热电厂异步发电机启动过程实例分析

张云斌

（华电潍坊发电有限公司，山东 潍坊 261204）

0 引言

随着国家能源政策的调整，热电联产、节能减排已成为电力行业的一项责任及任务。热电联产机组能够节约能源，提高能源利用率，改善环境质量，缓解当地电力紧张，提高供热质量，促进生产发展［1］。同时使用背压汽轮发电机组代替减温减压器，进入热网交换系统进行供热，一方面降低了供暖设备投资，另一方面，发电机发出的电量可以接入高压厂用电系统，降低厂用电率，降低厂变负荷率，减小变压器损耗，提高经济效益，并可以最大程度利用余热，提高电厂的经济效益。

较之同步发电机，异步发电机（以下简称异步机）因其配套设施简单，占地面积小，投资少，设备投运成熟度高，后期维护简单等优势，被优先考虑进行余热发电。以一起余热发电实例分析现场安装调试过程中异步机空载启动及并列启动情况，并根据录波分析上述情况对厂用系统影响，为类似工作的开展提供参考。

1 异步机启动实例参数

一般异步机连接高压厂用变压器（以下简称高厂变）低压侧工作段母线，在供热期间，工作段及供热段负载由高厂变与异步机同时供电，应避免异步机经高厂变倒送电。所以在综合分析高厂变容量、短路电流、分支负荷等因素后，可确定所选择异步机容量［2］。某电厂新增供热首站，高压系统接线方式如图1 所示。

高厂变额定容量为50 000kVA／31 500kVA，额定电压为20 kV／6.3 kV，短路阻抗为16.4%，接线方式为Dyn1-yn1，工作ⅣA 段现有负荷约26 000 kVA。

异步机额定功率为6 000 kW，额定电流为595 A，额定电压为6 300 V，额定转速为3 006 r／min；异步机机端与中性点电流互感器变比1 000／1，额定二次电流Ie＝0.595 A。

主要保护定值配置按照 《WDZ-5200 系列保护测控装置说明书》设置，差动速断电流4Ie，最小动作电流0.3Ie，比率制动系数0.5，速断电流高值6.25 A／0 s，速断电流低值4.47 A／0.06 s。

图1 高压系统接线方式

以1 号异步机启动过程中异步机保护装置及发变组故障录波器录波数据为例，分析异步机空载启动及并列启动过程中对厂用电系统的影响。

2 空载启动

在异步机安装调试完毕后，为验证设备性能及转向须对异步机进行空载启动试验，即将异步机作为电动机启动，一般有2 种方式，即直接启动和降压启动［3］。

直接启动方式通过直接闭合发电机出口开关，使发电机转速从0 增至3 000 r／min，启动电流一般为5～7 倍的额定电流，存在电流衰减时间较长，厂用电压降较大的问题，但直接启动方式具有启动直接简单的显著优点。下面以直接启动为例，介绍空载启动对厂用系统的影响。

2.1 1 号异步机电流变化情况

空载启动电流变化情况如图2—图3 所示。

图2 异步机空载启动电流最大值

1 号异步机空载启动瞬间，二次电流最大值可达4 400 A（约为额定电流的7 倍）；大约经3 s，运行电流降至额定电流以下，最终空载运行电流为0.16 A。

2.2 ⅣA 高厂变低压侧A、B 分支电压、电流变化情况

ⅣA 高厂变低压侧A、B 分支电压、电流变化情况可由发电机变压器组故障录波记录，如表1 所示。

异步机空载启动瞬间，6 kV 工作段ⅣA 段母线二次相电压（二次额定相电压为57.74 V）由60.8 V（一次相电压值6 300 V，1.05 倍额定电压）跌落至52.5 V（一次值5 450 V，0.91 倍额定电压）。

ⅣA 高厂变低压侧A 分支二次电流瞬间由1.43 A 升至5.70 A，增加幅度为4.17 A，电流互感器变比4 000／5，折算成一次值为3 360 A。查阅电厂定值手册，高厂变低压侧A 分支后备保护过流一段定值为22.7 A／0.6 s，过流二段定值为16.84 A／1.3 s，所以空载启动时对厂用系统无影响。

6 kV 工作段ⅣB 段母线二次电压略有轻微上升，二次相电压瞬间由60.1 V 升至60.5 V；ⅣA 高厂变低压侧B 分支二次电流基本无变化。

2.3 发电机出口电压变化情况

发电机出口三相电压变化情况如表2 所示。

1 号异步机空载启动瞬间，主机发电机出口三相电压几乎没有变化，发电机出口二次相电压由57.81 V 变为57.47 V，电压降落0.34 V（折算一次值为11.78 V）。

