LM2500燃氣輪機發電機組雙同期點并網的研究

黃金梅 邱冬

摘要：航改型燃氣輪發電機組的設計運用中，同期并網是至關重要的一步。在以往大量實際應用案例中，絕大多數燃氣輪發電機僅設計了單點同期并網的運行方式，即利用發電機出口斷路器進行同期并網。隨著分布式能源站市場的發展，航改型輕型燃氣輪發電機組的應用越來越廣泛，單點同期的設計已經不能滿足客戶的需求，因此，在傳統單點同期方式基礎上增加利用高壓斷路器作為備選同期控制點的設計與研究成了必然趨勢，具有很高的實用價值。

Abstract： Simultaneous grid-connection is a very important step in the design and application of navigation modified gas turbine generator sets. In a large number of previous practical application cases， the vast majority of gas-turbine generators only designed the operation mode of single-point synchronous grid-connection， that is， synchronous grid-connection by generator outlet circuit breaker. With the development of the distributed energy market， the application of the navigation light gas turbine generating sets for module is more and more widely， the design of the single point at the same time already can't meet customer demand， therefore， based on the traditional single point at the same time increase the use of high voltage circuit breaker as alternative design and research has become inevitable trend of the control points at the same period， and has a high practical value.

關鍵詞：航改型輕型燃氣輪發電機;發電機出口斷路器;高壓電網斷路器;雙同期點

Key words： navigation modified light gas turbine generator;generator outlet circuit breaker;high voltage power network circuit breaker;double points over the same

中圖分類號：TM7???????????????? ???????????????????? 文獻標識碼：A????????????????????????????????? 文章編號：1674-957X（2021）21-0223-02

0? 引言

LM航改型燃氣輪發電機組標準配備單點同期功能，通過比較發電機斷路器（QF2）兩側的電壓，即發電機的輸出電壓及10.5kV電網電壓來實現同期并網，此標準設計要求上游的110kV高壓側電網斷路器保持合閘狀態。用戶提出，此方式下，110kV高壓側電網發生波動時，高壓波動電量會經110kV斷路器施加到線路當中的10.5kV/110kV升壓變壓器（GSU）的高壓側，形成沖擊，對變壓器的使用壽命存在不利影響。另外，用電需求不高時，機組處于待機狀態，上游升壓變壓器一直連接在高壓電網上帶電運行，存在一定的電量損耗。因此，將回路當中的高壓電網斷路器也設計為同期并網的備用點的設計成了必然需求。要求在待機狀態，高壓電網斷路器置于分閘位，可有效避免高壓電網波動對升壓變壓器的沖擊，同時，待機機組的升壓變可將從電網中切除，避免了電量損耗。

1? LM燃機發電機同期裝置工作原理

燃機發電機與電網系統能夠同期并列需要同時滿足三個條件，即發電機與待并側系統二者電壓的頻率一致、電壓幅值一致、電壓相位一致[3]。

發電機組的并網是借助同期裝置來實現的[1]。

自動同期裝置與燃機控制系統、發電機勵磁系統相關聯。電壓互感器檢檢測并輸出發電機出口斷路器兩側的電壓采樣信號，發送到2個同期繼電器及1個電子同期裝置中。兩個同期繼電器分別檢測不同相的信號（B-C和A-C），電子同期裝置連接A和C相。這些排列需要確保所有的三相電壓滿足同期要求。如滿足同期條件，則以上3個模塊的觸點（串聯）同時閉合，滿足同期條件，可使得斷路器閉合[3]。

在啟動同期程序前，確保燃機已達到同步怠速。

可通過以下兩種方式實現同期：

①手動同期：

同期開關（S1）調節到手動位置

調節勵磁系統（AVR）電壓升/降開關（AMVAS），在電子同期裝置的面板上觀察發電機出口電壓與電網電壓匹配。

調節燃機轉速開關SAS直到同期表指針緩慢的旋轉在慢-到快，順時針方向，觀察同期指示燈在同期表指針轉到12點位置附近時發光。

當同期表指針轉到11點位置時按下斷路器合閘開關S2。

②自動同期：

同期開關S1調節到自動位置;

觀察同期指示燈和同期表指針位置;

觀察斷路器合閘狀態指示燈。

1.1 LM燃氣輪發電機組典型同期回路總線圖

圖1中：

a）燃機發電機;b）燃機同期裝置（回路）;c）發電機出口電壓互感器TV12;d）發電機出口斷路器QF2;e）10.5kV電網電壓互感器TV11;f）燃機主變YNd11（10.5/110kV升壓變壓器）;g）110kV高壓電網斷路器QF1;h）I/II段高壓電網隔離開關QS1/QS2;i）電壓互感器TV3;j）電壓互感器TV1;k）電壓互感器TV2。

1.2 標準發電機出口斷路器（QF2）單點同期方式

LM輕型燃機標準單點QF2同期實現步驟：①要求高壓斷路器隔離開關QS1/QS2及高壓斷路器QF1保持合閘位置，而發電機出口斷路器QF2須處于分閘位;②檢查機組輔機系統正常運行，馬達控制系統及各路負載位于自動控制位;③確認控制系統顯示“啟機就緒”;④按燃機標準操作程序，按下一鍵啟動按鈕;⑤燃機運行至同步怠速，勵磁系統開始投入;⑥燃機發電機升壓至額定電壓10.5kV左右;⑦TV12感測機端電壓，并將電壓信號傳送至燃機同期裝置;⑧TV11感測10.5kV電網電壓信號，并將其發送至燃機同期裝置;⑨要求TV11、TV12為同變比，同電壓等級，同精度的電壓互感器;{10}同期裝置分別分析TV11/TV12的電壓信號的幅值、相角、頻率，并進行比較，當兩側電壓的3個指征差值都在允許范圍內時，同期裝置會發出允許同期指令至燃機控制系統;{11}燃機控制系統接收同期裝置的同期允許反饋，發出合閘指令;{12}發電機出口斷路器（QF2）合閘，同期完成。

