浅谈自备电站发电机组单独时的抢并列
[摘要]：通过分析首钢自备电站三台汽轮发电机组几次单独事故，总结出一套行之有效的抢并列办法，并针对在抢并列时可能发生的问题进行分析，提出处理对策。
[关键词]：发电机；单独；抢并列
Methods of Vying for Grid Connecting of Thermoelectric Generator
Abstract: This paper analyzes the reasons of several accidents of three turbine generators’ stand alone operating in Power Plant of Shougang Group, summarizes a set of effectual method of vying for grid connected in case of stand alone, proposes countermeasure of possible problems for it.
Key Words: Generator, Stand Alone, Vie for Grid Connected
1、引言
发电机单独是由于电力系统发生事故或某种不可知的原因，导致并网运行的发电机组与系统失去联系的一种非正常运行状态。对于与系统并网的发电机组,当系统发生故障时正确处理发电机单独，千方百计维持发电机运行并及时将单独的发电机拖入系统，实现抢并列，有着现实的意义。
2、自备电站电网系统概况
首钢自备电站（以下简称热电站）1986年投产，有五个电压等级：110KV、35KV、10KV、6KV、380V。三台双水内冷发电机组均为哈尔滨电机厂生产，型号为QFS-60-2，有功功率为60MW。通过容量分别为63000KVA、75000KVA、75000KVA的三台主变压器向外供电。
现运行方式为：1#机经1#主变上4#110KV母线，经过白热一线（4111）与白庙220KV站并网；2、3#机分别经过2、3#主变同上5#110KV母线，经白热二线（4112）与白庙220KV站并网。热电110KV系统在2002年以前开环运行，2002年以后长期合环运行（即4145母联开关在合位）。三台发电机在额定功率运行时通过其主变压器的110KV侧及35KV侧向各总降压变电站输送电能，在发电机停机检修或发电功率不足时其主变压器还可以通过与白庙系统并网运行的两条联络线（白热一线、白热二线）受电，向热电110KV、35KV系统用户输送电能。发电机的10KV侧通过厂高变向厂用电系统供电。
自备电站的发电机与一般发电厂的发电机在其作用上有所区别，自备电站的发电机除正常发电外，在事故时要起到保安电源的作用。热电的三台发电机只要是110KV以上联络开关掉闸，都会造成发电机单独，且带部分重要负荷运行。
热电站的外部电源除了白庙220KV站以外，还有一路来自九总降的高钢电源，向热电2#35KV母线供电。由于正常情况下热电三台机组与白庙220KV系统并网，故发电机单独是指白庙220KV系统发生故障；抢并列是向高钢系统抢并列，或向恢复正常的白庙220KV站抢并列。
热电站110KV、35KV系统示意图见附录。
3、发电机单独时的现象及确定
首钢小时耗电量均在40万KWh以上，由于自备电站发电机组装机容量很小，只有17万KWh，发电能力有限，所以在一台或三台机组全部单独运行时运行参数很不稳定，随所带负荷变化而变化；由于容量小，承受不住一台大型电动机启动时对单独运行机组的扰动，很可能造成单独的机组故障掉闸，导致所带重要负荷停电。因此，当系统故障时应千方百计维持发电机单独运行，其目的是保证铁区的保安电源及煤气系统用电。发电机单独后，要沉着、冷静，选择最佳时机与系统抢并列。
热电三台机组自投产以来共发生过8次单独事故（见表一）。
3.1、发电机单独后时的一般现象：
3.1.1、控制室内控制的联络开关掉闸：如4101、4111、4112等开关掉闸，根据当时的运行方式，很容易判断为发电机单独。如：喇叭响，铃响，光子牌亮等等。
3.1.2、非控制室控制的联络开关掉闸：
（1）、若机组单独前，单独机组发电量大于供电量，则单独后频率升高，有功表及定子电流表指示下降。
（2）、若机组单独前，单独机组发电量小于供电量，则单独后频率下降，有功表及定子电流表指示升高，带低频减载保护装置的配线可能动作掉闸，如频率持续下降维持不住，可进行紧急拉路。
（3）、若机组单独前，单独机组发电量等于供电量（此种情况很少见），则单独后单独机组的频率、有功、定子电流均无变化，但此时由于发电机各运行参数变化取决于所带负荷，所以发电机与所带负荷形成一小型供用电系统，由于容量极小，系统中某个参数会有扰动，例如：1992年3月26日，4111开关掉闸，2#机单独，当时值班室内只有2#主变35KV侧无功表全盘内摆动。
