热电联产机组孤网改造与运行研究

张晓明

摘  要：由于投资少、损耗小，化工园区内集中供热、供电将是工园规划、发展的新趋势，而承担园区集中供电、供热任务的热电联产机组来讲，安全与可靠的能源供应是热电联产企业的首要任务，肩负着园区所有企业的经济效益。若园区热电联产机组所在电网运行薄弱，或处在电网系统末端，一旦电网出现故障，将直接影响整个园区企业的供电与供热，将给机组运行带来巨大安全稳定压力。以重庆白涛化工园区内一热电联产项目为实例，研究并实验验证了如何通过技术改造实现机组的孤网，保证供汽、供电的稳定。

关键词：低频低压;DEH;孤网判据;孤网控制逻辑;抽汽调整

中图分类号：TM732         文獻标志码：A         文章编号：2095-2945（2020）05-0109-02

Abstract： Due to low investment and low loss， central heating and power supply in the chemical park will be a new trend in the planning and development of the park. As for the cogeneration units that undertake the tasks of centralized power supply and heating in the park， safe and reliable energy supply is the primary task of cogeneration enterprises， shouldering the economic benefits of all enterprises in the park. If the operation of the power grid where the cogeneration unit is located in the park is weak， or it is at the end of the power grid system， once the power grid fails， it will directly affect the power supply and heating of the whole park enterprise， and will bring great security and stable pressure to the unit operation. Taking a cogeneration project in Chongqing Baitao Chemical Park as an example， this paper studies and verifies how to realize the isolated network of the unit through technical transformation to ensure the stability of steam supply and power supply.

Keywords： low frequency and low voltage; DEH; isolated network criterion; isolated network control logic; steam extraction adjustment

引言

白涛化工园区热电联产项目一期为2*UCB440t/h-9.81+1*CCN50MW-8.83/4.2/1.3机组，发变组接入接线方式为双母线110kVGIS间隔，由两条110kV线路与地方电网110kV系统相联。一段4.2Mpa抽汽主要供2km外的某化工。该项目地处山区，与地方电网相联的变电站同处雷电密集区，因变电站主干线雷击、线路敷冰造成该地方电网变电站全站失压平均1.5次/年，而该项目于2014年投产以来亦经历多次全网失压事故，造成机组停机，锅炉干锅，化工企业供汽、供电中断，经济损失达500万/次。为解决因电网薄弱带来的运行稳定难题，实现在电网系统出现极端故障情况下保证用户的供电、供汽稳定，最大限度降低损失，热电联产项目实现自动孤网运行势在必行。实现孤网运行需要落实并解决机组故障状态自动解列、DEH孤网逻辑组态、DEH孤网控制组态、孤网判据完善与接入、孤网控制PID参数调整。

1 机组自动解列

1.1 并网线路故障自动解列

白涛热岛110kV并网线路采用南瑞RCS943高压输电线路光纤保护装置，与对侧变电站组成纵联光纤差动保护，后备保护投入距离I、II、III段以及零序过流I、II、III段，当线路发生区内故障可由光纤差动保护快速切除，当发生区外故障时可通过线路后备保护切除。

1.2 系统故障自动解列

当对侧变电站发生主干线路跳闸，进入小网运行，由于地方电网主要依托于主干线路下网，主干线路跳闸后电力缺口巨大，进入小网后，频率、电压将急剧下降，网内小机组频率在1秒内降至40Hz，最终造成全网失压。

为了在系统故障情况下，能快速脱离故障电网，原则上保证用户供电供热，最终保障热电联产厂用电，需要对低周自动解列装置进行整定计算。热电联产升压站、电源侧变电站、化工降压站为单回线三角环网结构，开环点在110kV油弛线122处。

热电联产站110kV122开关为固定与系统联络开关，按第一轮整定，根据相关规定，低频启动频率定值49.5Hz，保留0.1Hz裕度取49.4Hz，滑差定值取1Hz，滑差闭锁取5Hz，防止电压回路故障造成误动;低频第一轮整定取49Hz，时限0.5S。

热电联产站110kV121开关为化工负荷联络开关，按第二轮整定，低频启动频率定值、滑差闭锁值同122开关定值，因在第一轮动作脱离大网后，热电联产转入带用户小网运行，在出现大的有功缺口状况下，频率变化率较大，根据用户单台最大电机容量，滑差定值取2Hz;根据热电联产机组主油泵压力与最低转速关系，低于2800rpm自动主汽门TV将无法保持开度，将造成孤网瓦解，充分利用系统的旋转备用容量和足够裕度，低频第二轮整定值取48.5Hz，即机组转速在2910。

