1000MW发电机启动并网过程问题分析及探讨

1000MW发电机启动并网过程问题分析及探讨
摘要：通过对某发电厂1000MW发电机启动过程中近年来的一些问题进行分析
探讨，对机组控制系统中的相关逻辑设置的合理性进行论证，在保证安全的前提下，提出优化完善的解决思路，使机组的启动能够更加顺畅的进行。

关键词：发电机；启动；逻辑优化；探讨
0．引言
发电机组的启动是一个繁锁的过程，为了简化运行人员的操作，减少操作强度，同时也相对降低机组的启动难度，在控制系统中，会根据机组启动过程中的
要求设置一系列限制措施来帮助实现安全、可靠、快捷的启动。

但是如果在一些
特定问题发生时，控制系统中的限制逻辑的设置搭建未完全予以考虑到，反而会
适得其反，对机组的顺利启动造成影响。

1．主机SGC程控走步问题分析探讨
1.1 机组启动方式介绍
某发电厂1000MW汽轮机是由上汽厂引进德国西门子公司技术生产制造，DEH系统采用的也是德国西门子公司设计的SPPA-T3000控制系统。

该系统的一个主要功能是汽轮机自动启动功能ATC（即主机SGC程控走步），它能够控制汽轮
机从静止状态到汽轮机冲转、直至发电机并网发电，自动化程度相当高。

主机SGC程控走步虽然在设计上能够做到自动启机至发电机并网，但是发电
机并网操作毕竟是一项重大的电气操作，关系到发电机本身以及电网系统的安全，完全依靠自动控制进行并网操作，需要相关设备及自动装置的高度可靠性予以保证，有一定的风险性，所以该厂在实际应用时，DEH系统主机程控走步中关于发
电机建压、并网的过程，并没有做到完全意义上的自动控制。

DEH系统主机SGC程控走步中至电气（DCS）的“DEH允许发电机同期并网”
信号和“汽轮机转速＞2950 rpm”信号参与DCS逻辑组态。

“汽轮机转速＞2950 rpm”参与励磁建压指令的逻辑组态，如图（1）所示：
“DEH允许发电机同期并网”参与同期合发电机断路器指令的逻辑组态，如图（2）所示：
图（1） DCS系统励磁建压逻辑组态
图（2） DCS系统同期合发电机断路器指令
从图（1）、（2）中可看出，励磁系统建压和同期合发电机断路器还需要人
为进行操作确认。

主机SGC程控启动步序中关于上述信号的作用步序在第28步至第32步，如
图（3）所示：
各步序时发出指令如下：
◇程控步序第28步时，发出设定励磁系统选择自动指令，得到励磁系统在自动方式反馈后执行下一步；
◇程控步序第30步时，发出设定预选引用同期电压和设定励磁系统投入指令，得到励磁系统建压反馈后执行下一步；
◇程控步序第31步时，发出DEH允许发电机同期并网指令，得到发电机并
网反馈后执行下步；
◇程控步序第32步时，发出设定预选退出同期电压指令。

图（3） DEH系统主机程控走步中关于发电机建压、并网步序
如上所述，虽然未能做到完全意义上的自动控制，但是发电机的建压、并网
过程却仍然需要SGC程控步序的配合，所以在启动时必然牵涉到汽机和电气之间
的相关指令互相作用、以及相关信号的互通配合，由此可看出，传统意义上的汽
轮机启动冲转和发电机启动并网已不再是独立的专业行为。

这些相关联信号的作
用影响着发电机组启动并网的顺利进行。

1.2 主机SGC程控走步问题
在常规的电气并网操作中，机变及励磁系统转热备用操作在锅炉点火后、主
机冲转前即可进行，但是在该厂1000MW机组上，这一常规操作习惯却因为主机SGC程控启动而被改变至主机冲转后进行，原因如下：
从图（4）可看出，DEH主机SGC程控走步的允许启动条件中有一“EXCIT ALLOWED”信号（即“励磁允许”信号），此信号闭锁主机程控走步。

