火电机组在孤_小_网中的启动及运行方式研究

火电机组在孤(小)网中的启动及运行方式研究

王家胜,

邓彤天,冉景川

(贵州电力试验研究院,贵州省贵阳市550002)

摘要:通过对火电机组在孤(小)网中运行的常见问题的理论分析和研究,结合火电机组在典型孤(小)网中的运行实践,提出了火电机组在孤(小)网中的启动、正常运行及应对异常工况的运行策略,提高了火电机组抵御和应对事故的能力,对于保证电网安全和火电机组本身安全具有很强的实践价值和参考意义。

关键词:黑启动;一次调频;超速保护系统(OPC );孤(小)网中图分类号:TM611;TM732

收稿日期:2008205225;修回日期:2008208210。

0　引言

随着电力系统的跨区域互联和电网规模变大,各子系统之间的相互联系越来越强,局部电网故障、灾难性天气或人为操作失误均可能导致大面积的停电事故,甚至系统崩溃瓦解[122]。为了提高火电机组抵御和应对事故的能力,研究火电机组在孤(小)网中的运行策略势在必行。

作为大停电事故后电力系统恢复的措施,火电机组在孤(小)网中的运行是必须面对的特殊情况。尽管很多科研单位在电网的黑启动及恢复、机网协调、汽机调节系统特性试验及一次调频特性等多方面[325]进行了较为细致的研究,但针对大型火电机组在孤(小)网中的运行策略研究并不多。本文结合理论研究成果和具体运行实践,提出了火电机组在孤(小)网中的运行策略,具有很强的理论意义和实际参考价值。

1　背景案例

1.1　电网和机组情况

2008年1月底贵州省遭遇了大范围、长时间的凝冻天气,造成了省内电网主干500kV 输电网络处于瘫痪状态,部分220kV 、110kV 线路也中断,致使贵州电网解列成东部、北部、中部及西南部3个小网运行。本文案例中的孤(小)网选用贵州东部电网(见图1),火电机组数据来自图1中B 电厂。B 电厂火电机组情况:电厂装机容量2×300MW ,汽轮机采用东汽N30021617/537/53728型、亚临界、中间一次再热机组,控制系统采用GE 新华XDPS 2400型数字式电液(DEH )控制系统

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图1　贵州东部电网结构

Fig.1　Structure of E astern G uizhou Pow er G rid

1.2　3次孤网全停及恢复情况

1)2008年1月25日,东部电网与主网解列,铜

仁地区与凯里地区通过220kV 线路联络。事故发生前,该地区主要由A 电厂2台机组(125MW )和B 电厂1号机组并列运行。10:57因线路故障,B 电厂1号机组的一次调频和超速保护系统(OPC )连续动作,导致电网频率大幅波动,造成该机组发变组过激磁保护动作跳机。1号机组甩负荷后,A 电厂的2台125MW 机组也因低周运行跳机。整个东部地区全黑,后经湖南电网供启动电源完成东部电网第1次全黑方式启动。

2)2008年1月29日,B 电厂1号机组运行,2号机组大修后做启动前准备,此时,铜仁地区与凯里地区解环运行,B 电厂1号机组孤网运行供铜仁地区。因线路发生故障,电网频率波动导致一次调频和OPC 频繁动作,最终因汽轮机转速经发散后达3226r/min ,发DEH 故障跳机,铜仁地区全黑。当时,因湖南电网与贵州电网完全中断,后由地调组织当地和重庆秀山地区小水电提供的25MW 负荷完

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201—第32卷　第21期2008年11月10

日Vol.32　No.21Nov.10,2008

成第2次全黑方式启动。

3)2008年2月3日,B电厂1号、2号机组并列运行供铜仁地区负荷。因线路故障,在切换负荷时该厂1号机组一次调频和OPC连续动作,转速经振荡发散后达3212r/min,机组D EH故障跳机,由于孤网运行,随后2号机组转速经连续振荡后降至2612r/min,机组发变组过激磁保护动作跳机,电厂及整个铜仁地区全黑,后经湖南电网供启动电源完成第3次全黑方式启动。