图3 异步机空载启动电压、电流衰减过程

表1 IV A 高厂变低压侧A、B 电流、电压变化情况 V

表2 发电机出口三相电压变化情况 V

综合分析以上数据，1 号异步机空载启动过程中，ⅣA 段厂用电系统母线电压最大跌落至5 400 V左右，1 号异步机空载最大电流为4 400 A 左右，电压降落值高于理论计算值，但满足规程大于80%的要求［4］；发电机启动从暂态到稳态持续时间大约在3～4 s。另外，启动过程中发电机出口电压、ⅣB 段厂用电系统电压、电流均未受到影响。

3 并列启动

异步机并网前，首先用小汽机带动异步机进行冲转，等到转子转速n 接近3 000 r／min 时，合上高压段并网开关，此时由于转差率s＜1，异步机为电动机运行方式，拖动原动机运行，运行平稳后通过调节汽轮机调节门调节汽轮机转速，当汽轮机转速大于同步转速3 000 r／min 时，转差率s＜0，异步电机进入发电状态［5］。

3.1 1 号异步机电流变化情况

1 号异步发电机电流变化情况可由保护装置录波得到，如图4—图5 所示。

图4 异步机并列启动电流最大值

由图4—图5 可知，并列瞬间时一次电流最大可达4 000 A 左右；450 ms 左右发电机电流趋于稳定，衰减至额定电流以下，最终并列运行电流0.16 A。

3.2 ⅣA 高厂变低压侧A、B 分支电压电流变化情况

根据发变组故障录波器录波如表3 所示，6 kV工作段ⅣA 段母线二次电压在并列瞬间由60.4 V（一次值6 270 V，1.05 倍额定电压）跌落至53.5 V（一次值5 560 V，0.93 倍额定电压）。ⅣA 高厂变低压侧A 分支二次电流瞬间由1.88 A 升至4.84 A，增加幅度为2.96 A，电流互感器变比4 000／5，折算成一次值为2 369 A。同理，并列时刻电流变化对厂用系统无影响。

6 kV 工作段ⅣB 段母线二次电压由60.0 V 升至60.3 V；ⅣA 高厂变低压侧B 分支二次电流基本无变化。

3.3 发电机出口电压变化情况

发电机出口三相电压变化情况如表4 所示。1 号异步机并列瞬间，发电机出口三相电压几乎没有变化，4 号发电机出口二次电压由57.79 V 变为57.51 V。

1 号异步机并列时，ⅣA 段厂用电系统母线电压最大跌落至5 560 V，1 号异步机并列时最大启动电流可达4 000 A，电压降落值高于理论计算值，但满足规程大于80%的要求；发电机启动从暂态到稳态持续时间约450 ms。另外，启动过程中4 号发电机出口电压、ⅣB 段厂用电系统电压、电流均未受到影响。

4 结语

异步机空载启动过程与并列启动瞬间，启动电流差别不大，均接近7 倍额定电流；空载启动过程较并列启动过程长，对厂用电系统的影响较大，所以在空载启动时，异步机定值配置及运行工况均需核实，确保将设备对厂用电系统影响降低至最低。

图5 并网时电流衰减

表3 ⅣA 高厂变低压侧A、B 分支电压、电流变化情况 V

表4 发电机出口三相电压变化情况 V

异步机差动速断，比率差动，过流保护，低电压保护等保护配置应按照整定计算导则要求及厂家技术说明书规定合理整定。

异步机空载启动及并列前，为了给厂用电系统提供充足的无功功率，避免启动过程中大幅度拉低系统电压，可先解除机组AVC 系统，同时进行增磁操作将厂用电系统电压提高至6 300 V。

优化异步机与其余开关连锁逻辑，当系统或异步机发生故障时，及时切除异步机。

在环保及提质增效大形势下，各发电厂利用小汽轮机对供汽抽汽的余热余压进行做功利用，运用异步机供给机组厂用电自用，在经济上能取得可观的效益，这一切都是在厂用电系统安全稳定运行的前提下进行的。所以异步机设备选择应充分考虑现场实际运行条件，并在投运调试过程中应充分分析其对厂用电系统可能产生的影响，确保机组安全、稳定运行。