2 孤网逻辑完善

2.1 DEH孤網逻辑组态

机组DEH南京科远V3系统，逻辑组组态缺省未包含孤网逻辑，需要新增。

2.1.1 热电联产机组为双抽凝，在DEH孤网逻辑与控制组态过程中设置中调门、低调门的控制是否参与高调门解耦方式运行按扭，来实现在特定供汽负荷条件下的孤网控制方式。

2.1.2 当系统发生严重故障，热用户工艺大部分停车，但化工装置仍需大量用蒸汽;在孤网成功后，此时控制方式应主动根据抽汽压力调节平衡电负荷，高、中调门必须耦合运行，保障最低供汽。

2.1.3 另外一种模型是在发生轻微故障，与系统主动解列，热用户部分工艺停车，仍需高平质透平蒸汽，由于电负荷仍在，机组仍存在转速振荡、有功不足，为确保热用户的保安电源和电厂厂用电，又必须采取解耦方式，抽汽转入减温减压器运行，稳定机组转速。

2.2 DEH孤网判据完善与接入

孤网判断作为DEH进入孤网运行逻辑的启动条件，一般按照以下几种方式判别：（1）汽轮机转速变加速度;（2）汽轮机转速偏差上、下限门槛值;（3）发变组断路器综合故障信号。

2.2.1 以上1、2转速判据的计算，则DEH逻辑程序实现，以积分方式计算出转速加速度与转速偏差，转换为中间变量直接启动切入DEH孤网逻辑，三取二判据输出。

2.2.2 发变组断路器综合故障信号判据：由于热电联产一般不采用单元机组方式与系统连接，而是通过双母线接线与系统并网，若需要实现自动判断进入孤网，需要接入与系统相关的所有断路器状态，该电力网络属三角环网，上网方式随环网运行变化而变化，任意断路器保护动作跳闸后均能快速的切入孤网控制逻辑进行。

将4台断路器开关位置串联，在每个开关位置上并联一组手动压板LP，作用在于随运行方式变化，人为手动投、退压板，例如：122、110、101运行，121热备用运行方式下，则将LP1投入，LP2～4退出，121的位置不影响电气孤网判断，当122断路器因保护动作快速切除后，122断路器断开，+K与-K由“1”变为“0”，经非门输出至DEH直接切换DEH至孤网逻辑运行，发生电网故障时暂态影响最小，根据开关动作时间与DEH逻辑响应时间，可以在500ms以内重新进入稳态运行。

2.3 DEH孤网控制PID参数调整

该机组DEH有若干套PID控制策略，其中并网PID与孤网PID切换由上述判据完成。孤网PID与并网PID相比，一般微分为0，Kp与Ki均有一定的减小。常用的计算方式：

比例系数Kp在孤网PID赋值，一般在0.3～1.3之前，通过代入计算得出Z在0.4～0.6期间Z曲线较为平滑稳定，故PID参数取值0.5;积分时间Ti在孤网PID控制方式下，需要快速响应转速（频率）的变化跟踪，一般设置在5～30之间。时间常数大，响应迟缓，时间常数太小易造成调节振荡，根据比例系数的稳定赋值，可以根据试验结果适当修正。

通过机组甩负荷试验，对孤网PID参数作了在线调正，预先赋值：Kp=0.5，Ti=20。机组带25MW甩负荷试验中，汽轮机OPC正确动作，纯凝状态下进汽量较小，大轴惯性常数在满负荷下略有降低，缸内余汽流速较快，转速突升至3165左右与突降至2975左右，在切入孤网PID后响应时间较缓，转速变化幅值较大;重新调整参数Kp=0.5，Ti=10，转速上限3110、下限2985，满足PID控制限幅要求。重新对3000转对其进行在线负荷干扰，机组负荷50MW，进行1.6MW～3.2MW负荷干扰试验，结果表明转速波动值在1r/S，较为平滑，试验较为成功。

3 结论

相关技术改造完成后，经过机组动态在线试验，真实的进行人工带负荷解列，甩负荷与扰动试验，验证了本项研究具有良好效果。在孤网判断与逻辑投切环节，响应迅速，转速控制较为稳定。在后期发生一次线路跳闸，一次小系统瓦解的极端情况下，均能快速的与故障系统切除，与化工装置孤网稳定运行;由于孤网逻辑在各大DEH控制厂方均有成熟的逻辑控制方案，可根据机组性能酌情修改PID参数。在地处偏远的中小型热电联产可以推广使用。

参考文献：

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