1036MW機組的電氣整套啟動調(diào)試

兀鵬越，胡任亞，陳飛文，黃旭鵬，王團(tuán)結(jié)

（1.西安熱工研究院有限責(zé)任公司，西安市，710032；2.華能海門電廠，廣東省汕頭市，050310）

1 工程概況及特點

華能海門電廠位于汕頭市潮陽區(qū)海門鎮(zhèn)洪洞村，規(guī)劃建設(shè)6臺1 036MW級超超臨界燃煤機組，是廣東電網(wǎng)主力電廠之一。1號機組于2006年12月開工建設(shè)，2009年6月一次順利通過完成168 h試運行。

1.1 500kV配電裝置

華能海門電廠500kV配電裝置主接線采用3/2接線方式，本期建成2個完整串，新建潮南甲、乙線同桿并架雙回出線。

500kV升壓站配電裝置采用平高東芝電氣公司生產(chǎn)的HGIS。該HGIS是一種介于GIS和敞開式之間的新型高壓開關(guān)設(shè)備，其結(jié)構(gòu)與GIS基本相同，但母線是外露的，不裝于SF6氣室內(nèi)。HGIS的優(yōu)點是結(jié)線清晰、簡潔、緊湊，安裝及維護(hù)檢修方便，間隔的擴展簡單易行。

1.2 發(fā)電機變壓器組

1號機組以發(fā)電機-變壓器單元接線分別接入500kV配電裝置，發(fā)電機經(jīng)出口斷路器與主變、高廠變A和高廠變B相連，主變升壓至500kV與HGIS系統(tǒng)連接。機組設(shè)A、B、C、D 4段6kV母線。

1號發(fā)電機額定容量為1 036MW，額定電壓為27kV，額定電流為24 615 A。發(fā)電機采用高起始響應(yīng)的自并勵勵磁方式，勵磁系統(tǒng)由ABB公司生產(chǎn)的干式勵磁變和UNITROL5000型數(shù)字勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)組成，額定勵磁電壓446 V，額定勵磁電流5.175 kA。發(fā)電機出口斷路器由ABB公司制造，液壓彈簧操作機構(gòu)。該斷路器特點為戶內(nèi)三相機械聯(lián)動、金屬封閉、自冷（空氣對流增強型）、空氣絕緣。1號主變壓器為天威保變電氣公司制造的3個單相雙繞組升壓變壓器，容量3×390 MVA。2臺高壓廠用工作變均為有載調(diào)壓分裂變壓器，額定容量50/26-26 MVA。

1.3 備用變系統(tǒng)

設(shè)計認(rèn)為發(fā)電機出口設(shè)置斷路器的接線方式，廠用電可靠性非常高，可以不考慮主變、高廠變故障時的廠用電快速切換，因此1期工程4臺機組只設(shè)1臺有載調(diào)壓分裂高壓備用變壓器，額定容量50/26-26 MVA，備用電源經(jīng)110kV濠海線由濠江220kV變電站經(jīng)引接。每個6kV工作段不設(shè)置廠用電源快速切換裝置，而是設(shè)置備用電源自投裝置。

1.4 保護(hù)及自動裝置

500kV升壓站不設(shè)網(wǎng)控室，所有信號經(jīng)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)（net control system，NCS）送至主控室進(jìn)行監(jiān)控，線路和母線保護(hù)均為雙重化配置，升壓站還配備了500kV安全穩(wěn)定裝置、相量測量裝置、故障錄波、故障信息子站、電壓自動調(diào)節(jié)裝置等自動化設(shè)備。

發(fā)變組保護(hù)采用南瑞繼保RCS-985微機成套保護(hù)裝置，這是該型號保護(hù)設(shè)備首次應(yīng)用在百萬千瓦級別的機組。該保護(hù)所有電量保護(hù)均為雙重化，轉(zhuǎn)子接地只投入1套，采用注入式保護(hù)裝置，注入信號頻率2 Hz；定子接地保護(hù)為2套，一套為傳統(tǒng)的“基波+三次諧波零序電壓”方式，另一套為外加低頻電源式定子接地保護(hù)裝置，注入信號頻率20 Hz。