3.2、发电机单独事故的确定：
（1）、根据当时的运行方式，将该机组与另一系统间的母联开关的同期开关合上，观察同期表指针是否转动。由于热电三台机组由于与白庙220KV站并网，则必须与高钢系统比较，即只能合412母联或426母联的同期开关。
（2）、另外，通过询问调度系统，多方获取外部系统相关信息，对于发电机单独事故的确定大有裨益。
表一：热电站历史上发生的8次发电机单独事故
序号
单独时间
机别
并网时间
及方式
当时运行方式
事故原因及
处理情况
1
1992年3月26日9:01
2#
9:29,自动并网
2#机经4111开关与村钢系统并网，4145母联在断位
4111开关掉闸，用4102开关并网
2
1996年8月15日5：20
1#
5：42，自动并网
1#机经4111开关与村钢系统并网，4145母联在断位
4111开关掉闸，用4145母联进行抢并列
3
1997年3月24日15：20
1#
15：52，自动并网
同上
4111掉闸，用412开关抢并列
4
2002年7月14日8：25
1#
8：26，手动并网
同上
4111掉闸，用416开关抢并列
5
2002年11月28日13：15
1#
13：18，自动重合
同上
4111掉闸，后4111自动重合闸成功
6
2003年4月28日21：43
1、2、3#
22：03，手动并列
1、2、3#机经4111、4112开关与白庙220KV系统并网，4145母联在合位
白庙220KV站1#主变影响，用4111开关手动并列成功
7
2005年7月23日19：45
1、2、3#
20：14，自动并网
1、2、3#机经4111、4112开关与白庙220KV系统并网，4145母联在合位
4118电缆隧道着火，用4112自动并网成功
8
2005年7月23日21：09
1、2、3#
21：18，自动并网
1、2、3#机经4111、4112开关与白庙220KV系统并网，4145母联在合位
4117电缆隧道着火，用412自动并网成功
4、发电机单独时的处理对策
4.1、发电机抢并列操作。
一旦发电机单独，就需及时与系统进行抢并列。经过长期实践，可将发电机单独时的处理归结为5句话，30个字：
（1）、合同期，先判定。即将该机组与高钢系统间的母联开关（如426或412）的同期开关合上，观察同期表指针是否转动，以此来判断发电机是否单独。
（2）、先请示，后抢并。判断为发电机单独后，要及时汇报调度，汇报时要说清楚单独的机组、事故现象以及事故时间，并询问系统有无故障，应向哪个系统抢并列，多方获取相关信息。得到调度许可后，准备抢并列。
（3）、选六点，用自动。在抢并列时，优先采用自动装置与系统抢并列，应依次合好以下六个开关：
①合好待并开关的同期开关（TK）。
②将转换开关（ZK）合至“自动调速”位置。
③将选并发电机开关（TFK）合至待并机组位置。
④将自动并车切换开关（TXK）合至“220V控制”位置。
⑤将自动准同期精度选择开关（1STK）合至“精调”位置。
⑥将自动准同期开关（DTK）合至“自动”位置。
图一：发电机控制室 图二、并网操作盘
上述工作准备就绪后，观察同步表。
（4）、成功后，要复命。并列成功后，应立即回复调度，以便其及时对系统运行方式进行调整。同时，将所动开关手柄复归原位，将并列开关的操作手柄转向合位，相应保护投入。
图三：发电机铭牌 图四：MZ-10型组合同步表
（5）、如不成，再手动。如果自动并列反复不成功，或自动并列装置发生故障时，此时须手动抢并列。应当指出，手动抢并列只是在万不得已的情况下才使用。手动抢并列时，只须合上TK、1STK、TFK，食指放在集中合闸按钮“HA”上，观察同步表，同步表的指针在3600范围内应是平稳、缓慢的旋转，一般希望顺时针方向旋转（说明机组频率略高于系统频率）。待观察几圈后，在同步表指针指向“12”点前的某一瞬间，手动合上集中合闸按钮“HA”，实现并网操作。
手动并列成功后也须重复（4）的有关步骤。
4.2、抢并列的操作要点：
抢并列操作是一项十分重要的操作，操作人除了要有丰富的经验外，还须掌握操作要点，实践中可将操作要点归纳为零、一、二、三、四5个字：
（1）、零：不并列时，所有的有关并列控制开关均放在零位。
（2）、一：并列点只能选一点，而并列方式只能选一种方式。
（3）、二：同步表要注意二点：同步表投入时间不应超过15分钟；同期表转动过快或转动无规律时，禁止合闸操作。
（4）、三：无论是自动并列还是手动并列，必须选TK、并列点及1STK.
