火電1000MW 機組發電機電測系統新技術研究

洪鼎華 趙永濤 倪 穎

（神華國華徐州發電有限公司，江蘇徐州市銅山區，221166）

1 某電廠1000 MW 機組發電機電測系統配置情況及存在問題

1.1 配置情況

目前，國內1000 MW 火電機組的DEH 系統和DCS （分散控制系統）負荷調節功能，主要是根據發電機出口功率變送器測量的實際值和給定的負荷指令值，進行邏輯判斷后實現水、煤、風、汽等介質的入口量的調節，當兩值一致時，則機組的負荷調節完畢。在極端情況下發電機電測系統無輸出信號時，DEH （數字式電液調節系統）會自動把發電機有功功率置為1309MW，遠遠大于給定指令值，使機組不斷降低出力直至機組打閘，同時DCS也將退出CCS （協調控制系統）、AGC （自動發電控制）、AVC （無功無壓自動控制）的控制模式，而轉到人工控制模式，大大增加了人工操作控制風險。由此可見，發電機電測系統的有功功率測量在整個調節過程起到十分關鍵作用，配置合理與否直接決定了機組運行的安全穩定。

某電廠1000 MW 機組電測系統中發電機有功變送器 （以下簡稱變送器）常規配置有三臺，每臺變送器均有兩路4～20 mA 輸出通道，一路送至DEH 控制系統，一路送至DCS 控制系統；其中11＃、12＃變送器為單向量程，13＃變送器為雙向量程；三臺變送器的TA 電流回路為單回路串聯接法，TV 電壓回路為單回路并聯接法，輔助電源采用同一路供電方式，如圖1所示。

1.2 存在問題

在實際運行中，發現此種配置存在以下問題：

（1）當變送器輔助電源失去時或一臺變送器故障，將同時導致無數據送給DCS和DEH 系統；

（2）當該電測系統出現TV 斷線時會使三路變送器有功功率失真，變小，進而導致機組打閘；

（3）電網側發生擾動時三個變送器因輸出量程不一致導致擾動時三個數據偏差較大，使CCS、AGC、AVC模式退出；

（4）在發電機并網時DEH 系統出現數秒鐘的有功信號質量壞點，會出現機組帶負荷速度大為降低的現象。

上述問題嚴重影響了機組的安全運行，徹底消除這些安全隱患成為當務之急。

2 1000 MW 火電機組發電機電測系統新技術運用

2.1 合理增加變送器數量

2011月12月9日，該廠一臺發電機有功功率變送器產生故障，導致送給DEH、DCS兩個通道的輸出數據嚴重失真，給機組運行帶來安全隱患。為減小故障影響范圍，技術人員通過增加3臺變送器來，使每臺變送器只送出一路信號，即：11＃、12＃、13＃變送器信號送至DEH 系統，14＃、15＃、16＃變送器信號送至DCS 系統，當單臺變送器故障時只影響到一路信號，大大降低了單臺變送器故障時的影響范圍，從而提高了系統安全性。

圖1 某電廠1000 MW 機組發電機電測系統原理圖

2.2 使用變送器的型號統一

2011年12月24 日，該廠送出線路故障時電網波動引起三個變送器輸出量之間偏差較大，在波動峰值時出現了三個數據走向不一致現象，造成DCS系統CCS機爐控制模式退出。經檢查分析原配置中有2臺變送器4～20mA 對應0～1390 MW的單向變送器，另1 臺為4～12～20 mA 對應-1390～0～1390 MW 的雙向變送器，這也是造成有功功率偏差的主要原因。為滿足DCS系統需詳細記錄包括逆功率工況在內的有功功率變化情況，向DCS提供數據的14＃、15＃、16＃變送器均統一采用雙向變送器-1390～0～1390 MW；而向DEH提供數據的11＃、12＃、13＃變送器均統一采用單向變送器0～1390 MW，各系統采用統一型號變送器的方案很好地消除了三組數據不一致性的安全隱患。

