某水泥厂自备电站机组脱网原因分析及应对措施

李文学

1　引言

随着国外水泥厂建设项目的增多，我们越来越多地感受到为其供电的自备电站运行方式的特殊性。工业不发达国家电网容量较小，稳定性相对较差，其电力指标（如频率和幅值）经常出现变动，水泥厂启、停大设备时产生的冲击往往与外电网系统相互影响，加之当地电力部门也会对水泥厂用电进行限制，联络线便会经常跳闸，自备电站就由联网运行转为孤网运行，厂内负荷全部转由自备电站机组提供，我们称这种情况为脱网。

2　脱网对机组运行的影响

由于并网时联络线会带有一定的负荷，脱网时，自备电站会受较大冲击，可能会引起频率和电压的大幅变动，甚至造成机组非正常停机。联络线脱网后，机组独立承担水泥生产线全部负荷，孤网运行，此时应先调整机、炉工况，再启停水泥生产线大型设备，但在设备出现保护跳停时，机组就会受到一定的冲击，机组的快速调整主要靠保护装置和自动调节装置。

3　国外某水泥厂自备电站特点

某水泥厂建有总降变电站，总降变电站电源进线以35kV由电力系统接入，通过一台容量为6 300kVA的主变压器降压至6.3kV并配送到厂区窑头、窑尾、原料磨、水泥磨、石灰石破碎车间等的配电室。水泥厂配套有燃煤电站，自备发电机组以6.3kV接入中压配电系统，当电站机组运行时，和外电网一起为水泥厂全部负荷供电。稳定状态下自备电站一般能为水泥生产线提供100%动力负荷，外电网只作为机组启动和大型设备启停时的能量补充和缓冲。

该水泥厂的运行特点如下：

（1）当地电网不稳定，频率及电压变化很大，在日常运行过程中，发电机并网转速经常会在2 970～3 030r/min频繁变化。

（2）由于联络线开关控制水泥厂和外网的连接，一方面水泥厂可以通过联络线从外网获取部分功率来供厂内负载使用，我们称此功率为“吸收功率”，另一方面，当电站的发电功率大于水泥线负载使用时，多余的电能又可以通过联络线向外网送出，我们称此功率为“送出功率”，当地电力部门为了保证电网的安全运行，限制了联络线的吸收功率为4 000kW，送出功率为3 000kW，二者之一达到设定值时，联络线开关就会零秒跳闸。

（3）外网电价便宜，因此水泥厂想尽可能多地使用外网电量。机组正常稳定运行时，联络线的吸收功率维持在≮2 000kW。

基于以上三个原因，该厂自备电站机组运行就出现了经常性的脱网情况，原因就是联络线本身尽可能地在吸收功率范围内运行，电网出现较大波动时，联络线的吸收功率就会大于整定值，造成跳闸，成为自备电站机组脱网的主要原因。

4　脱网原因分析

对于脱网的原因，在第3小节里已有提及，由于联络线正常运行时的吸收功率为2 000kW左右，已接近保护装置动作的临界值，电网的波动就能引起处于临界状态的联络线跳闸。从理论上来讲，这是由发电机的功角特性决定的。当电网波动时，发电机和电网出现功角变化。频率尚未发生变化的情况下，功率就已经出现了变化，这是我们无法改变的。深层分析发现，此时汽轮机505调速器工作状态处于功/频控制模式，实际是起到了一个正反馈的作用。当电网出现减负荷的情况时，电网出现升速趋势，发电机与电网的功角变小，发电机输出功率也随之变小（如图1）。在厂内的用电负荷不变的情况下，电能就有更多的部分由电网输送。此时505调速器处于功/频控制模式，为了保持转速稳定，在判断外需功率减少的情况下，就会发出指令关小调门，使发电机输出功率降低，实际是起到正反馈的作用，这样外网进来的功率就会继续增大，当超过联络线功率限定值时就会跳闸出现脱网。

图1　发电机功角特性

5　应对措施

为了解决联络线频繁脱网这一问题，在和汽机厂家研讨及多次试验后，对505重新设置了组态，改成在并网的情况下505控制方式为阀位控制，脱网后转为功/频控制方式，这就大大减少了电网波动引起联络线跳闸的次数，同时又保证了机组孤网运行时的安全可靠性。

具体试验过程如下：

（1）第一阶段：把505转速PID控制方式更改为辅助PID中的负荷控制方式，通过增加功率变速器，给505输入联络线功率模拟信号，通过辅助PID中的负荷控制方式来调整调门开度。但由于是采用的联络线功率模拟量去控制发电机的功率，水泥生产线的负荷又不是固定值，这样联络线和发电机的功率就不是固定比例，加上电网波动较大，在试验过程中，联络线逆功率动作多次，因此这种控制方法失败。

（2）第二阶段：将505转速PID控制方式更改为限定阀位限制器控制方式，调门不随电网频率波动而调节，只有脱网变为孤网运行后，505自动切换为转速PID中的功/频控制方式。这一方式基本可保证联络线不会因为电网频率波动而跳闸，但需要操作人员对调门开度进行增减操作，有一定的操作风险。因此，又利用DCS预留的通道和对505进行重新组态，实现了在DCS中远程控制505和远程接收并显示阀位信号。

由上述分析及实验可知，由于外网不稳定引起的联络线脱网会引起自备电站机组的工况变动，通过设置505调速控制器，大大减少了脱网的次数，加上其他专业采取的相关措施，该自备电站机组完全能够保证水泥生产线的正常生产。

参考文献：

[1]刘广健，卢继平.基于功角特性曲线的发电机运行状况实时分析[J].电网技术，2006，（S1）.

[2]Woodward505数字式汽轮机控制器说明书[K].■