印尼北苏拉威西电厂甩负荷带厂用电孤岛运行试验

印尼北苏拉威西电厂甩负荷带厂用电孤岛运行试验
【摘要】对于小容量且不太稳定可靠的电网中的电厂，或者对于孤立电网运行的企业自备电厂，由于外网故障或负荷波动，容易出现电网甩掉大量负荷，因此这类电网中的电厂实现100%甩负荷后，系统带厂用电孤岛运行对电网和电厂的可靠运行和系统安全是非常重要的。

本文详细描述了我公司在印尼北苏拉威西电厂100%甩负荷，并带厂用电维持孤岛运行试验的过程，以及为保证甩负荷试验进行而对系统提升和更改的内容。

【关键词】调速系统；甩负荷试验；孤岛运行
1 引言
印尼北苏拉威西电厂项目位于苏拉威西岛北苏拉威西省阿莫让县的沿海边，装机容量2台25MW纯凝汽轮发电机组，是北苏拉威西省装机容量最大的电厂。

北苏拉威西省有独立的电网，该电网装机总容量220MW，实际用电负荷170MW 左右，90%以上的用电负荷为民用电，工业用电量很少。

我们中国联合工程公司能源环保工程公司承揽该项目的设计、采购、安装指导和调试及试运行工作。

该项目于2012年2月开始整机联合调试阶段，考虑到北苏拉威西省电网不是很稳定可靠，经常会出现电网故障而甩负荷，按总包合同要求机组必须能够进行100%甩负荷试验，且甩负荷后能带厂用电维持孤岛运行。

该电厂设计为单元纯凝式机组，2台9.8MPA，130T/H循环流化床锅炉是华西能源股份有限公司生产；2台25MW纯凝汽轮机为青岛捷能汽轮机股份有限公司生产；2台25MW发电机为山东济南发电设备厂生产。

全套设备除给水调节阀、锅炉过热器减温喷水调节阀等少量仪控设备为采购欧洲设备外，其他设备均为中国生产制造。

系统设计为单元式机组，带30%的高压旁路用于机组启动，每单元机组带两台给水泵，一用一备，柴油发电机设计容量不能带动给水泵。

如果这个电网中最大的电厂不能达到带厂用电孤岛运行，整个电厂在电网出现故障而甩负荷情况下，很可能全面崩溃；更为严重的是，由于电网的中断，该电厂将失去厂用电，锅炉给水泵、汽轮机循环水泵等关系到系统安全运行的设备都将停止运行，对该电厂设备安全也将带来很大威胁。

在进行甩负荷试验过程中，我方调试人员经过逐步摸索试验，并对系统设计做必要调整，最终成功完成了两台机组100%的甩负荷试验，在甩负荷后带厂用电孤岛运行。

并且在后续运行过程中，由于电网故障而引起的甩负荷事故中，这两台机组成功地带厂用电孤岛运行，确保了电网恢复后，我们电厂能迅速并入电网并逐步增加负荷，为整个北苏拉威西省电网恢复节约了时间，也确保了电厂设备的可靠和安全运行。

本文拟将我们在北苏拉威西电厂项目中围绕甩负荷试验而做的各种尝试、对系统所做的调整、以及甩负荷的过程和设计结果进行全面分析总结，为以后国内外其他类似的电厂甩负荷试验提供借鉴和参考。

2 与甩负荷相关的系统配置
2.1 汽轮机数字电液调节系统（DEH）
印尼北苏拉威西机组DEH系统采用MACSV汽轮机数字电液调节系统（Digital Electro-Hydraulic Control System，DEH），完成机组运行的控制要求。

该控制系统主要包括以下功能：
转速控制：实现转速的大范围控制功能，从机组启动到3000r/min定转速，到110%超速试验，在并网之前为转速PID回路控制，其目标转速及升速率可在DEH画面设定。

