越南海防DAP項目12MW自備電站并網和外網斷電甩負荷單機孤網穩定運行調試

摘 要：汽輪機組電液調節系統在品質較差電網或甩負荷帶廠用電中經常遇到不穩定的問題無法滿足用戶運行需求，根據全廠供汽和供電情況通過合理有效調整和改進505E調節器的運行方式后，大大增強了供熱及發電的穩定性和對事故工況的適應性。

關鍵詞：自備電站；電網頻率波動大；并網；脫網

1 調試概況

由于越南海防市電網頻率波動較大（并網后汽輪機轉速波動為2939rpm～3026rpm之間，對應的電網頻率波動在48.983～50.433Hz之間，遠遠超過中國國內正常網頻控制范圍49.90～50.10Hz），對本裝置并網后的調試工作構成很大難度，對自備電站并網和脫網的穩定和安全可靠運行提出了新的挑戰，結合現場汽輪發電機組和當地電網的實際工況。在調試過程中，經多次試驗分析后，對505E調節器原先系統組態配置逐步進行調整和優化并結合儀表專業的DCS配套設置和電氣信號通訊有效解決了以上問題并取得良好的效果。

2 解決方案的提出與實施

針對越南電網網頻波動較大的情況，現場通過試驗比較選取Woodward 505E系統的最適合運行方式以及對相應的控制方式進行調整改進來維持系統的穩定運行：

通過一段時間來的試運行，發現當地電網頻率波動較大，當電網頻率波動時，受電網網頻的變化汽輪發電機組運行狀態也隨之波動：當汽機轉速上升（即網頻增加）時，由于505E控制器自帶電網一次調頻功能，此時發電機功率下降、閥門開度減少、汽機進汽流量下降；同理，當汽機轉速下降即網頻降低時：發電機功率上升、閥門開度增加、汽機進汽流量增加。

汽輪發電機組負荷控制一般通過轉速控制來控制功率，設定轉速與實際轉速的轉差為機組的負荷，即轉速設定每增加10轉就相當于汽機負荷增加了1000KW的電負荷，因此，當電網頻率波動時，相應引起發電功率的波動，從而引起汽機負荷不穩定。以越南海防電網為例，（經統計電網頻率波動范圍為48.983～50.433Hz，相應轉速變化為2939rpm～3026rpm），以單臺12MW機組為例進行折算，理論上功率的上下波動幅度高達8700KW，這個最大的波動幅度相對于額定負荷12000KW的機組來說波動達到機組額定負荷的72.5%。對并網后的機組運行造成了很大難度。

針對以上特殊情況，本機組在運行中為了適應電網的大幅波動，通過采用多種控制方法進行試驗來尋求一種最穩定最可靠的控制方式。先后嘗試使用了505E自帶的默認速度控制方式、汽機高壓調節進汽閥HP閥位直接控制方式和在DCS上增加一個帶轉差補償的遠程速度控制這三種控制方式；以下為試驗過程中對應電網波動情況下汽輪發電機功率、轉速、及主汽門前蒸汽壓力的波動情況記錄數據：

（1）使用505E自帶默認速度控制方式時：

轉速波動為：2984～3008～2996rpm

對應的功率波動為：6901～3516～9203KW

波動記錄點之間時間間隔為3分鐘和6分鐘

（2）使用505E內部HP高壓調節汽閥閥位控制方式時：

轉速波動為：3014～2996～3020rpm

對應的功率波動為：3513～4110～3420KW

對應的主汽門前蒸汽壓力波動為：3.45～3.3～3.462Mpa

波動記錄點之間時間間隔為3分鐘和7分鐘；

（3）使用505E改進后的帶轉差補償的DCS遠程速度控制方式時：

轉速波動為：3009～3014～3003rpm

對應的功率波動為：4397～3983～4530KW

對應的主汽門前蒸汽壓力波動為：3.4～3.36～3.4Mpa

波動記錄點之間時間間隔為7分鐘和5分鐘

通過以上三種控制方式試驗比較，機組運行效果如下：

a.505E自帶默認速度控制方式：機組負荷隨外電網頻率的波動而波動，負荷波動幅度較大，控制時汽輪機組運行極不穩定，中壓蒸汽管網壓力波動劇烈。

b.505E內部HP高壓調節汽閥閥位控制方式：機組負荷隨外電網頻率的波動而波動，負荷波動幅度較小，汽輪機組運行較穩定，但由于運行中直接限制了調節汽閥的閥位，因此無法正常投入高壓進汽調節閥和低壓抽汽調節閥的自動調節，影響汽輪機抽汽，另外，當外電網解列或汽機甩負荷等緊急情況下影響505E的控制方式自動切換及高壓調節閥的正常動作。

