提高冶金自备电厂孤网运行方式下稳定性的措施.pdf

2 0 1 1 年第 6 期 总 第 1 4 8期 冶 金 动 力 ME TA L LU RGI CA L P OWE R 提高冶金自备电厂孤网运行方式下稳定性的措施 王在彬 ，亓德栋 ，李金山，赵玉红 莱钢股份能源动力厂， 山东莱芜2 7 1 1 0 4 【 摘要】 冶金 自 备电厂一旦进入孤网运行方式， 并列运行的多台同步发电机之间有功功率和无功功率的 不平衡分配将进一步引发发电机的故障跳闸。 通过优化运行方式、 调整发电机的调速系数和控制发电机机端电 压等措施， 提高了系统孤网运行的稳定性。 【 关键词】 孤网运行； 同步发电机； 有功功率 ； 无功功率 【 中图分类号】T M 7 【 文献标识码】B 【 文章编号】1 0 0 6 6 7 6 4 2 0 1 1 0 6 0 0 0 1 0 3 M e a s u r e s t o I mp r o v e S t a b i l i t y o f I s o l a t e d Op e r a t i o n o f S e l f P r o v i d e d Po we r Pl a n t o f M e t a l l ur g y En t e r p r i s e WA N G Z a i b i n ，Q I D e d o n g ，L I J i n s h a n ，Z H A O Y u h o n g E n e r g y S o u r c e s a n d P o w e r P l a n t , L a i w u I r o nS t e e l C o ． ，L t d ．，L a i w u ,S h a n d o n g 2 7 1 1 0 4 ，C h i n a 【 A b s t r a c t 】O n c e th e s e lf p r o v i d e d p o w e r p l a n t o f a m e t a l l u r g y e n te r p ri s e w a s i n a n i s o - l a t e d o p e r a ti o n mo d e ，u n b a l a n c e d d i s t r i b u t i o n o f a c t i v e p o w e r a n d r e a c ti v e powe r b e t we e n mu l ti p l e s y n c h r o n o u s g e n e r a t o r o f p a r a l l e l o p e r a t i o n w i l l l e a d t o t r i p o f a g e n e r a t o r ．By o p t i mi ri n g the o p e r a t i o n m o d e ，a d j u s t i n g s p e e d f a c t o r a n d c o n t r o l l i n g t e r m i n al v o l t a g e o f the g e n e r a t o r ，s t a b i l i t y o f t h e i s o l a t e d o p e r a ti o n o f the s y s t e m h a s b e e n i mp r o v e d ． 【 Ke y wo r d s 】i s o l a t e d o p e r a ti o n ； s y n c h r o n o u s g e n e r a t o r ； a c t i v e p o w e r ； r e a c t i v e p o w e r 1 前言 当给冶金企业供电的外部电网发生故障而跳闸 时，如果自备电厂的发电机组能够成功实现孤立电 网运行， 将可以保证高炉等关键设备的稳定运行， 避 免出现大的经济损失。 2 0 0 6 年前，在莱钢发生外部供电线路故障时， 孤网运行成功率高。但是在 2 0 0 7 和 2 0 0 8 年雷雨季 节 ， 当外部供电线路故障时 ， 几次发生发 电机跳闸， 未能实现孤网运行， 造成了严重的经济损失。 经分析， 2 0 0 6 年后 ，莱钢在每个生产区域都建 设投运了新的发电机组，当供电系统进人孤网运行 状态后， 并联运行的多台发电机组之间无法实现有 功功率和无功功率的平衡分配， 导致孤网运行失败。 2 孤网中多台同步发电机之间的功率分配 多台同步发电机带孤网运行时，所有发电机组 的总功率是由孤网中的用电负荷决定的。发电机组 的调速特性决定了有功功率在不同发电机组之间的 分配，发电机组的调压特性决定了无功功率在不同 发电机组之间的分配[ 1 ] 。 2 - 1 有功功率的分配 多台同步发电机带孤网运行时，改变任一发电 机组的输入功率 或负荷变化时 ， 所有并联运行的 机组的转速 或发电机的频率 ， 都会发生变化。 当几 台发电机并联运行时， 各机组的频率都是相同的， 有 功功率的分配取决于各机组的调速特性圈 。 为了问题的简化，以两台同步发电机带孤网运 行 的情况进行分析。 如图 1 所示 ， 在转速为 n 。 时， 调整两台机组负 载相等， 即尸 l _ P 2 。当负载增加时， 转速降为 n 2 ， 此时 负载分配明显不均， P 1 P 2 。 