功率控制：并网后可实现功率PID回路控制，其目标功率及负荷率可在DEH 画面设定。

阀位控制：并网后可实现阀位控制，操作员可通过阀位控制的增、减按钮来改变调门开度。

低汽压限制：当主汽压力对应的负荷限制值小于实际负荷时，主汽压力低限制动作，逐渐关小高压调门恢复汽压。

低真空限制：当低真空限制投入时，若负荷高于当前真空所允许的负荷值，限制动作，逐渐关小调门使负荷降到允许的范围之内。

阀门严密性试验：可分别对主汽门、CV调门进行严密性试验，并自动记录试验时间。

运行参数监视：包括DEH控制参数及汽缸温度等。

OPC超速限制和超速保护：OPC超速限制的功能是当汽轮发电机组甩负荷时，将直接通过油动机上的快关电磁阀，瞬时关闭调节阀，防止汽轮发电机组超速。

若汽机转速超过110%额定转速，OPC超速保护直接打闸停机。

紧急手动：伺服单元在通讯故障后，转为紧急手动方式。

操作员可通过手操盘的增、减按钮控制油动机。

2.2汽轮机旁路系统
该电厂汽机采用高压旁路（主蒸汽）和低压旁路（高旁出口蒸汽）二级串联
旁路系统装置。

高压旁路系统装置一般由高压旁路阀（高旁阀）、喷水调节阀组成。

低压旁路系统装置一般由低压旁路（低旁阀，冷凝器厂家自带）、喷水调节阀组成，旁路设计能力30%负荷。

旁路装置主要功能：
改善机组的启动性能：机组在各种工况（冷态、温态、热态和极热态）启动时，投入旁路系统控制锅炉蒸汽使之与汽机汽缸金属温度较快的相匹配，从而缩短机组启动时间和减少蒸汽向空排放及减少汽机循环寿命损耗，实现机组的最佳启动。

机组正常运行时，高压旁路装置作为超压保护安全装置，一旦主蒸汽超过旁路装置的设定值，旁路阀快速开启，并按照机组主蒸汽压力进行自动调节，直至恢复到正常值。

旁路能适应机组定压和滑压运行两种方式，并配合机组控制实现调节负荷的作用。

当汽机负荷低于锅炉最低稳燃负荷时，（不投油稳燃负荷）通过旁路装置的调节，使机组允许稳定在低负荷状态下运行。

回收工质，减少噪音。

汽轮机主蒸汽旁路设计需要保证机组冷态启动、温态启动、热态启动，甩负荷和机组停机和跳机：
在阀门全开时15%MCR旁路能力设计与蒸汽对汽机金属温度相适应，可以减少大约30分钟的启动时间；要处理紧急和暂态条件下多余蒸汽，一般需要设计30～40%MCR或更大的旁路能力；在汽轮机或发电机满负荷跳机情况下，要保持汽轮发电机组运行而锅炉安全阀不打开，需要100%MCR的旁路设计能力。

3 对甩负荷试验的要求
机组在正常运行带负荷工况下突然与电网解列甩负荷，汽机调节系统应能保证飞升转速低于超速保护动作转速（111%），另外它应使过渡过程尽量短，能很快将转速维持在空转值以便快速并网接带负荷。

通过甩负荷试验来考核汽机调节系统的稳定性、动态超调量、过度过程调整时间等动态特性。

这是甩负荷试验的主要目的。

为实现甩负荷后快速并网接带负荷，要求锅炉不灭火维持燃烧，汽机维持空转，在新投运机组做甩负荷试验还可以检验主辅机在事故情况下的适应能力。

在进行甩负荷试验前，需要确定的工作有：试验主汽门动作状态；确定调节气门无负荷时的阀位；润滑油泵自启动试验；各种保护试验；超速试验（111%
额定速度）；OPC动作试验；锅炉跳机导致汽机跳机连锁试验。

