LM2500燃气轮机发电机组双同期点并网的研究

黄金梅 邱冬

摘要：航改型燃气轮发电机组的设计运用中，同期并网是至关重要的一步。在以往大量实际应用案例中，绝大多数燃气轮发电机仅设计了单点同期并网的运行方式，即利用发电机出口断路器进行同期并网。随着分布式能源站市场的发展，航改型轻型燃气轮发电机组的应用越来越广泛，单点同期的设计已经不能满足客户的需求，因此，在传统单点同期方式基础上增加利用高压断路器作为备选同期控制点的设计与研究成了必然趋势，具有很高的实用价值。

Abstract： Simultaneous grid-connection is a very important step in the design and application of navigation modified gas turbine generator sets. In a large number of previous practical application cases， the vast majority of gas-turbine generators only designed the operation mode of single-point synchronous grid-connection， that is， synchronous grid-connection by generator outlet circuit breaker. With the development of the distributed energy market， the application of the navigation light gas turbine generating sets for module is more and more widely， the design of the single point at the same time already can't meet customer demand， therefore， based on the traditional single point at the same time increase the use of high voltage circuit breaker as alternative design and research has become inevitable trend of the control points at the same period， and has a high practical value.

關键词：航改型轻型燃气轮发电机;发电机出口断路器;高压电网断路器;双同期点

Key words： navigation modified light gas turbine generator;generator outlet circuit breaker;high voltage power network circuit breaker;double points over the same

中图分类号：TM7                                      文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2021）21-0223-02

0  引言

LM航改型燃气轮发电机组标准配备单点同期功能，通过比较发电机断路器（QF2）两侧的电压，即发电机的输出电压及10.5kV电网电压来实现同期并网，此标准设计要求上游的110kV高压侧电网断路器保持合闸状态。用户提出，此方式下，110kV高压侧电网发生波动时，高压波动电量会经110kV断路器施加到线路当中的10.5kV/110kV升压变压器（GSU）的高压侧，形成冲击，对变压器的使用寿命存在不利影响。另外，用电需求不高时，机组处于待机状态，上游升压变压器一直连接在高压电网上带电运行，存在一定的电量损耗。因此，将回路当中的高压电网断路器也设计为同期并网的备用点的设计成了必然需求。要求在待机状态，高压电网断路器置于分闸位，可有效避免高压电网波动对升压变压器的冲击，同时，待机机组的升压变可将从电网中切除，避免了电量损耗。

1  LM燃机发电机同期装置工作原理

燃机发电机与电网系统能够同期并列需要同时满足三个条件，即发电机与待并侧系统二者电压的频率一致、电压幅值一致、电压相位一致[3]。

发电机组的并网是借助同期装置来实现的[1]。

自动同期装置与燃机控制系统、发电机励磁系统相关联。电压互感器检检测并输出发电机出口断路器两侧的电压采样信号，发送到2个同期继电器及1个电子同期装置中。两个同期继电器分别检测不同相的信号（B-C和A-C），电子同期装置连接A和C相。这些排列需要确保所有的三相电压满足同期要求。如满足同期条件，则以上3个模块的触点（串联）同时闭合，满足同期条件，可使得断路器闭合[3]。

在启动同期程序前，确保燃机已达到同步怠速。

可通过以下两种方式实现同期：

①手动同期：

同期开关（S1）调节到手动位置

调节励磁系统（AVR）电压升/降开关（AMVAS），在电子同期装置的面板上观察发电机出口电压与电网电压匹配。

调节燃机转速开关SAS直到同期表指针缓慢的旋转在慢-到快，顺时针方向，观察同期指示灯在同期表指针转到12点位置附近时发光。

当同期表指针转到11点位置时按下断路器合闸开关S2。

②自动同期：

同期开关S1调节到自动位置;

观察同期指示灯和同期表指针位置;

观察断路器合闸状态指示灯。

1.1 LM燃气轮发电机组典型同期回路总线图

图1中：

a）燃机发电机;b）燃机同期装置（回路）;c）发电机出口电压互感器TV12;d）发电机出口断路器QF2;e）10.5kV电网电压互感器TV11;f）燃机主变YNd11（10.5/110kV升压变压器）;g）110kV高压电网断路器QF1;h）I/II段高压电网隔离开关QS1/QS2;i）电压互感器TV3;j）电压互感器TV1;k）电压互感器TV2。

1.2 标准发电机出口断路器（QF2）单点同期方式

LM轻型燃机标准单点QF2同期实现步骤：①要求高压断路器隔离开关QS1/QS2及高压断路器QF1保持合闸位置，而发电机出口断路器QF2须处于分闸位;②检查机组辅机系统正常运行，马达控制系统及各路负载位于自动控制位;③确认控制系统显示“启机就绪”;④按燃机标准操作程序，按下一键启动按钮;⑤燃机运行至同步怠速，励磁系统开始投入;⑥燃机发电机升壓至额定电压10.5kV左右;⑦TV12感测机端电压，并将电压信号传送至燃机同期装置;⑧TV11感测10.5kV电网电压信号，并将其发送至燃机同期装置;⑨要求TV11、TV12为同变比，同电压等级，同精度的电压互感器;{10}同期装置分别分析TV11/TV12的电压信号的幅值、相角、频率，并进行比较，当两侧电压的3个指征差值都在允许范围内时，同期装置会发出允许同期指令至燃机控制系统;{11}燃机控制系统接收同期装置的同期允许反馈，发出合闸指令;{12}发电机出口断路器（QF2）合闸，同期完成。