勵磁采用ABB公司UNITROL 5000微機勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)，帶雙自動通道加2個獨立的手動通道，具有4個可控硅橋，每臂1只可控硅，3相6脈沖，以N-1的方式冗余配置，單斷口直流開關(guān)，開關(guān)額定電流8 kA。

1號機組電氣設(shè)備的監(jiān)控采用了現(xiàn)場總線電氣控制系統(tǒng)（field bus electrical control system，F(xiàn)ECS），整個機組廠用電氣設(shè)備均納入其中。廠用電系統(tǒng)由分散控制系統(tǒng)（distributed control system，DCS）經(jīng)硬接線直接控制，所有操作均在DCS執(zhí)行，重要電氣信號量由FECS經(jīng)通訊送DCS顯示，F(xiàn)ECS只起到監(jiān)視作用，無操作功能。

2 電氣整套調(diào)試進(jìn)度

2.1 1號機組廠用受電

1號高壓備用變壓器備用電源來自廠外獨立的110kV濠海線。2008年9月26日110kV濠海線送電至1號高壓備用變，完成1號機組6kV 4段母線及部分400 V電力中心（power center，PC）段和馬達(dá)控制中心（motor control center，MCC）段的受電工作。

2.2 機組啟動

2009年6月10日，1號機整套啟動，進(jìn)行了發(fā)電機短路試驗、發(fā)變組及高廠變短路試驗、空載試驗、勵磁調(diào)節(jié)器試驗、主變及高廠變零起升壓試驗、發(fā)變組定相試驗。

2.3 升壓站倒送電

2009年6月13日，在500kV同桿雙回線路只有1條線路送電的情況下實現(xiàn)了升壓站倒送電。

2.4 主變及高廠變倒送電

2009年6月14日，由升壓站向主變及1A、1B高廠變同時倒送電。

2.5 首次并網(wǎng)

在進(jìn)行了發(fā)電機假同期試驗后，1號機組于2009年6月14日首次并網(wǎng)。

2.6 機組168 h試運

2009年6月23日完成168 h試運行，試運期間，機組運行平穩(wěn)，機組負(fù)荷率100%。

3 調(diào)試中的問題及處理

3.1 發(fā)電機短路試驗問題

1號機發(fā)電機短路試驗時，勵磁變高壓側(cè)臨時勵磁電源取自6kV高壓廠用段。試驗過程中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)勵磁調(diào)節(jié)器的輸出達(dá)到最小導(dǎo)通角15°時，發(fā)電機電流只能達(dá)到0.9倍額定電流。經(jīng)進(jìn)一步計算發(fā)現(xiàn)，即使冒著可控硅顛覆的風(fēng)險，將導(dǎo)通角再減小到5°，勵磁系統(tǒng)也無法提供達(dá)到發(fā)電機額定電流所需的勵磁電流。

經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，技術(shù)協(xié)議規(guī)定的勵磁變低壓側(cè)電壓為1 100 V，而到貨的變壓器為966 V，這是導(dǎo)致發(fā)電機短路試驗無法完成的根本原因。經(jīng)了解，同為ABB公司供貨的鄒縣電廠1 000MW機組勵磁變，其低壓側(cè)電壓甚至低于966 V，只有961 V，但由于該廠采用10kV等級的廠用電，因此對短路試驗無影響。

需要說明的是，雖然勵磁變無法滿足臨時接線方式下的短路試驗要求，但是完全可以滿足機組正常運行和強勵的要求。

3.2 發(fā)電機定子接地問題

1號機組采用的外加低頻電源式定子接地保護(hù)如圖1。RCS-985U定子接地保護(hù)輔助電源裝置提供外加低頻電源，將低頻電壓電流信號注入到發(fā)電機定子繞組中。RCS-985發(fā)電機保護(hù)裝置檢測注入的低頻電壓、電流信號，當(dāng)定子繞組發(fā)生接地故障，注入的電壓、電流信號隨之發(fā)生變化，RCS-985可準(zhǔn)確計算出接地故障電阻的阻值，完成注入式定子接地保護(hù)[1]。