业主PLN对该电厂甩负荷试验的要求是：
A.汽轮发电机组和锅炉所有的保护和控制系统处在正常运行状态值；
B.甩负荷期间，所有的控制系统处在自动模式；
C.在甩负荷期间，最大飞升速度（频率）和稳定的速度（频率）需要记录，在甩负荷前后，不能对调节器阀和超速控制器进行任何人为干预；
D.甩负荷后，机组不能跳停，带厂用电运行在孤岛模式下10分钟，继续可以并网运行。

4 50%甩负荷试验过程
为保证甩负荷试验成功进行，又不致影响到系统设备的安全，我们先从50%甩负荷做起，对50%甩负荷试验，我们又分两种情况：第一种先从发电机出口开关解列甩50%负荷后，重新再并网；第二种从主变出口150KV开关断开，甩50%负荷后，带厂用电运行约10分钟，由于主变出口150KV开关没有同期功能，只能再次解列发电机，合上150KV开关，再次从发电机出口同期开关自动同期。

经过第一种甩负荷试验，对系统设备性能有了了解，且对北苏拉威西省电网调控能力也有所了解，由于该种甩负荷方式直接从发电机出口开关断开，所以必须保证当我们机组甩负荷后，外网能确保我们的厂用电。

我们也做了万一外网不能保证厂用电的话，保证系统安全停机的预案。

甩负荷后，如汽机能够维持额定转速，发电机A VR电压调整正常，机组形成孤岛运行自带厂用10分钟，则试验成功。

在进行第二种甩负荷试验时，关键的问题是如何恢复系统，再次并入外网的问题，因为150KV开关不具备同期功能。

由于该项目主变出口开关处没有装设同期装置，不能进行发电机带厂用重新并网，必须将发电机出口开关断开并恢复厂用，才能将机组恢复正常运行方式，此时将会有短时间失去厂用电源。

试验结束后，若机、炉、电运行一切正常，通知总指挥准备恢复正常运行。

恢复厂用方式一：利用主变出口开关恢复厂用电
（1）拉开发电机出口开关，通知网调迅速合上主变出口开关，厂用电恢复。

（2）此时汽机由于高压油泵短时间失电跳闸，汽机将跳闸，汽机侧则迅速挂闸，恢复额定转速，等待重新并网。

（3）锅炉侧转机将跳闸，电源恢复后依次启动给水泵、风机，重新点火，恢复运行。

（4）电气专业将发电机升压，重新将发电机并入电网。

（5）将机组恢复正常运行，机、炉、电各专业分别按规程规定执行操作。

（6）试验人员根据甩50%额定负荷的试验数据经分析后，将试验结果报告总指挥；总指挥根据汇报以及电网情况并征得试运指挥组同意后，再决定甩100%额定负荷试验是否进行及何时进行。

方式二：利用6KV厂用电母联开关恢复厂用电
（1）在6KV母线室设置专人进行操作准备。

（2）得到试验总指挥命令将6KV厂用Ⅰ段进线开关拉开，迅速将6KV厂用母联开关合上，厂用电恢复。

（3）拉开发电机出口开关，联系网调合上主变出口开关，合上高压厂用变低压开关，拉开6KV母联开关。

（4）重复方式一2到5操作
方式一恢复厂用电时间取决于网调操作时间，采用方式二可以较短时间恢复厂用电，建议采用方式二来恢复厂用电。

从DCS所记录甩负荷时记录可看出，当系统在从外网断开前，转速值是3021.23r/min，最大飞升转速是3071r/min，最后系统转速在3020r/min时稳定约10分钟，这段时间带厂用电2.09MW，随后发电机出口开关人为断开，切换和恢复厂用电后，再次并网，逐步升负荷运行，整个甩负荷过程很安全顺利。

5 100%甩负荷试验过程
经过50%的甩负荷，系统带厂用电孤网运行的试验，经过分析发现汽轮机系统飞升转速在3071r/min，没有超过5%的额定转速3150r/min，另外A VR系统能有效可靠地调整发电机出口电压，这为我们进一步做100%甩负荷试验奠定了基础，初步验证了调速系统的可靠性。

