燃气轮发电站并车系统的应用研究

河南南阳油田水电厂 河南 南阳 473000

燃气轮机是将石油天然气与空气混合作为混合燃料气,在燃气轮机的燃烧室燃烧,利用涡轮机动力驱动,带动发电机发电;由于其高效率、低碳、低污染、投资低、建设周期短、启停灵活等特点,在石油开发、油气储运、船舶和军工领域广泛应用。本文将中石化新疆宝浪油田燃气轮发电站并车系统实施改造作为研究课题,在类似燃气轮电站并车系统改造方案的研究与实施中,极具参考价值。

宝浪油田燃气轮发电站装有两台出口电压为10k V,发电功率为4750kW,由美国Solar公司生产的金牛60燃气轮发电机组,用作启动的黑启动电源是由联合站的一台低压400kW柴油发电机组提供。如下图所示。

宝浪油田燃气轮发电站承运的西部电网是一个相对独立的电网,并车的对象只有三个,两台高压发电机和一台称为黑启动电源的低压柴油发电机。并车的内容有两种:第一种是电站与黑启动电源之间的并车,是在电站发电机启动成功后,为保证站用低压系统不间断供电而进行的高低压发电机之间的并车,是实现电站用电不可缺少的操作;第二种并车是电站两台高压发电机之间的并车,是两台发电机并列运行或倒换运行方式的必然操作。目前电站只有1001和1002开关设置有同期并车控制装置,该控制回路由SOLAR公司发电机的控制系统提供,其它开关包括低压系统均未配制并车回路。利用1001或1002开关进行两台发电机之间的并车操作比较简单、安全、可靠。但进行发电机与黑启动电源的并车时的操作比较复杂(该并车在全站停电的事故情况下进行),其基本步骤是先断开10KV母线上所有出线开关,待高压发电机启动稳定后,再将低压电源通过站用变低压侧进线总开关4010或4020经站用变升压至10k V,合上站用变高压侧开关1051或1052将低压电源升压反送至10k V空母线上,用高压发电机控制系统的同期并车装置合1001或1002开关,完成黑启动电源与发电机的同期并车。这种操作(以下简称高压并车)具有三个缺点:

燃气轮发电站主接线图

①因操作需要先将10k V母线所有出线全部断开,再通过站用变向10k V空母线反送电,然后才能完成高压并车,这种操作即繁琐又复杂,在急需恢复高压送电前完成这些操作很容易造成误操作,对电网安全极为不利。特别是若10k V母线出线回路未全部断开时,黑启动电源将直接向电网送电,把站用变当作升压变压器用,势必造成站用变过载烧毁或黑启动电源损坏等事故隐患。

②每次操作并车必需在高压恢复送电之前完成,故推迟了恢复送电时间,延误油井的开启时间。由于黑启动电源是400kW的柴油发电机,其供电距离在800m以上,频率和电压超过了国家规定的误差,且十分不稳定,并车比较困难,据统计高压并车的平均时间在20～30分钟之间。

③一旦遇到发电机控制系统并车装置出现故障或者站用变故障,而又无第二同期并车点,会造成更长时间的停电或者二次停电。鉴于高压并车存在的这些问题,应对电站的并车系统进行改造,设置新的同期并车点。

一、同期并车点的选择

高压并车之所以必须在高压恢复供电之前进行,是因为并车点选在发电机出口开关处,低压电源必须反送至高压母线后才能通过1001或1002开关并车;若将新的并车点选在站用变低压总开关(4010或4020)处,那么低压电源就不用反送至高压母线上,而是高压发电机所发出10k V电压通过10k V母线和站用变之后再与低压发电机并车,可称为低压并车。这样一旦高压发电机启动稳定后,即可向10k V母线送电,恢复10k V各出线的供电,待各高压出线供电恢复完毕后,再对站用变进行供电,完成两个电源在站用变低压侧4010或4020开关进行低压并车,既省去了恢复送电前繁杂的并车操作,减少了误操作的可能性,又节省了并车所需的时间,提前恢复电网供电。不仅如此,增加新的并车点后,实现了高压并车方式和低压并车方式的相互备用,满足了各种运行方式的并车需要。

二、同期并车方式的选择

正常的并车方式是在黑启动发电机承担负载后与空载的高压发电机并车。根椐SOLAR公司提供的技术资料,高压发电机的励磁方式是自动投入自动调节,所谓自动投入就是在发电机达到额定转速80%左右时励磁开关由PLC控制自动投入,当发电机达到额定转速时,发电机出口已达到额定电压,所以新的并车点只能采用准同期方式。电站设置两个并车点,且电站的发电机组属主力机组,并车次数相对较少,故并车方式选择手动即可完全满足电站运行的需要。为了便于高压发电机频率和电压的调整,将低压并车系统的同期交流回路和开关控制回路集中引入主控室,简化整个并车过程,缩短机组停电时间,提高供电可靠性。

三、同期并车系统改造的意义

电站同期系统改造后,使电站同期并车点分布合理了,很大程度上改善了电站的运行方式,提高了运行的可靠性。首先,避免了电站与黑启动电源之间高压并车复杂的操作方式,减轻了运行人员的劳动强度和思想压力,从人的因素上提高了电站运行的安全可靠性。其次,缩短了故障停电时间,降低了因停电带来的生产损失,为宝浪油田原油生产带来了可观的经济效益。第三,提供了后备同期并车系统,提高了电站设备的可靠性。第四,为将来西部电网引入第二电源提供了可靠的技术保证。总之,电站同期并车系统的改造对西部电网的安全、可靠运行具有十分重要的意义,也为类似燃气轮机组新增并车系统的实施改造提供指导建议。

袁 刚

2020年11月