巴基斯坦SAIF發(fā)電廠燃機小島運行試驗分析

余小敏，王達蜂，王異臣

（浙江省電力試驗研究院，杭州 310014）

0 引言

巴基斯坦SAIF燃氣發(fā)電廠是由中國機械設備進出口有限公司總承包的海外工程。由2套GE公司生產的PG6111FA型燃氣輪發(fā)電機組（簡稱燃機）、2套中國杭州鍋爐集團股份有限公司生產的余熱鍋爐和1套SIEMENS生產的SST-900、單軸、凝汽式汽輪發(fā)電機組（簡稱汽機），及相關輔助設備組成聯合循環(huán)發(fā)電機組。正常聯合循環(huán)運行期間，燃機熱排氣進入余熱鍋爐產生高、低壓蒸汽驅動汽輪機。機組采用雙燃料，天然氣作為主要燃料，輕柴油作為備用燃料。運行模式為帶基本負荷聯合循環(huán)，燃用天然氣時，機組凈出力約209 MW。

巴基斯坦全國的電網容量很小，電網極不穩(wěn)定，比較容易發(fā)生故障。而在電網故障時，必須至少保證有一個發(fā)電廠能夠自身帶廠用電運行，即處于小島運行模式，這樣才能在電網故障恢復后向其他發(fā)電廠提供啟動電源。按照合同要求，當該發(fā)電廠具備整套啟動條件并穩(wěn)定運行一段時間后，需要進行2臺燃機的小島運行試驗。主要目的是檢驗在電網故障時機組是否能穩(wěn)定運行在小島模式。

1 小島運行的控制模式

GE公司的MARK-VI控制系統(tǒng)中針對有小島運行模式要求的機組開發(fā)了獨立的小島運行模塊，為操作人員提供了一個專門的畫面，可根據需要在相應的窗口將機組投入小島模式，并且輸入在小島模式下機組的目標負荷和目標頻率。這樣當發(fā)生電網側故障時，機組會自動進入小島模式，帶廠用電運行。

在最初的17 s內，控制系統(tǒng)處于負荷控制階段，會迅速減少燃料量，使負荷迅速下降并維持在目標負荷運行。17 s之后，機組基本穩(wěn)定運行，這時控制系統(tǒng)將自動切換至頻率控制階段，將控制燃料量以使頻率維持在事先設定的目標頻率上。當外部電網故障恢復后，可再次并網。一旦機組重新并上電網，則控制系統(tǒng)自動切換回正常的燃料控制回路運行。圖1為MARK-VI控制系統(tǒng)燃料控制的原理。

圖1 參數可調有差轉速及負荷控制

在試驗中有以下幾個注意要點：

（1）目標負荷必需準確反映廠用電負荷。當機組進入小島運行模式時，控制系統(tǒng)在最初的17 s內是按照操作員事先設定好的目標負荷調整燃料量的。為了機組能夠穩(wěn)定運行避免超速，控制系統(tǒng)必須快速減少燃料；另一方面，若燃料減少過多無法滿足廠用電的需要，則會導致頻率過低無法穩(wěn)定運行。所以目標負荷必須能基本反映廠用電的情況，這樣當小島模式觸發(fā)后，機組能將目標負荷轉換成實際轉速指令，快速準確地調整燃料量，使機組在最短的時間內達到基本穩(wěn)定。

（2）目標頻率必須設定準確。當機組進入小島模式且穩(wěn)定運行17 s后，進入目標頻率控制。為了機組能夠穩(wěn)定運行在預期的頻率上，目標頻率必須要稍微高于預期頻率，這樣才能使機組在帶廠用電的情況下穩(wěn)定運行在預期的頻率上。

（3）每次只能設定 1臺機組進入小島運行備用模式。巴基斯坦SAIF發(fā)電廠是2臺燃機帶1臺汽機運行。雖然在2臺燃機的操作畫面中都有小島備用模式投入按鈕，但每次只能投入1臺機組進入小島運行備用模式。在第1臺機組已經投入小島運行備用模式后，若仍強行投入第2臺機組，則在實際發(fā)生電網故障時，只有第1臺機組會進入小島模式，第2臺不會進入小島模式運行，而是直接進入全速空載模式（FSNL）。所以在試驗及平時運行中，一定要檢查2臺機組的小島模式投入情況，確保只有1臺機組處于小島模式備用狀態(tài)。