完成从150KV开关断开，50%甩负荷后系统带厂用电孤岛运行，我们发现整个系统设计存在以下问题需要提升或变更：
该项目主变出口150KV开关处没有装设同期装置，不能进行发电机带厂用重新并网，需要对该开关增设同期功能。

在6KV厂用Ⅰ段进线开关和6KV厂用Ⅱ段进线开关与6KV母联开关间装设厂用电快切装置后在进行该试验。

做孤网运行需要解除超频保护，而且超频保护的频率测点正常是在大网那侧而不是在厂用电这侧，甩开外网后假如转速超过3090r/min，厂用电这侧会超频但是外网那侧是不会超频的，此时超频保护是不会动作的，发电机保护厂家确定下测点不是在外网侧，因此在正常外网甩负荷情况下，如果发电机超频保护投入，是不可能维持孤岛带厂用电运行的。

进行100%甩负荷试验前，我们提前对150KV的同期开关进行实际的同期试验，验证它具备半自动同期功能。

通过这些系统提升，在进行100%甩负荷试验时，两台机组的试验都很成功，最大飞升转速3129r/min，A VR系统自动调压正常，带厂用电约10分钟，系统再次通过150KV开关同期并网，不再需要再次断开发电机出口开关，恢复厂用电后，再次并网。

6 甩负荷试验的经验借鉴
在印尼北苏拉威西电厂100%甩负荷试验过程中，我们先从小负荷逐渐增加，逐步摸索，最终成功地达成了系统甩100%的负荷后，可以平稳的带厂用电约2-3MW负荷孤岛运行。

这一试验的成功进行，对我们检验国产汽轮发电机组调速系统的稳定可靠性，以及系统的设计、辅机的性能都有重要意义。

对于小容量且不太稳定可靠的电网，或者对于孤网运行的企业自备电厂都有很重要的参考价值。

因为不稳定的小容量电网或企业孤网运行的电厂，由于电网和负荷都不稳定，很容易出现外网故障，如果机组不能在外网甩负荷情况下，带厂用电而孤岛运行，很可能造成外网全面瘫痪，电厂失去厂用电，运行不当将威胁到机组本身的安全。

在试验中，我们发现即使设计较大能力的主蒸汽旁路系统，旁路系统如果在甩负荷时自动连锁打开，很可能急剧膨胀的蒸汽导致真空低低而跳机或凝汽器损坏。

如果要设计旁路系统保证100%的甩负荷在任何情况下都可能实现，则旁路系统需要有独立于汽轮机凝汽器的辅助凝汽器，这样可以在甩掉大负荷情况下，迅速释放过剩的蒸汽，而不至于导致锅炉安全阀打开。

要实现100%甩负荷后带厂用电孤岛运行，而后在外网恢复后能迅速再次并网，主变出口开关需要能具备自动同期功能。

要跨过发电机的超频保护，一种方式是对第一超频保护值（51.5HZ）适当增加延时；另一种方式是将发电机超频保护频率测点至于外网侧，可以绕开发电机突然甩负荷后，频率增加而导致OPC动作，跳停发电机。

在试验前需要首先确保柴油发电机系统可以正常切换自启动，润滑油泵可以可靠自启动，特别注意给水泵的润滑油位，防止厂用电频率升高，转速增加而出现润滑油打空现象发生，造成给水泵跳停。

锅炉侧需要迅速调整燃烧，避免安全阀打开或长时间代开，导致汽包水位迅速升高，而引起锅炉跳机。

通过我们印尼苏拉威西项目的100%甩负荷后电厂用电孤岛运行试验，说明国产机组调速系统是可靠的，甩负荷后系统带厂用电运行是可行的，但在合同和设计初始阶段，就需要对系统针对100%甩负荷后带厂用电孤网运行做综合设计考虑。