2　孤网运行主要技术问题

2.1　火电机组厂用电完全消失处理原则

全黑方式对于火电机组来说是一种极端恶劣的方式,在确保机组安全自救的同时,还要确保机组具有快速启动和带负荷能力,使电网在最短时间内恢复正常[6]。

1)机组甩负荷或跳闸后,迅速检查柴油发电机启动情况,确认保安段工作正常后,快速启动主机交流油泵、顶轴油泵。必要时启动直流油泵,保证机组降速过程中有足够的润滑油。

2)跳机后,机组破坏真空时机应根据低压缸温度、润滑油压和润滑油泵的运行状况确定,应在考虑轴承安全的情况下,缩短机组惰走时间,防止操作疏漏,避免事故的扩大。

3)机组降速过程中,在真空没有完全被破坏前,应保证轴封汽的正常,防止冷空气进入高温轴封段,导致热态转子骤冷变形,引起汽轮机转子动静部分碰摩,如果操作不当,会造成转子永久变形。

4)为了缩短电网恢复时间,锅炉应尽可能保温、保压。对可能造成锅炉泄压、降温的高低压旁路、排污门、减温水门等应手动关闭。

5)机组降速至0,投入盘车后,注意现场的巡检工作,特别是对辅助设备、系统阀门和联锁保护等设备的检查。厂用电恢复后,尽快检查、恢复辅助设备和系统至启动前状态。

2.2　孤网中火电机组启动过程

2.2.1　黑启动电源的特点

黑启动是指整个系统因故障停运后,不依靠外部网络的帮助,通过系统中具有自启动能力的机组启动,带动无自启动能力的机组,逐渐扩大系统恢复范围,最终实现整个系统的恢复[7]。

从电网的结构特点和迅速恢复的角度考虑,黑启动电源优先考虑外部大的、稳定的电网。在不具备条件时,通常是由较大容量、与系统联系较强、开机条件容易满足、启动和带负荷速度快、调节能力强的发电厂担任。在此次实践中,整个贵州黔东地区电网与外界隔离,属于典型的孤(小)网运行状况,恢复电网的启动电源2次由湖南电网提供,1次由地调组织的小水电提供。

2.2.2　黑启动单元问题

由于黑启动电源容量有限且要经过长线路空载输送,在送电过程中易造成发电机组自励磁和线路谐振过电压。同时,黑启动单元运行后,在送启动电源给大火电机组时,容易出现电网低频振荡[8]。因此,在电网恢复初期送电时应注意:线路送电尽量先选择短线路,同时调低黑启动单元电压。在线路中,尽量选用低电压等级和减少不同电压等级的变换,并要切除线路末端电容器,投入末端电抗器。同杆并架双回线只充一回,避免长线路带变压器充电。

2.2.3　孤网中火电机组的启动

火电机组拥有大功率辅机较多,仅300MW机组就有6kV辅机15台左右。除6kV辅机外,机组本身还有大量小功率辅机。正常运行时, 300MW机组的厂用电率也要保持在6%～7%。因此,孤网中启动火电机组,特别是在启动电源有限时,任何大辅机的启动都会引起电网频率较大波动甚至整个系统的崩溃。

附录A表A1给出了火电机组部分6kV辅机的额定参数。正常情况下,火电机组在大电网中运行时,重要的6kV辅机的启动也会造成6kV厂用电电压和电网频率的瞬间较大波动。附录A表A2给出了机组挂靠湖南电网启动(第1次)时6kV厂用电段的电压波动情况。虽然挂靠大电网,但由于调整不利,机组冲转前出现电泵电流短时间内由180A升到640A超额定电流,且在机组并网前,电流出现较大波动(见图2曲线1),甚至机组并网后还出现了逆功率运行,导致机组跳闸(见图3负荷曲线)

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图2　机组2次启动中的电泵运行情况对比Fig.2　Perform ance comparison of electric pump in

the tw o starts of unit

总结了第1次启动经验后,机组第2次启动时,在启动电源只有25MW的情况下,通过对机组启备变压器分接头的调整和地调的紧密配合,以及合

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・工程应用・　王家胜,等　火电机组在孤(小)网中的启动及运行方式研究