2 小島運行模式試驗

2.1 試驗條件

進行小島運行模式試驗前必須完成相關的試驗，并正確擺好機組的各種相關狀態(tài)：

（1）2臺燃機甩滿負荷試驗成功，能維持全速空載運行。

（2）汽機甩滿負荷試驗完成，保護功能正常。

（3）汽機旁路系統(tǒng)運行正常，投入壓力跟蹤自動，旁路閥前疏水短暫打開進行暖管。

（4）柴油發(fā)電機組自啟動聯鎖功能試驗正常。

（5）全部廠用電由小島模式運行的燃機提供。

（6）主變壓器出口132 kV開關和滅磁開關跳合正常。

（7）確認自動勵磁調節(jié)（AVR）系統(tǒng)中電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（PSS）已退出。

（8）燃機MARK-VI控制系統(tǒng)中小島運行邏輯功能靜態(tài)試驗正常。

（9）全廠事故照明能正常投入。

（10）保證試驗燃機的控制室、集控及就地關鍵部位之間通信暢通。

2.2 試驗過程

全部廠用電已切至1號燃機，在燃機“ISOCHRONE”界面選擇“ISLAND MODE ON”按鈕（小島運行模式按紐），根據當前全廠廠用電負荷，在同一畫面設定小島運行的目標負荷以及目標頻率：4.7 MW，100.28%。接試驗總指揮通知，同時分閘3臺斷路器，其中3號汽機、2號燃機全速空載，1號燃機進入小島運行。1號燃機負荷4.7 MW，維持頻率在50 Hz運行。旁路在汽機甩負荷瞬間快開，然后維持甩負荷前壓力穩(wěn)定。汽機甩負荷后，軸封供汽自動切換為高壓蒸汽供汽，真空良好。余熱鍋爐高低壓汽包以及除氧器水位，各高低壓給水泵及給水再循環(huán)泵運行正常。2號燃機全速空載運行，各主輔設備狀態(tài)良好。

當運行人員準備重新并網時卻發(fā)生了意外。1號燃機重新并網后，燃機的燃料量立即大量增加，出力亦迅速增加，最終導致排氣溫度高而跳機。經檢查邏輯后發(fā)現，在并網開關重新合上后，內部燃料行程基準（FSR）邏輯應立即由小島模式輸出切換至正常輸出模式，并且應該是無擾切換。但經查看歷史記錄后發(fā)現，在1號燃機重新并網后，FSR能正確從小島模式切回正常模式，但卻沒有實現無擾切換，FSR發(fā)生了大幅度的階躍增加。經仔細查看邏輯發(fā)現，問題出在當機組處于小島運行模式時的TNR跟蹤程序有誤。

圖2是原MARK VI邏輯中當機組處于小島運行模式時，正常的燃料基準TNR跟蹤小島運行時的燃料基準TNRI的邏輯。按照設計的原意，當機組處于小島運行模式時，處于實際燃料控制的基準是TNRI。此時正常的燃料基準TNR應該跟蹤TNRI以便當機組從小島模式切回正常模式時可以實現無擾切換。故圖2中的FDBCK引腳處應該引入的是TNR而不是TNH。因為只有在FDBCK引腳處引入TNR，這樣當TNRI與TNR之間有偏差時，通過控制命令模塊右邊的輸出引腳RAISE和LOWER可以調整TNR的數值，直到TNRI和TNR之間的偏差基本消失為止。這樣當機組重新合上并網開關并入電網，機組切回正常模式時不會有太大擾動。而實際情況卻是邏輯中FDBCK處引入的是TNH。這樣當機組處于小島運行模式，即L83SCI-CMD為TURE時，由于TNRI與TNH之間會一直存在偏差（因為機組一直會帶有廠用電，這樣TNRI會一直高于TNH，其具體數值為廠用電負荷與不等率的比值），所以控制命令模塊的RAISE引腳會一直為TRUE，導致TNR的輸出值一直增加直到達到上限。所以一旦小島模式結束，TNR接替TNRI成為實際燃料基準時，則會在瞬間噴入大量燃料，負荷急劇上升最終導致排氣溫度高而跳機。

圖2 小島運行控制命令模塊

在查明跳機原因并經修改邏輯后，進行了第2次試驗。步驟與第1次試驗相同。在1號燃機進入小島運行15 min后，2號燃機并網，30 min后1號燃機并網，40 min后3號汽機并網，試驗順利結束。

3 結語

小島運行試驗表明，燃機系統(tǒng)由于空壓機的存在，其自身的慣性比較大，這樣的系統(tǒng)對于甩負荷擾動的抗擾能力比較強。只要對小島運行模式的相關參數進行合理設置，在發(fā)生電網故障時，GE燃機能夠順利進入小島運行模式并穩(wěn)定運行，為電網的恢復提供了可靠的啟動電源。

[1]文立斌.并網機組切換成孤網運行的應對措施[J].廣西電力，2008，31（4）：15-18.

[2]俞立凡，李彩玲，彭竹君.9F單軸燃機作為電網黑啟動電源點的探討[J].浙江電力，2006，25（6）：53-56.