（5）、四：并列操作中应注意四点：一，操作人应熟练操作方法，了解同期回路接线情况；二，操作中注意力应高度集中，头脑冷静，不可操之过急；三，必须善于抓住每一个可能的机会，使操作顺利进行；四，若调速系统很不稳定，不能采用自动准同期进行并列。
5、抢并列过程中可能发生的问题及处理对策
5.1、由于发电机所带负荷过大导致频率太低，维持不住。
如发电机所带负荷过大，则发电机的频率持续下降，当频率达到某个配线的低周保护动作值的时候，该配线跳闸；如发电机的频率仍然下降，则按照厂规定的拉路顺序进行拉闸限电，千方百计维持发电机的频率稳定。
在发电机的频率维持住以后，应抓紧时间进行抢并列操作。
5.2、自动并网并不上。
如果自动准同期并列装置无问题，但进行自动并网时，合闸脉冲信号发出后开关拒动或开关未合上。实践中一般可采取下述对策：
（1）、调整直流电压在230V以上，合闸接触器的吸合力增大后，可有效缩短开关合闸时间。
（2）、与汽轮机司机联系稳定转速，转速越稳定，并上的可能性就越大。
（3）、当发生单独事故后，值班工应首先与调度联系，确认是哪个系统出现问题，然后考虑用哪个开关并网，实战时不可机械从事。如从35KV侧并网，母联开关412、426原则上都能满足要求，如用412开关并不上，应马上考虑用426开关并网，尽量缩短发电机单独运行时间。
5.3、频率差表指针偏差大。
此时说明汽轮机调速系统不稳，不能进行手动抢并列操作。应与汽轮机司机联系，稳定转速。通过不断调整转速，使同期表指针转动速度降下来，尽量使用自动并网装置。此时观察频率差表指针：
（1）、如频率差表指针偏向“+”位置，说明待并系统频率大于运行系统频率，同步表指针向顺时针方向转动；此时应通知汽轮机司机降低转速。
（2）、如频率差表指针偏向“-”位置，说明待并系统频率小于运行系统频率，同步表指针向逆时针方向转动；此时应通知汽轮机司机提高转速。
应当指出：只要频率差在允许范围内，待并发电机频率稍高或稍低于电网频率，并列都可获得成功。但考虑对电网的影响，发电机频率稍高于电网频率比较有利，即同期表顺时针转动。因为并列后发电机立即向电网送出有功功率，并使机组产生制动力矩，转子减速，既有利于转子拉入同步，也不加重系统负担，对电网也有利。
5.4、电压差表指针偏差大。
（1）、如电压差表指针偏向“+”位置，说明待并系统电压大于运行系统电压，此时值班员应降低待并发电机的磁场电流，通过调整使两系统电压一致。
（2）、如电压差表指针偏向“-”位置，说明待并系统电压小于运行系统电压，此时值班员应提高待并发电机的磁场电流，通过调整使两系统电压一致。
5.5、在手动并列时发生非同期并列事故。
当发电机的相位、电压、频率与系统的相位、电压、频率存在较大差异的情况下，即在不符合并列条件的情况下，合上发电机断路器，这种情况就是非同期并列。非同期并列对发电机、变压器产生巨大的冲击电流，机组将发生强烈的振动，定子电流表指示突增，系统电压降低，发电机本体由于冲击力矩的作用发出很大的响声，然后定子电流表剧烈摆动，母线电压表也来回摆动。遇到这种情况，应根据事故现象进行迅速而正确的处理：
（1）、若发电机组无强烈音响及振动，而且表计摆动很快趋于缓和，可不必停机，机组自己会拉入同步，进入稳定状态。
（2）、若机组产生很大的冲击电流和强烈的振动，而且并不衰减时，应立即解列，待转动停止后，测量定子绕组绝缘电阻，并打开发电机端盖，检查定子绕组端部有无变形情况，并经试验合格后方可再次起动。
6、结语
近几年，发电机单独事故频频发生，但采取以上对策后，几次单独事故都在短时间实现了抢并列，维持了发电机的稳定，有效保证了电网及用户的安全、稳定运行。
附录：热电站110KV、35KV系统示意图
参考文献：
1、山西省电力工业局：《电气设备运行（高级工）》，中国电力出版社，1997-5-16.
2、华东电业管理局：《电气运行技术问答》，中国电力出版社，1997.7
3、钱振华：《电气设备倒闸操作技术问答》，中国电力出版社，1998.3
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