2.3 采用新技術解決單電源模式供電不足

傳統方法解決變送器單輔助電源的方式一般有兩種：一種是每臺變送器從電源點引接一路電源，這種方法占用資源較多，一路失電還是要使對應的變送器退出，只能減少影響，不能徹底消除隱患；第二種是兩路電源經電源切換裝置后送至6臺有功變送器，這種方法因電源切換裝置的增加使隱患點增加，不符合電氣可靠簡單的設計理念。而作為國內新技術產品的雙電源變送器可徹底解決該難題。

雙電源變送器是把兩路送入變送器的電源通過降壓變壓器降壓整流后并聯成一路輸出，然后再經濾波穩壓后得到變送器工作時所需要的穩定電源。當兩路電源正常運行時，電源1指示燈和電源2指示燈均亮起；任何一路電源停電時另外一路電源仍然可以不間斷提供穩定的工作電源，不會出現因電源切換引起的波動現象，停電的一路電源指示燈會熄滅，如圖2所示。

圖2 雙電源有功功率變送器工作原理框圖

雙電源有功功率變送器作為長期穩定運行的新產品，徹底消除了單電源變送器失電時導致停機的安全風險，也避免了傳統方式下的雙電源切換引起的波動和間斷供電現象。

2.4 發電機TV 電壓回路采用雙路配置

在日常生產運行中，發電機TV 電壓回路出現單相或三相斷線的情況時有發生，一旦送至電測系統的發電機出口11＃TV 電壓出現斷線現象，6臺變送器的輸出功率數值將小于實際值，會使DEH系統不斷增加汽輪機出力，直至汽輪機超速而引起DEH 保護動作打閘，釀成跳機事故。為降低該種風險，我們從發電機出口12＃TV 柜再引一路電壓至電測系統，并與11＃TV 電壓形成冗余配置，11＃TV 電壓送至11＃、12＃、14＃、15＃變送器，12＃TV 電壓送至13＃、16＃變送器。除此之外，系統配置了一臺雙電壓斷線判別裝置，當一路TV 電壓斷線時雙電壓判別裝置發出該路斷線報警信號分別送至DEH、DCS系統，及時屏蔽掉故障電壓回路有功功率數據，選用正常電壓回路的測量數據，減小電測系統TV 斷線的影響，有效地避免了因TV 斷線小故障引起跳機的大事故。

圖3 1000 MW 機組發電機電測系統改進方案原理圖

2.5 優化變送器輸出數據在DEH 系統中的有效量程設置，提高機組的帶負荷速度

由于該廠1000 MW 機組DEH 系統為西門子設計理念，DEH 系統對有功功率信號上限大于19.8mA （1034 MW），下 限 小 于3.5 mA （-32 MW）判斷為質量壞點。當機組并網前發電機轉速保持3009r／s，并網瞬間機組的轉速降為3000r／s，在鍋爐供汽量不變的情況下高出額定轉速9轉的動能瞬間轉化成電能，發電機有功功率將高出指令值50 MW，DEH 系統將快速關閉調門，減少供汽流量，調門關閉后發電機會出現10s左右的逆功率現象，逆功率超過-32 MW 時會造成DEH 系統有功功率信號出現100～200ms的質量壞點。此時汽機調門出現關閉現象，當功率信號大約3.5mA時才重新開啟調門，降低了機組帶負荷速度。經認真分析研究后，把機組下限值設為2 mA （-160 MW），徹底解決了并網瞬間功率信號質量壞點的現象，從而提高了1000 MW 機組帶初負荷的速度。

3 結語

1000 MW 機組正逐漸成為我國主流火電機組，有許多關于1000 MW 機組安全穩定運行的課題需要探討。本文以某電廠1000 MW 機組發電機電測系統為例，對原方案在運行中存在的問題進行認真分析，并提出了更加科學合理的新技術方案，運用效果良好，對國內其他同類機組具有借鑒意義。

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