1.3 高壓電網斷路器（QF1）點同期方式

如圖1所示，利用高壓斷路器QF1作為同期點，需在標準QF2單點同期回路中額外增加升壓變壓器與QF1之間的一組電壓互感器TV3，增加TV1/TV2為110kV高壓電網標配的電壓互感器。

高壓斷路器QF1同期方式實現方式：①選定I段或II段高壓母線作為需要同期的網段，以下以選定I段母線為例進行分析;②額外設置輔助回路，實現TV11/TV12輸出回路及TV1/TV3輸出回路的互鎖功能，保證燃機同期裝置在同一時間段只檢測分析一個等級的電壓;③檢查確認隔離開關QS1及QS01合閘;④檢查確認QF1及QF2位于分閘位;⑤檢查確保輔機系統正常運行;⑥檢查燃機控制柜面板上的就地/遙控開關位于就地位;⑦檢查燃機控制面板上的手動/自動開關位于手動位置;⑧啟動燃機，燃機發電機組開始運行至同步怠速，手動合閘QF1，勵磁系統按照一定速率緩慢建立電壓，直至達到額定值10.5kV。此過程被稱為死母線合閘，稍后詳細分析該過程;⑨發電機出口斷路器成功合閘，升壓變壓器被激活;⑩變壓器的二次側跟隨燃機一起從0建立電壓至10.5kV，一次側的電壓也跟隨從0升至110kV;{11}TV3感測升壓變壓器的高壓側電壓，將電壓信號傳至燃機同期裝置;{12}TV1感測110kV電網電壓信號，并將其發送至燃機同期裝置;{13}要求TV1、TV3為同變比，同電壓等級，同精度的電壓互感器;{14}利用輔助回路切斷TV11/TV12至同期裝置的輸出;{15}同期裝置分別分析TV1/TV3發送來的電壓信號的幅值、相角、頻率，并進行比較，當兩側電壓的3個指征差值都在允許范圍內時，同期裝置會發出可以同期指令至燃機總控系統;{16}燃機控制系統接收來自同期裝置的同期合閘指令，發出高壓斷路器合閘指令;{17}高壓斷路器（QF1）合閘，同期并網成功。

2? 死母線合閘詳解

死母線是指不帶電的母線，而死母線合閘，即指，在不帶電的母線上實現合閘動作。死母線合閘前機組應滿足如下狀態條件：機組處于“啟動就緒”狀態;發電機出口斷路器（QF2）處于分閘位;高壓電網側斷路器（QF1）處于分閘位;10.5kV母線不帶電（死母線）;LM燃機輔機系統正常運行;馬達控制中心帶電運行，所有負載（加熱器、電機、風扇燈）處于自動控制位。

啟動前提：用戶/電廠輸入一副干接點信號至燃機主控回路;繼電器K230指示發電機出口斷路器處于分閘位;繼電器K229A指示發電機出口斷路器未合閘;繼電器K232A指示高壓斷路器處于分閘位;燃機控制柜上的就地/遙控按鈕位于就地位;機組控制器顯示“起動就緒”。確認滿足上述死母線合閘條件，燃機控制系統界面會顯示死母線合閘允許。

按照下述步驟操作：①按下燃機控制界面上的“最小負荷起動”按鈕;②機組運行至同步怠速;③機組控制器使K85（斷路器合閘繼電器）得電;④暖機過程完成;⑤手動將燃機控制柜面板上的發電機出口斷路器控制開關CBCS1打到合閘位;⑥發電機出口斷路器合閘成功后，通過繼電器K229將合閘成功信號反饋到燃機控制系統;⑦當機組運行至可以起動勵磁系統建立電壓的點，控制界面會出現一個“啟動勵磁”按鈕;⑧操作員按下上述按鈕，勵磁系統開始啟動，建立電壓;⑨勵磁系統按照600V/秒的速率建立電壓，直至達到額定電壓。

3? 結束語

LM新控制系統，開發了QF1/QF2雙同期點可選的控制功能，稱為雙同期點控制邏輯，可以選擇、切換任意一個點作為同期控制對象。彌補了單以發電機出口斷路器（QF2）為同期點的不足。由上述分析過程可以看出，以QF1作為同期點，解決了下列三個問題：避免高壓電網波動對升壓變壓器高壓側的沖擊;升壓變壓器的二次側跟隨燃機從零建立電壓，也避免了10.5kV電壓對二次側的沖擊;消除了升壓變壓器的無用損耗。需要注意的是，同一機組在同一過程中，只可以選定一個點作為同期點。在華電金湖分布式能源項目的設計工作中，針對雙同期點的設計與配置與設計院、客戶及國外設計團隊進行了多次探討，總結了上述技術方案。

參考文獻：

[1]孫軍.發電機同期檢查與核相.中國水泥協會，2007：261.

[2]范永勝，楊文超.燃機控制系統中發電機同期功能的應用與分析.中國電工技術學會，2011.

[3]肖健.天然氣電廠燃機同期系統同期點相關問題探討[J].基層建設，2020-09-08.