越南海防DAP项目12MW自备电站并网和外网断电甩负荷单机孤网稳定运行调试

摘 要：汽轮机组电液调节系统在品质较差电网或甩负荷带厂用电中经常遇到不稳定的问题无法满足用户运行需求，根据全厂供汽和供电情况通过合理有效调整和改进505E调节器的运行方式后，大大增强了供热及发电的稳定性和对事故工况的适应性。

关键词：自备电站；电网频率波动大；并网；脱网

1 调试概况

由于越南海防市电网频率波动较大（并网后汽轮机转速波动为2939rpm～3026rpm之间，对应的电网频率波动在48.983～50.433Hz之间，远远超过中国国内正常网频控制范围49.90～50.10Hz），对本装置并网后的调试工作构成很大难度，对自备电站并网和脱网的稳定和安全可靠运行提出了新的挑战，结合现场汽轮发电机组和当地电网的实际工况。在调试过程中，经多次试验分析后，对505E调节器原先系统组态配置逐步进行调整和优化并结合仪表专业的DCS配套设置和电气信号通讯有效解决了以上问题并取得良好的效果。

2 解决方案的提出与实施

针对越南电网网频波动较大的情况，现场通过试验比较选取Woodward 505E系统的最适合运行方式以及对相应的控制方式进行调整改进来维持系统的稳定运行：

通过一段时间来的试运行，发现当地电网频率波动较大，当电网频率波动时，受电网网频的变化汽轮发电机组运行状态也随之波动：当汽机转速上升（即网频增加）时，由于505E控制器自带电网一次调频功能，此时发电机功率下降、阀门开度减少、汽机进汽流量下降；同理，当汽机转速下降即网频降低时：发电机功率上升、阀门开度增加、汽机进汽流量增加。

汽轮发电机组负荷控制一般通过转速控制来控制功率，设定转速与实际转速的转差为机组的负荷，即转速设定每增加10转就相当于汽机负荷增加了1000KW的电负荷，因此，当电网频率波动时，相应引起发电功率的波动，从而引起汽机负荷不稳定。以越南海防电网为例，（经统计电网频率波动范围为48.983～50.433Hz，相应转速变化为2939rpm～3026rpm），以单台12MW机组为例进行折算，理论上功率的上下波动幅度高达8700KW，这个最大的波动幅度相对于额定负荷12000KW的机组来说波动达到机组额定负荷的72.5%。对并网后的机组运行造成了很大难度。

针对以上特殊情况，本机组在运行中为了适应电网的大幅波动，通过采用多种控制方法进行试验来寻求一种最稳定最可靠的控制方式。先后尝试使用了505E自带的默认速度控制方式、汽机高压调节进汽阀HP阀位直接控制方式和在DCS上增加一个带转差补偿的远程速度控制这三种控制方式；以下为试验过程中对应电网波动情况下汽轮发电机功率、转速、及主汽门前蒸汽压力的波动情况记录数据：

（1）使用505E自带默认速度控制方式时：

转速波动为：2984～3008～2996rpm

对应的功率波动为：6901～3516～9203KW

波动记录点之间时间间隔为3分钟和6分钟

（2）使用505E内部HP高压调节汽阀阀位控制方式时：

转速波动为：3014～2996～3020rpm

对应的功率波动为：3513～4110～3420KW

对应的主汽门前蒸汽压力波动为：3.45～3.3～3.462Mpa

波动记录点之间时间间隔为3分钟和7分钟；

（3）使用505E改进后的带转差补偿的DCS远程速度控制方式时：

转速波动为：3009～3014～3003rpm

对应的功率波动为：4397～3983～4530KW

对应的主汽门前蒸汽压力波动为：3.4～3.36～3.4Mpa

波动记录点之间时间间隔为7分钟和5分钟

通过以上三种控制方式试验比较，机组运行效果如下：

a.505E自带默认速度控制方式：机组负荷随外电网频率的波动而波动，负荷波动幅度较大，控制时汽轮机组运行极不稳定，中压蒸汽管网压力波动剧烈。

b.505E内部HP高压调节汽阀阀位控制方式：机组负荷随外电网频率的波动而波动，负荷波动幅度较小，汽轮机组运行较稳定，但由于运行中直接限制了调节汽阀的阀位，因此无法正常投入高压进汽调节阀和低压抽汽调节阀的自动调节，影响汽轮机抽汽，另外，当外电网解列或汽机甩负荷等紧急情况下影响505E的控制方式自动切换及高压调节阀的正常动作。