2009年6月22日，1號機組2套定子接地保護(hù)均動作跳閘，動作報告及故障錄波顯示故障時，發(fā)電機定子C相電壓消失，A、B相電壓上升為線電壓，零序電壓突變?yōu)橄嚯妷海鐖D2（a）所示，圖中 Ua、Ub、Uc為發(fā)電機機端相電壓，U0為發(fā)電機機端零序電壓。當(dāng)機組跳閘后，零序電壓定子接地保護(hù)可以復(fù)歸，但外加電源式定子接地保護(hù)仍可測得C相接地電阻為0 kΩ，如圖2（b）所示，說明發(fā)電機C相發(fā)生金屬接地，并且一直存在。

經(jīng)斷開發(fā)電機封閉母線軟連接檢查，確認(rèn)發(fā)電機定子絕緣良好，故障點不在發(fā)電機。進(jìn)一步打開封閉母線檢查，發(fā)現(xiàn)發(fā)電機出口斷路器與封閉母線的軟連接銅皮斷裂翹起，與封閉母線外殼內(nèi)壁接觸，封閉母線外殼內(nèi)壁上有多點白色放電痕跡，見圖3。據(jù)此認(rèn)定發(fā)電機定子接地保護(hù)正確動作。

在這次事故中，首次應(yīng)用于百萬千瓦機組的外加電源式定子接地保護(hù)與零序電壓式定子接地保護(hù)同時正確動作，說明了該保護(hù)的應(yīng)用是值得肯定的，尤其是在停機狀態(tài)下，該保護(hù)仍可測量接地電阻大小，為故障分析提供了有力支持。

3.3 勵磁電壓輸出問題

發(fā)電機失磁保護(hù)采用了轉(zhuǎn)子低電壓判據(jù)，為了防止轉(zhuǎn)子過電壓損壞微機保護(hù)裝置，設(shè)計要求勵磁電壓經(jīng)15/1的分壓電阻送給保護(hù)裝置，同時再并聯(lián)1路電壓至故障錄波器。在啟動過程中，發(fā)現(xiàn)發(fā)變組保護(hù)和故障錄波器顯示的轉(zhuǎn)子電壓偏差很大。

檢查發(fā)現(xiàn)當(dāng)解開分壓電阻至保護(hù)柜和錄波器的外接線，用萬用表測量勵磁輸出電壓比較準(zhǔn)確。停機后測量勵磁系統(tǒng)轉(zhuǎn)子電壓輸出回路內(nèi)阻約為90 kΩ，發(fā)變組保護(hù)轉(zhuǎn)子電壓輸入回路內(nèi)阻約為175 kΩ，故障錄波器轉(zhuǎn)子電壓輸入回路內(nèi)阻約為100 kΩ。因此可以是勵磁系統(tǒng)分壓電阻內(nèi)阻太大，帶載能力不足。

由于ABB勵磁廠家不同意更改內(nèi)部電阻，因此，取消了發(fā)電機失磁保護(hù)的轉(zhuǎn)子低電壓判據(jù)，改投無功反向判據(jù)，同時取消轉(zhuǎn)子電壓的故障錄波功能。

3.4 定子勵端定子鐵心溫度問題

當(dāng)1號機組升負(fù)荷至640MW時，DCS顯示定子勵端定子鐵心（以下簡稱“壓指”）溫度的2個溫度測點均發(fā)生突變，由30℃突變至70℃，以后壓指溫度隨著機組負(fù)荷的變化而變化。當(dāng)機組滿負(fù)荷時，壓指溫度最高值達(dá)到116℃，逼近120℃的上限跳閘值，嚴(yán)重威脅機組168 h試運的順利進(jìn)行。升負(fù)荷過程中壓指溫度變化見圖4。

在滿負(fù)荷的情況下，壓指溫度的變化與勵磁電流有著密切的關(guān)系，如圖5所示。勵磁電流減小，壓指溫度上升；勵磁電流增大，壓指溫度下降。據(jù)此，在整個168 h試運期間，通過控制勵磁電流將壓指溫度始終控制在110℃以下，保證了試運順利進(jìn)行。

根據(jù)文獻(xiàn)[2]，當(dāng)發(fā)電機進(jìn)相時，定子端部邊段壓指等部件中，將會通過相當(dāng)大的漏磁，該漏磁在空間與轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)但與定子有相對運動，因此在該部件中會感應(yīng)渦流和磁滯損耗，引起發(fā)熱。1號機組壓指溫度在多大程度上限制機組的進(jìn)相運行，還需通過進(jìn)一步試驗確定。