并且可以看出调速 特性较硬的 调差系数较小的 机组负担的功率大， 无差调速特性的机组将负担全部增加的负载。 转速不变时，有差特性的机组负担的功率是固 定的。无差调速特性的机组将发生负载功率在很大 的范围内任意波动， 甚至使一台机组变为电动机运 行， 另一台机组过载跳闸， 导致孤网无法稳定运行。 当两台并联运行的发电机的调差系数都接近于 零的时候，原动机转速的微小波动都会造成有功功 2 0 1 1 年第6 期 总 第 1 4 8期 冶 金 动 力 ME T A L L U R G I L P O WE R 3 模式和并网运行模式。 孤网运行模式的控制程序中， 设定发电机组为无差调压特性和无差调频特性。并 网运行模式的控制程序中，设定发电机组为有差调 压特性和有差调频特性。 发电机组 G 和 G 的控制程序只有并 网运行模 式 ， 设定发电机组为有差调压特性和有差调频特性 。 2 0 0 6 年前，系统正常运行时，断路器 D 和 D 处于闭合状态，发电机组 G 。 和 G 处于并网运行模 式。 当断路器 D 。 或 D 因故障而断开时， 则发电机组 G 或 G 自 动转换为孤网运行模式。此时， 系统为单 台发 电机带孤网运行模式 。 2 0 0 6 年后， 投运了 G 3 和 G 4 发电机组。当断路 器 D 。 或 D 因故障而断开时 ， 则发电机组 G 。 或 G 2 自动转换为孤网运行模式。此时， 系统为两台发 电机组 G 和 G ， 或 G 和 G 带孤网运行模式。发电 机组 G。 或 G 为无差调压特性和无差调频特性 ， 发 电机组 G ， 或 G 4 为有差调压特 陛和有差调频特性。 发电机组 G 和 G 或 G 2 和 G 4 带孤网运行后 ， 当负荷发生变化时， 一台机组为有差的调节特性， 另 一 台机组为无差的调节特性 ，这必然导致两台发 电 机组之间无法实现有功功率和无功功率的平衡分 配， 进而导致孤网运行失败 。 当断路器 D 。一 。 或 D 因故障而断开时， 发电机 组 G 。 和 G ， 或 G 和 G 带孤网运行 ， 因断路器 D 。 或 D 仍然是闭合状态， 发电机组 G 。 或 G 无法自 动转换为孤网运行模式， 仍然以并网方式运行。 孤网 中两台发电机组均为有差的调节特性，但因为两台 机组型号和功率不同，其调频系数和调压系数均不 相同， 当负荷波动时， 容易出现因两台发电机组之间 无法实现有功功率和无功功率的平衡分配，进而导 致孤网运行失败的现象。 4 提高孤网运行稳定性的措施 4 ． 1 优化孤网运行判据 不仅将并网断路器的状态作为是否孤网运行的 判据， 同时， 增加频率信息的判断逻辑。当汽轮机转 速小于 2 9 4 0 r ／ m i n或大于 3 0 6 0 r ／ ra i n ， 控制系统 判定进入了孤网运行状态，自动启动孤网运行控制 策略罔 。 4 ． 2 采用单台发 电机带孤网运行的方式 选择一台发电机组作为孤网运行后的运行机 组， 当控制系统判定进人了孤网运行状态后， 连锁跳 开孤网中其他发电机组 的出口断路器 ，并连锁跳开 孤网与大电网相连的断路器 。 4 ． 3 取消一次调频限幅 取消一次调频 限幅， 特别是向下调节限幅 ， 保证 一 次调频的设置在负荷大幅变化能够大幅、快速调 节机组频率。 特别在故障导致负荷较大幅度减少时，较小的 一 次调频幅度根本不能限制频率的上升， 极易导致 孤网机组的 O P C 动作 而导致孤 网失稳。取消一次 调频限幅， 特别是向下调节限幅， 能够提高孤网抗负 荷波动的能力， 避免孤网机组的O P C 动作凹 。 4 ． 4 频率调节方式采用开环控制 对机组孤网运行模式的控制程序进行改进， 汽 轮机调门采用单阀控制方式，避免因高压调门重叠 度等原因导致汽轮机转速振荡。 设置相应的声光报警，当系统进人孤网运行模 式后 ， 立即发出相应的声光报警。 电厂运行人员手动 将功率控制模式切换为调门控制模式，由电厂运行 人员直接控制调门开度， 进行频率的二次调整。 4 ． 5 励磁控制系统采用恒电压调节模式 励磁控制系统采用恒电压调节模式 ，便于孤网 电压的稳定控制。 当发电机组进人孤网运行模式后， 控制系统自动将励磁控制系统的控制模式转换为恒 电压调节模式。 5 运行效果 2 0 0 9 年，通过采取上述的一系列改进措施， 提 高了系统进入孤网运行状态后的运行稳定性。在 2 0 0 9 和 2 0 1 0年雷雨季节中的3 次外部供电系统跳 闸故障中， 成功实现了孤网运行。 【参 考 文 献 】 【 1 】 王正茂， 阎治安 ， 崔新艺， 等． 电机学【 ． 西安 西安交通大学出版 社 ， 2 0 0 2 2 2 0 2 3 0 ． [ 2 】 周艳红， 张启平 ， 李江．同步发电机并联时的功率分配与调节叨． 船电技术 ， 2 0 0 5 ， 2 5 2 2 2 2 5 ． 【 3 】 周志平， 孙新良， 付晨鹏， 等． 电力系统孤网运行动态特性试验叨． 电网技术。 2 0 0 8 。 3 2 7 8 8 1 ． [ 4 ] 黄河， 徐光虎， 余畅． 2 0 0 8 年南方电网冰灾期间孤网运行经验叨． 南方电网技术， 2 0 0 8 ， 2 5 6 9 ． 收稿 日期 2 0 1 1 0 6 1 3 作者简介 王在彬 1 9 7 5 一 ， 男， 2 0 0 6 年毕业于东北大学电力电子与 电力传动专业， 硕士研究生， 工程师， 现从事焦炉煤气净化、 燃机发电 专业技术工作。