该信号从DCS
侧传送给DEH，在DCS侧为励磁系统的“EXCITATION READY”信号（即“励磁系统准备就绪”信号），在从DCS侧传递到DEH侧时进行了取非的逻辑。

由此可看出，
主机SGC程控走步的允许启动条件中的“EXCIT ALLOWED”信号，其真正含义为“励
磁系统未准备就绪”。

也即在主机冲转前，励磁系统不能投用。

图（4）主机SGC程控走步允许条件中“励磁允许”信号的由来
主机SGC程控走步的允许启动条件中加入这一闭锁条件，其目的是为了防止
发电机在主机未冲转前即加励磁，造成机变系统发生因低频而过励的情况。

低频
过励将引起发电机、变压器铁芯饱和，使漏磁通增加以及在励磁电流中产生很多
高次谐波分量，引起局部严重过热导致相关部件变形，周围绝缘介质老化。

励磁系统的“EXCITATION READY”信号在励磁系统正常上电后，励磁调节器对
整个励磁系统进行自检正常后发出。

如果励磁系统转热备用操作按照常规操作习
惯在锅炉点火后、主机冲转前进行，显然将会使主机SGC程控走步的允许启动条
件不满足，致使主机启动冲转走步无法进行的情况发生。

为了保证主机启动冲转的正常进行，电气作出了让步，更改了原有操作习惯，将励磁系统转热备用操作更改在主机冲转至3000rpm定速后再进行。

这样的改变，从安全角度来讲，虽然改变了原有的电气操作习惯，但是对发电机启动操作并没
有原则性的影响，顺应了机组自动顺控启动的逻辑组态要求。

通过近几年该厂1000MW机组启动的实际情况来看，电气这一操作习惯的改
变虽然保证了主机冲转的顺利进行，但是也随即带来两个潜在的不利因素：一是在机组跳闸后的极热态启动时，为了满足主机SGC程控走步的需要，必
须要将励磁系统先停电，在并网前再重新上电，增加了人员的操作量。

二是在主机冲转到3000rpm定速后再进行励磁系统送电操作，励磁系统上电
到发电机并网的时间段与常规操作方式相比大幅度缩短；尤其是在汽机温/热态启动时，主机在3000rpm时的暖机时间相对更短。

近几年来，随着励磁调节器使用
年限的逐渐增加，设备的软硬件问题的发生日益突出和频繁，上电后往往因为软
硬件原因，导致励磁调节器无法正常投用，必须进行故障查找并排除后，才能进
行正常的并网操作，延误了机组启动。

1.3 “EXCIT ALLOWED”信号取点的分析考虑
1.3.1 取用新信号的考虑
是否可以重新取用另一信号，既能防止低频过频的发生，又能按照原有操作
习惯进行励磁系统转热备用操作？
从主机SGC程控走步允许启动的“EXCIT ALLOWED”信号这一闭锁条件的来源以及意义上分析会发现，为了防止低频过励的情况，这一条件的信号来源过于苛刻
严谨，原因如下，从图（4）可看出，其以励磁系统上电后“励磁系统准备就绪”为条件（也即无闭锁启励和外部跳闸），虽然“准备就绪”意味着励磁调节器灭磁开
关允许合闸以及励磁建压指令的开放，但是这两个操作仍然是需要人为进行确认
操作的。

励磁系统不建压，就不会发生低频过励。

由此可见，这一信号条件的设
置有可以修改完善的地方，能够做到既防止低频过励发生，又能尽早的将励磁系
统上电，以便在主机冲转到3000转之前，尽早的将励磁系统的问题暴露出来，
不至于影响机组的正常并网，导致被动局面的出现。

既然不以励磁系统上电作为判断标准，那么采用什么信号更合理呢？是采用
灭磁开关是否合闸信号，还是励磁是否建压信号呢？对于励磁系统来说，灭磁开
关闭合仅是接通整个励磁主回路，这时整流桥并没有工作，发电机励磁绕组并无
电压。

