞好应急事故演习工作。

(5)当采用孤网运行后，机、电、炉人员配合要默契，并对运行人员的技术要求相对较高。

(6)要特别注意发电机的保护设置及定值的整定，应能满足三相电流不平衡、 电压摆动大的要求。

(7)发电机孤网运行时，在任何情况下都要保证发电厂厂用电的电压稳定。

(8)严格注意调节两个参数：电压和频率。调整励磁电流的大小相应地就调整了发电机机端电压，调整汽轮机的进气量相应地就调整了发电机的频率。两者均为正比关系。

9 结语

孤网运行时首先要及时调节励磁电流，保证发电机的电压稳定；其次，应关注频率的变化，尽量避免频率忽高忽低，以保证供电的相对稳定。通过对汽轮发电机组及供电系统进行孤网运行改造，经受了多次外线路失电事故考验，发电机组均成功实现了孤网运行，极大地提高了企业供电系统的安全可靠性，为安全生产提供了有力保障。

[1] 金春雄.发电机孤网运行的探讨[J].科技创新与应用，2015(10)：175-176.

[2] 何杰,项耀华.孤网方式下火电机组的应对措施[J].江西电力，2009(3)：26-27.

[编辑：费红丽]

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

*[作者简介] 徐加朋(1975—)，男，机电工程师，2007年毕业于中国矿业大学机械电子工程专业，长期从事氯碱机电设备管理工作。