1.3 高压电网断路器（QF1）点同期方式

如图1所示，利用高压断路器QF1作为同期点，需在标准QF2单点同期回路中额外增加升压变压器与QF1之间的一组电压互感器TV3，增加TV1/TV2为110kV高压电网标配的电压互感器。

高压断路器QF1同期方式实现方式：①选定I段或II段高压母线作为需要同期的网段，以下以选定I段母线为例进行分析;②额外设置辅助回路，实现TV11/TV12输出回路及TV1/TV3输出回路的互锁功能，保证燃机同期装置在同一时间段只检测分析一个等级的电压;③检查确认隔离开关QS1及QS01合闸;④检查确认QF1及QF2位于分闸位;⑤检查确保辅机系统正常运行;⑥检查燃机控制柜面板上的就地/遥控开关位于就地位;⑦检查燃机控制面板上的手动/自动开关位于手动位置;⑧启动燃机，燃机发电机组开始运行至同步怠速，手动合闸QF1，励磁系统按照一定速率缓慢建立电压，直至达到额定值10.5kV。此过程被称为死母线合闸，稍后详细分析该过程;⑨发电机出口断路器成功合闸，升压变压器被激活;⑩变压器的二次侧跟随燃机一起从0建立电压至10.5kV，一次侧的电压也跟随从0升至110kV;{11}TV3感测升压变压器的高压侧电压，将电压信号传至燃机同期装置;{12}TV1感测110kV电网电压信号，并将其发送至燃机同期装置;{13}要求TV1、TV3为同变比，同电压等级，同精度的电压互感器;{14}利用辅助回路切断TV11/TV12至同期装置的输出;{15}同期装置分别分析TV1/TV3发送来的电压信号的幅值、相角、频率，并进行比较，当两侧电压的3个指征差值都在允许范围内时，同期装置会发出可以同期指令至燃机总控系统;{16}燃机控制系统接收来自同期装置的同期合闸指令，发出高压断路器合闸指令;{17}高压断路器（QF1）合闸，同期并网成功。

2  死母线合闸详解

死母线是指不带电的母线，而死母线合闸，即指，在不带电的母线上实现合闸动作。死母线合闸前机组应满足如下状态条件：机组处于“启动就绪”状态;发电机出口断路器（QF2）处于分闸位;高压电网侧断路器（QF1）处于分闸位;10.5kV母线不带电（死母线）;LM燃机辅机系统正常运行;马达控制中心带电运行，所有负载（加热器、电机、风扇灯）处于自动控制位。

启动前提：用户/电厂输入一副干接点信号至燃机主控回路;继电器K230指示发电机出口断路器处于分闸位;继电器K229A指示发电机出口断路器未合闸;继电器K232A指示高压断路器处于分闸位;燃机控制柜上的就地/遥控按钮位于就地位;机组控制器显示“起动就绪”。确认满足上述死母线合闸条件，燃机控制系统界面会显示死母线合闸允许。

按照下述步骤操作：①按下燃机控制界面上的“最小负荷起动”按钮;②机组运行至同步怠速;③机组控制器使K85（断路器合闸继电器）得电;④暖机过程完成;⑤手动将燃机控制柜面板上的发电机出口断路器控制开关CBCS1打到合闸位;⑥发电机出口断路器合闸成功后，通过继电器K229将合闸成功信号反馈到燃机控制系统;⑦当机组运行至可以起动励磁系统建立电压的点，控制界面会出现一个“启动励磁”按钮;⑧操作员按下上述按钮，励磁系统开始启动，建立电压;⑨励磁系统按照600V/秒的速率建立电压，直至达到额定电压。

3  结束语

LM新控制系统，开发了QF1/QF2双同期点可选的控制功能，称为双同期点控制逻辑，可以选择、切换任意一个点作为同期控制对象。弥补了单以发电机出口断路器（QF2）为同期点的不足。由上述分析过程可以看出，以QF1作为同期点，解决了下列三个问题：避免高压电网波动对升压变压器高压侧的冲击;升压变压器的二次侧跟随燃机从零建立电压，也避免了10.5kV电压对二次侧的冲击;消除了升压变压器的无用损耗。需要注意的是，同一机组在同一过程中，只可以选定一个点作为同期点。在华电金湖分布式能源项目的设计工作中，针对双同期点的设计与配置与设计院、客户及国外设计团队进行了多次探讨，总结了上述技术方案。

参考文献：

[1]孙军.发电机同期检查与核相.中国水泥协会，2007：261.

[2]范永胜，杨文超.燃机控制系统中发电机同期功能的应用与分析.中国电工技术学会，2011.

[3]肖健.天然气电厂燃机同期系统同期点相关问题探讨[J].基层建设，2020-09-08.