“一键并网”技术在梅钢50 MW发电机组的应用

（上海梅山钢铁股份有限公司热电厂，江苏南京 210039）

前言

伴随着工业智能制造的步伐，一些先进的控制策略被逐步应用到生产实践中，尤其是在系统监控和控制自动化系统中，广泛采用了最新的计算机技术他通讯技术。梅钢热电厂打破传统思维，利用当前汽机、电气并网，励磁调节，微机保护大部分相关设备远程自动控制功能，为机、电协调，一键启动改造提供了必要的条件。通过采用汽轮发电机组“一键并网”技术，实现发电机一键并网、一键解列及恒功率因数运行。

1 传统/手动并网操作系统现状及存在问题

1.1 传统/手动并网操作系统现状

发电机组并网操作是发电厂一项重要的操作，梅山热电厂共有1#、2#、4#、6#四台汽轮发电机组。目前，4 台汽轮发电机组的并网操作是通过汽机、电气及值长（调度）三个岗位的协调配合完成。汽机升速至额定转速（3000 r/min)后汽机值班员通知值长可以并网，值长再发令给电气值班员进行并网操作，电气值班员接令后开始进行并网操作。并网操作步骤多、操作复杂，如1#机手动准并网就需13 步，检查、操作转换开关9个，且在并网过程中需要特别关注各类表计参数变化，对操作人员技能要求较高。

1.2 存在问题

1.2.1 发电机组并网手动操作精度低、效率差

热电厂发电机组现并网启动状况为：从建压开始至并网基本上为值班员手动操作，操作过程受值班员能力、经验影响大，不同的值班员在手动调整电压过程中，存在升压步长不均匀，造成升压过程忽快忽慢以及额定电压值控制偏差大等问题，影响同期并网的整体效率和精度。

1.2.2 机、电专业联系复杂，存在安全隐患

同期并网过程除要求机组电压与系统电压相同外，还要求机组频率与系统频率相同，因此在操作过程中需要汽机值班员调整汽轮机转速，以满足并网条件，此过程需由电气值班员经值长转达汽机值班员，调整后的参数也要经值长转达电气值班员。尤其是同期装置投入使用后，对并网条件的满足有时间限制，超过时限会造成排气缸温度上升及浪费蒸汽。现有启机方式，机、电专业联系复杂，存在安全隐患。

1.2.3 一键启动可行性分析

目前，除部分电气辅助设备外，汽机、电气并网相关设备大部分已具备远程自动控制功能，为机、电协调，一键启动改造提供了必要的条件，使发电机组一键启动智能化改造成为可能。

2 技术改造方案

2.1 整体构想

发电机“一键并网”技术需要判断各机组并网前的转速、主开关的电流情况，DCS 系统只接收标准信号4～20 mA，机组的转速、主开关的电流需要通过转换以满足DCS 系统的要求，因此在1#、2#、4#、6#发电机组高压电气控制系统增加小型DCS控制系统，即在电气控制室内新增两台DCS 控制柜，每台DCS 控制柜负责控制两台发电机组，为发电机一键启动提供必要的条件。

经过统计分析，将发电机的并网操作过程大致分为四大部份：合灭磁开关；励磁系统建压；发电机同期上电；发电机启动同期合闸。再将这四大部分和自动恒功率因数调节以及一键解列等发电机操作过程中需要达到的各类必要条件一一列举，分类分析，形成发电机操作的逻辑。通过DCS 柜、电量变送器柜及安装一套发电机一键并网应用软件控制程序实现了全部的功能。

一键并网的每一个环节中除了考虑到其应具备的各种条件满足的情况下才能进行操作外，上一道程序的完成也是具备下一道程序的开始，每道程序都是紧紧相连、环环相扣的，在并网的过程中只要有一个条件不满足，均应退出一键并网作业，直到经过处理后满足条件方可进行一键并网操作。一键并网过程中几乎没有人为干预，避免了因人为干预而造成程序执行错误。

2.2 建模程序

一键并网顺控程序包括“合灭磁开关”“建压”“同期装置上电”“启动同期”四个步骤。当汽机转速达到3005 r/min 左右时（设定3005 r/min 的目的是为了避免在同期并网中出现同频差导致并网失败），运行人员按“一键并网启动”按钮进行全自动并网操作。操作画面见图1。