c.505E帶轉差補償的DCS遠程速度控制方式：機組負荷隨外電網頻率的波動而波動，負荷波動幅度較小，汽輪機組運行較穩定，能正常投入505E的其他自動控制功能，此調節方式以汽定電，能將自動中壓蒸汽管網壓力維持在一個相對較穩定的水平。

改進的505E帶轉差補償的DCS遠程速度控制方式是在505E自帶的“進汽不聯系調節”（Decoupled INLET）基礎上增加了轉差補償，進汽不聯系調節模式通常用于正常運行時透平的兩個被控參數為進汽壓力和抽汽壓力的情況。這種操作模式下，透平高壓閥和低壓閥的動作是不聯系的，以允許透平進汽壓力的控制不受抽汽流量變化的影響。透平抽汽壓力僅依靠移動低壓閥來控制。在這種配置模式下盡管透平負荷不受控制，但它卻被限制在在預先設定的運行范圍內。

在工廠安裝及開車調試階段，由于越南海防市電網不穩定，多次因電網波動過大而出現城市區域性停電事故，為了在這種情況下保證全廠正常生產，進一步提高自備電站的穩定性和可靠性，在業主的要求下，我們結合505E用戶手冊進行了外網斷電機組甩負荷帶廠用電及再次并網試驗，這是屬于單機帶負荷的一種特例，試驗情況如下：

發電機脫網孤網運行及再次并網試驗

發電機脫網時及脫網后的變化情況：

脫網后505E檢測到外電網開關斷開信號后控制模式立即自動由速度控制模式切換到頻率控制模式，發電機功率20秒內從4276KW迅速向下減至3307KW，隨后在3116～3464KW之間波動，汽輪機轉速按功率相反波動方向在2979～3007rpm之間波動，汽輪機主汽門閥位在32.4～44.6mm之間波動，主汽門閥位與汽機進汽量波動頻率較快，從最低點波動到最高點約歷時2～3秒，汽輪發電機功率和轉速波動隨之波動，波動頻率稍慢，從最低點波動到最高點約歷時20秒。

孤網運行一段時間后再次同期并網：轉速恢復到外電網網頻對應下的轉速3008rpm，閥位變化至37.8mm，此時汽輪機進汽流量為17.4t/h，功率穩定至約3117KW，主汽門前壓力為：3.51Mpa。

通過2009-6-13發電機脫網孤網運行及再次并網試驗情況分析，此次試驗從上午9點37分進行到10點20分結束，脫網后505E接收到外電網斷網信號后順利從負荷調整模式自動切換到頻率調整模式，廠內電壓和電負荷基本穩定，設備運轉無異常，鍋爐及中壓蒸汽管網壓力能維持在正常范圍內，孤網內網頻率在49.650～50.117Hz范圍內波動，通過試驗發現當孤網的負荷波動范圍在11.1%時，頻率的波動可以控制在-0.35～+0.12Hz以內。從脫網后的汽機運行狀態看，主汽門動作頻率較快，變化幅度較大，變化幅度達到12.2mm，后經過減少離線速度控制比例增益后主汽閥波動幅度有所減少，調節效果更加穩定。

3 調整后的運行效果

經過以上修改和設置后，在外電網頻率上下波動48.983～50.433Hz情況下，全廠高壓蒸汽管網壓力波動范圍能穩定在3.36～3.4Mpa之間，汽輪發電機組發電功率波動幅度控制在547KW之間，經脫網試驗和全廠孤網運行試驗，汽輪發電機組運行調整模式能基本實現無擾動切換，大大增強了自備電廠的穩定性和可靠性。