励磁建压指令是将励磁调节器投入运行，开始触发可控硅整流桥向发电机
转子供电，励磁投入后发电机电压能迅速建立到设定值。

励磁建压指令在励磁开
关合上后才有效。

由此可见，励磁系统上电→灭磁开关合闸→励磁建压是一串逐
步进行的流程，如果采用励磁建压信号显然又过于宽松，采用灭磁开关是否合闸
信号会更为合理，这样既能保证励磁系统恢复操作在主机冲转前进行，保证机组
的顺利启动，也能有效防止发生低频过励。

1.3.2 取消“EXCIT ALLOWED”信号设置的考虑
在DEH主机SGC程控走步的允许启动条件中是否还需要这一闭锁条件？
如图（1）所示，在DCS中的“励磁建压指令”发出的逻辑组态来看，其中设置了一个转速条件，即主机达到2950rpm时，人为确认点击“建压按钮”，指令才能
发送至励磁调节器进行建压，其实在这里也再次考虑到了低频过励这一问题，所
以是否需要DEH和DCS设置双道防线有待商榷！既然DEH侧设置闭锁条件会给
机组启动带来潜在的不利影响，那么在DCS侧有防线的前提下，DEH侧设置的闭
锁条件的必要性是否可以重新考虑！
2．DCS系统“励磁建压”逻辑设置分析探讨
2.1 DCS系统“励磁建压”问题
2018年07月该发电厂#14机组调停后启动，在主机冲转至3000rpm，发电机已经合闸灭磁开关准备建压并网时，人为点击励磁建压按钮后发电机建压失败。

后续的故障确认处理时间长达近2小时，极大的延迟了机组的启动。

经过查找分析，发现原因如下：
励磁系统在主机冲转至3000rpm定速正常后进行上电操作，上电后发现励磁
调节器的就地控制终端ECT屏无法正常开机，由于ECT屏之前本身故障根率就很高，而且其只是作为就地控制、信号报警和运行数据的显示记录，其故障并不影
响到励磁调节器的正常工作，所以也未立即进行处理便继续进行后续的并网操作。

同时通过查看DCS系统“励磁建压”逻辑，见图（1）所示，发现建压指令的发出，在逻辑组态上有一无“励磁系统综合故障报警”条件，“励磁系统综合故障报警”为一综合信号，即励磁系统无论出现任何报警均会同时触发这一信号，就地控制
终端ECT故障当然也不例外。

所以虽然在人为点击了励磁建压按钮后，其指令由
于“励磁系统综合故障报警”条件的闭锁，实际并未发出至调节器，发电机当然也
就无法建压。

2.2 DCS系统“励磁建压”逻辑设置的分析考虑
在励磁调节器中，对于灭磁开关的合闸和励磁建压指令的开放，是受到
“EXCITATION READY”信号的控制（即“励磁系统准备就绪”信号），只要励磁调节
器上电后自检正常，此信号发出，即意味着励磁调节器是允许合灭磁开关并投励
建压操作的。

在本次开机中，灭磁开关已经正常合闸，对于励磁调节器本身而言，其后是能够正常建压的，就地控制终端ECT的故障并不影响发电机的正常并网启动。

所以在建压指令的逻辑组态中，将无“励磁系统综合故障报警”作为闭锁条件
之一显然过于严格。

如前所述，“励磁系统综合故障报警”为一综合信号，即励磁
系统无论出现任何报警均会同时触发这一信号，但是有些异常或故障并不影响到
调节器的正常工作，励磁调节器有其自身的判断依据，能够保证发电机启动并网
的安全进行，再用这样的信号作为DCS中励磁建压的闭锁，人为的设置高于励磁
调节器自身判断的条件，影响机组的正常启动。

3．结束语
运行实践证明，目前该发电厂1000MW机组启动控制是安全可靠的，但是在
机组设备和系统的配合上还需要根据实际情况进一步分析探索，通过机组启动过
程中逐步暴露出来的问题，对当前控制逻辑的设置优化完善，在保证机组安全启
动的前提之下，使机组启动能够更加顺畅的进行，减少不必要的启动损耗，提高
机组启动的经济性。

作者简介：
王程（1977-），男，大专，助工，技师，国家能源集团谏壁发电厂发电部单元长。