图1 操作画面

2.2.1 合灭磁开关

当汽轮机在3000 r/min 时，且发电机一切正常的情况下，首先合灭磁开关，因此设定判断条件：发电机保护、励磁装置无故障；转速≥3005 r/min；灭磁开关、主开关在分闸位置。所有条件同时满足发出合灭磁开关指令。设置转速≥3005 r/min 是防止出现同频导致发电机并网失败。

2.2.2 建压

在灭磁开关合上后，进行发电机建压。在建压过程中必须监控发电机的主回路是否有故障（判断条件：发电机保护及励磁装置无故障、发电机主回路无电流），正常发电机电压升至额定电压，如有故障，并网程序终止。

2.2.3 同期装置上电

发电机建压正常后，发电机开始准备同期并网，除了发电机、励磁装置无故障以外，还需要确定同期装置的单双侧无压确认开关在“准同期位置”，防止在发电机检修后试验，忘记恢复单双侧无压确认开关造成误操作。

2.2.4 启动同期

同期装置上电后，“同期就绪”信号已经发出，同期装置具备并网条件，此时最后检查确认发电机系统正常（判断条件：发电机保护及励磁装置无故障、发电机主回路无电流），并且对发电机电压以及频差进行比对（△U≤5%，△f≤0.4 Hz）,尽量降低并网时的冲击电流，避免非同期并网的可能，启动同期，同期装置合主开关。

2.2.5 反馈及故障检测程序

为了避免程序误发信号以及走入死循环，一键并网指令均为一次性的，所有命令只能发一次，脉冲1 s后消失。为了便于故障的判断、查找与处理，程序在执行过程中，如果出现条件不满足或者装置执行故障，程序只能停止退出，不具备自动复位功能，待故障排除后，手动复位，开始新一轮操作。

2.2.6 停机程序

根据规范要求，在操作台上仍然设置“发电机主开关分”按钮、“灭磁开关分”按钮，做为紧急停机使用。正常停机使用“一键解列”功能，为了防止误操作，将该功能使用的功率范围做了限定，只有当发电机功率低于2000 kW，才能进行一键解列操作，确保了发电机解列的可靠性，降低对系统的冲击。

3 改造后效果

通过发电机一键启动和自动化改造，将发电机的励磁系统，同期系统，微机保护系统、DCS 融合形成一键并网的逻辑，实现后台计算机一键并网操作。

3.1 运行维护简单化

并网过程中不需人工参与操作，只需点击后台机画面上的“一键并网”按钮（图2 电气后台画面），便可实现发电机自动并网。如果并网失败亦能通过查询报文来判断故障点，便于检修人员快速排查。并且实现了发电机在运行过程中自动增减磁，即无功功率自动调节，维持恒功率因数运行，减轻了运行人员的劳动强度。发电机并网时，无功功率按设定的最低值（500 kVar)运行，当有功功率在1000 kW 以上时，按发电机功率因数cosφ=0.92～0.97 进行自动调节。当功率因数异常时，DCS 退出自动调节功能，且有报警锁存功能。通过DCS 画面上“增加励磁”“减少励磁”按钮进行人工调节，双重保证了发电机在恒功率因数下稳定运行。

图2 电气后台画面

3.2 提高了并网质量和效率

由于并网过程程序自动顺控，降低了运行人员误操作的可能性，开机实现了自动并网一次成功，并网时间只需要60 s，跟以前手动操作相比大大节约了操作的时间。由于全自动操作，不需要人工干预，也提高了并网质量。4#并网同期录波见图3。

图3 4#发电机同期合闸波形

4 结束语

发电机组“一键并网”技术使并网及解列操作优化，大大提升了劳动效率。将发电机的励磁系统，同期系统升级改造后，与DCS 融合形成一键启动的系统，通过逻辑判断以及自动操作实现一键并网操作。一键并网改造后简化了发电机并网操作步骤，减少人为的误操作对发电机产生的危害。为今后的智能化改造积累更多的经验。2019 年此项技术在梅钢热电厂6#机组得以应用，自投用至今，应用情况良好。尤其机组的启停较为频繁时，“一键并网”的优越性更得以体现。该技术目前推广至梅钢热电厂4#汽轮发电机组，运行良好。