4 關(guān)于廠用電切換改造的設(shè)想

4.1 問題提出

目前設(shè)計認(rèn)為發(fā)電機出口設(shè)置斷路器時，廠用電可考慮很高，不會發(fā)生廠用電全失的故障，這種設(shè)計思想是值得商榷的。因為1號機組啟動期間就已經(jīng)發(fā)生了因為保護(hù)問題而導(dǎo)致廠用電全停的事故。另外，現(xiàn)設(shè)計中廠用電備自投延時切換方式也很不完善。此方式下只有全部負(fù)荷開關(guān)均跳閘后，才啟動備用電源切換，起不到安全停機的作用；而且一旦2臺以上的機組備自投同時動作，將導(dǎo)致備用變過載跳閘。最后一點，這種方式考慮到機組大修后啟動的廠用電源切換問題，必須要求運行人員對全部開關(guān)進(jìn)行手動操作切換，大量開關(guān)操作增加了勞動強度和誤操作的風(fēng)險。

4.2 改造可行性探討

按照華能海門電廠廠用電接線方式，備變和高廠變間的電壓是存在功角的，其大小受機組負(fù)荷、線路運行方式等因素影響，在某些情況下可能很大，導(dǎo)致備變和高廠變之間不能“并聯(lián)”切換。但是現(xiàn)在微機快速切換裝置都有“串聯(lián)”切換功能，即先跳后合的切換方式。實踐證明這種方式的成功率是很高的[3]，而且切換時間可以很短（小于50 ms），因此，采用快速切換裝置是完全可行的。

4.3 改造方案設(shè)想

由于備用變?nèi)萘恐荒軡M足1臺機組的廠用負(fù)荷，因此，當(dāng)任一臺機組啟動廠用電切換后，必須閉鎖其余3臺機組的切換。這種思路可以用加裝中間繼電器的方法來實現(xiàn)，天津楊柳青電廠5～8號機組的廠用電切換回路就是這樣設(shè)計并運行的。但這種方法的缺點是回路復(fù)雜，敷設(shè)電纜過多，改造工作量大。

本文根據(jù)海門電廠的實際情況，提出利用DCS實現(xiàn)4臺機組廠用電快速切換系統(tǒng)之間的邏輯閉鎖，將以上方法中的硬接線由軟件邏輯實現(xiàn)，在滿足要求的前提下，大大簡化了二次回路，節(jié)約了成本。

如圖6所示，將目前的備自投裝置換為快速切換裝置，原來的二次電纜全部保留，僅增加到DCS的電纜。在保護(hù)啟動切換的回路中串入DCS發(fā)出的“允許/閉鎖”常閉觸點，當(dāng)其余任一段切換動作后，常閉觸點分開，閉鎖本段“啟動切換”命令發(fā)出，本段快切裝置不會啟動切換，從而實現(xiàn)了只能有1臺機組啟動切換的功能。采取這種“允許式”閉鎖可以避免2臺以上機組同時動作的啟動切換“競爭”問題。另外，由于DCS邏輯可以在線編程，因此這種方法可以實現(xiàn)靈活的閉鎖邏輯，大大優(yōu)于繼電器硬線閉鎖方法。這種方法的缺點是跨越電氣、熱控2個專業(yè)，實現(xiàn)起來需要2個專業(yè)互相配合，協(xié)調(diào)難度較大。

5 結(jié)論

海門電廠1號機組是南方電網(wǎng)首臺百萬千瓦級火電機組，其整套啟動調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)的問題值得總結(jié)思考：如短路試驗問題固然是廠家供貨不符合要求，但如果當(dāng)初設(shè)計時要求勵磁變有分接檔位，此問題也可避免；而定子端部鐵心溫度問題廠家至今沒有給出圓滿的解釋，對此后續(xù)機組應(yīng)特別注意；至于廠用電切換，在目前快切裝置已經(jīng)很成熟的情況下，是否還一定要按照規(guī)程設(shè)計為備自投方式，值得商榷。

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