GBK发电机组成套控制装置在地热发电站的应用

李为民

（兰州电机有限责任公司电控事业部，甘肃 兰州 730050）

1 引言

随着国民经济的快速发展及国家电力需求缺口的日益扩大，市场迫切需要既环保又经济的清洁能源。涡轮蜗杆发电机组是利用电厂、钢厂热力厂等生产中产生的余热气体以及地热或其它废气驱动蜗轮蜗杆机带动发电机发电，发电机与网电并联运行。该机组是一种新型发电设备，是发电设备的创新，是一种节能环保产品，市场前景十分广阔。小型蜗杆、气轮机发电机组正是在此时应用产生的。受小型蜗杆、气轮机厂委托设计研发配套涡轮蜗杆发电机成套控制装置。

享有“世界屋脊明珠”美誉的西藏羊八井地热电厂是迄今为止世界上海拔最高的地热发电厂，也是国内装机容量最大的地热电厂，总装机容量达35180kW。当地海拔高达四千三百多米，环境中含H2S、SO2等腐蚀性气体，对发电机及控制设备的要求较高。因此成套控制装置为适应恶劣条件，必须采取相应措施以提高设备使用的可靠性。

2 成套控制装置简介

GBK发电机组成套控制装置由交流无刷同步发电机、并网柜及高压开关柜、高压PT柜组成。

并网控制柜是发电机组的控制核心，并网控制柜的核心控制器件电压调节器选用UNITROL1000－7型自动电压调节器，控制可靠性高，功能强大，具有自动同步、同期检查、同期前电压匹配、旋转二极管监测等功能。可通过RS485总线实现并联发电机无功功率补偿。UNITROL1000－7的所有参数设定均可通过以Microsoft WindowsTM为操作平台CMT1000工具软件完成，通过参考功率图和示波器功能，可方便地查看参数变化对调节器总体运行情况的影响，从而在短时间内找到最佳参数设定值，极大地提高了发电机组运行的可靠性，满足了不同发电机组各种运行方式的需要。成套控制装置系统如图1所示。

图1 成套控制装置系统

3 成套控制装置控制原理

GBK成套控制装置采用并网前自动跟踪市网电压、并网后自动调节功率因数等方法，保证发电机组运行的可靠性。针对恶劣环境的特殊性常常会造成测量及控制元件损坏，对控制及测量元件的选择及设计采取措施，保证设备良好正常运行。

UNITROL1000－7型调节器控制方式分为：自动模式－恒电压；PF模式－恒功率因数；手动模式－恒励磁电流；VAR模式－恒无功功率。

（1）电压补偿控制和无功功率分配功能

为了使各并列发电机之间的无功功率相同，UNITROL1000－7型自动电压调节器具有一种被称作电压降控制的特殊功能，各个电压调节器之间通过RS485总线连接。在VDC模式下，所有自动电压调节器都按照自动模式运行，并且都存在电压降，但每个自动电压调节器（带各自的ID号）都将自己的无功功率值写入RS485总线中。每个自动电压调节器都可以读取这些无功功率值并计算平均MVAR调整点，并对电压降进行补偿，因此母线上的电压电平始终保持在100%。

（2）同步功能

可以使同步发电机与电力线路实现自动同步。自动电压调节器的模拟输出可以向调速器控制求和点发出模拟速度校正信号，该校正信号代表电力网额定频率和电力网实际频率之间的偏差，自动电压调节器发出的速度校正信号可以使调速器的给定频率接近电力网的实际频率。

（3）匹配功能

由电压匹配功能向内部的电压调节器发出电压调节值，由频率匹配功能向调速器发出速度校正信号。

（4）旋转二极管监测功能

二极管监测的目的是为了检测二极管出现的开路或短路故障。原理图如图2所示。

图2 二极管监测功能原理图

由于二极管在旋转整流器上，因此，只能对其间接检测。当旋转整流器出现故障时，调节器可估算出励磁机励磁电路所产生的感应交流电大小，从而判断是否有二极管损坏，然后发出报警信号。如果旋转励磁机的某个支路出现开路，调节器发ALARM（报警）信号；如果旋转励磁机的某个支路出现短路，调节器发TRIP（跳闸）信号。

4 成套控制装置并网合闸

GBK成套控制装置并网控制分为手动、自动两种方式。

4.1 并网检测控制原理电路

控制原理电路图如图3所示，PPH为相序表，并网前，通过转换开关SA6分别检查网电及机组电的相序是否都为正相序；PV为电压表、PF为频率表，并网前，通过转换开关SA5分别查看网电及机组电的电压、频率是否正常；KTB为同期脉冲发送装置，PSY为同步表，HL2、HL3为同步指示灯，并网时转换开关SA4拨到“通”的位置接通同步检测回路。并网后，转换开关SA4须拨到“断”的位置，断开同步检测回路。

图3 并网检测控制原理电路图

4.2 并网合闸控制原理电路

并网合闸控制原理电路图如图4所示，手动方式为常规并网方式，通过观察同步表PSY及同步指示灯HL2、HL3的指示，在适当的时机按下高压柜合闸按钮HA进行并网操作。

自动方式为高级方式，充分利用UNITROL1000－7型自动电压调节器先进的自动同期功能，结合DMF－1型同期脉冲发送装置进行连锁控制，并结合同步表PSY以及同步指示灯HL2、HL3，发电机接近同步时，按下并网柜合闸按钮SB3，等待自动电压调节器AVR及DMF－1型同期脉冲发送装置KTB发出同步信号，继电器KD3动作，同步允许合闸指示灯HL5点亮瞬间，发电机组并网成功。

如此操作控制，最大限度保证了发电机并网的安全性、可靠性，从根本上避免了非同期合闸并网带来的危害。

DMF－1型同期脉冲发送装置是国内最新一代产品，功能齐全、调节方便、质量可靠，有试验、运行两种工作方式。首次使用时将位置开关SA置于试验位置，当装置上合闸指示灯亮时，同步表应指示在0°附近，证明接到装置和同步表的接线无误。若指在180°附近，说明接线有误，若同步表接线正确无误，则说明接到装置的接线极性相反，可将接发电机的电压互感器二次线对调。

发电机组保护回路选用RCS－985RS／SS发电机保护装置，该装置采用以高性能数字信号处理器DSP芯片为基础的双CPU硬件系统，保护功能强大，有过负荷保护、短路保护、过／欠压保护、过频／低频保护、逆功率保护、接地保护、差动保护、过流保护等。

根据用户现场的恶劣环境，高压开关柜除了满足“五防”功能外，还在柜内安装了除湿装置和温控装置。

发电机出口开关选用VD4－12真空断路器，可以满足发电机在正常或事故状态下的各种合、分闸操作。

5 结论

GBK发电机组成套控制装置经过现场长期稳定运行，证明该成套装置设计合理、技术先进，完全能够适应高海拔等特殊环境的要求。