c.505E带转差补偿的DCS远程速度控制方式：机组负荷随外电网频率的波动而波动，负荷波动幅度较小，汽轮机组运行较稳定，能正常投入505E的其他自动控制功能，此调节方式以汽定电，能将自动中压蒸汽管网压力维持在一个相对较稳定的水平。

改进的505E带转差补偿的DCS远程速度控制方式是在505E自带的“进汽不联系调节”（Decoupled INLET）基础上增加了转差补偿，进汽不联系调节模式通常用于正常运行时透平的两个被控参数为进汽压力和抽汽压力的情况。这种操作模式下，透平高压阀和低压阀的动作是不联系的，以允许透平进汽压力的控制不受抽汽流量变化的影响。透平抽汽压力仅依靠移动低压阀来控制。在这种配置模式下尽管透平负荷不受控制，但它却被限制在在预先设定的运行范围内。

在工厂安装及开车调试阶段，由于越南海防市电网不稳定，多次因电网波动过大而出现城市区域性停电事故，为了在这种情况下保证全厂正常生产，进一步提高自备电站的稳定性和可靠性，在业主的要求下，我们结合505E用户手册进行了外网断电机组甩负荷带厂用电及再次并网试验，这是属于单机带负荷的一种特例，试验情况如下：

发电机脱网孤网运行及再次并网试验

发电机脱网时及脱网后的变化情况：

脱网后505E检测到外电网开关断开信号后控制模式立即自动由速度控制模式切换到频率控制模式，发电机功率20秒内从4276KW迅速向下减至3307KW，随后在3116～3464KW之间波动，汽轮机转速按功率相反波动方向在2979～3007rpm之间波动，汽轮机主汽门阀位在32.4～44.6mm之间波动，主汽门阀位与汽机进汽量波动频率较快，从最低点波动到最高点约历时2～3秒，汽轮发电机功率和转速波动随之波动，波动频率稍慢，从最低点波动到最高点约历时20秒。

孤网运行一段时间后再次同期并网：转速恢复到外电网网频对应下的转速3008rpm，阀位变化至37.8mm，此时汽轮机进汽流量为17.4t/h，功率稳定至约3117KW，主汽门前压力为：3.51Mpa。

通过2009-6-13发电机脱网孤网运行及再次并网试验情况分析，此次试验从上午9点37分进行到10点20分结束，脱网后505E接收到外电网断网信号后顺利从负荷调整模式自动切换到频率调整模式，厂内电压和电负荷基本稳定，设备运转无异常，锅炉及中压蒸汽管网压力能维持在正常范围内，孤网内网频率在49.650～50.117Hz范围内波动，通过试验发现当孤网的负荷波动范围在11.1%时，频率的波动可以控制在-0.35～+0.12Hz以内。从脱网后的汽机运行状态看，主汽门动作频率较快，变化幅度较大，变化幅度达到12.2mm，后经过减少离线速度控制比例增益后主汽阀波动幅度有所减少，调节效果更加稳定。

3 调整后的运行效果

经过以上修改和设置后，在外电网频率上下波动48.983～50.433Hz情况下，全厂高压蒸汽管网压力波动范围能稳定在3.36～3.4Mpa之间，汽轮发电机组发电功率波动幅度控制在547KW之间，经脱网试验和全厂孤网运行试验，汽轮发电机组运行调整模式能基本实现无扰动切换，大大增强了自备电厂的稳定性和可靠性。

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