熱電廠異步發電機啟動過程實例分析

張云斌

（華電濰坊發電有限公司，山東 濰坊 261204）

0 引言

隨著國家能源政策的調整，熱電聯產、節能減排已成為電力行業的一項責任及任務。熱電聯產機組能夠節約能源，提高能源利用率，改善環境質量，緩解當地電力緊張，提高供熱質量，促進生產發展［1］。同時使用背壓汽輪發電機組代替減溫減壓器，進入熱網交換系統進行供熱，一方面降低了供暖設備投資，另一方面，發電機發出的電量可以接入高壓廠用電系統，降低廠用電率，降低廠變負荷率，減小變壓器損耗，提高經濟效益，并可以最大程度利用余熱，提高電廠的經濟效益。

較之同步發電機，異步發電機（以下簡稱異步機）因其配套設施簡單，占地面積小，投資少，設備投運成熟度高，后期維護簡單等優勢，被優先考慮進行余熱發電。以一起余熱發電實例分析現場安裝調試過程中異步機空載啟動及并列啟動情況，并根據錄波分析上述情況對廠用系統影響，為類似工作的開展提供參考。

1 異步機啟動實例參數

一般異步機連接高壓廠用變壓器（以下簡稱高廠變）低壓側工作段母線，在供熱期間，工作段及供熱段負載由高廠變與異步機同時供電，應避免異步機經高廠變倒送電。所以在綜合分析高廠變容量、短路電流、分支負荷等因素后，可確定所選擇異步機容量［2］。某電廠新增供熱首站，高壓系統接線方式如圖1 所示。

高廠變額定容量為50 000kVA／31 500kVA，額定電壓為20 kV／6.3 kV，短路阻抗為16.4%，接線方式為Dyn1-yn1，工作ⅣA 段現有負荷約26 000 kVA。

異步機額定功率為6 000 kW，額定電流為595 A，額定電壓為6 300 V，額定轉速為3 006 r／min；異步機機端與中性點電流互感器變比1 000／1，額定二次電流Ie＝0.595 A。

主要保護定值配置按照 《WDZ-5200 系列保護測控裝置說明書》設置，差動速斷電流4Ie，最小動作電流0.3Ie，比率制動系數0.5，速斷電流高值6.25 A／0 s，速斷電流低值4.47 A／0.06 s。

圖1 高壓系統接線方式

以1 號異步機啟動過程中異步機保護裝置及發變組故障錄波器錄波數據為例，分析異步機空載啟動及并列啟動過程中對廠用電系統的影響。

2 空載啟動

在異步機安裝調試完畢后，為驗證設備性能及轉向須對異步機進行空載啟動試驗，即將異步機作為電動機啟動，一般有2 種方式，即直接啟動和降壓啟動［3］。

直接啟動方式通過直接閉合發電機出口開關，使發電機轉速從0 增至3 000 r／min，啟動電流一般為5～7 倍的額定電流，存在電流衰減時間較長，廠用電壓降較大的問題，但直接啟動方式具有啟動直接簡單的顯著優點。下面以直接啟動為例，介紹空載啟動對廠用系統的影響。

2.1 1 號異步機電流變化情況

空載啟動電流變化情況如圖2—圖3 所示。

圖2 異步機空載啟動電流最大值

1 號異步機空載啟動瞬間，二次電流最大值可達4 400 A（約為額定電流的7 倍）；大約經3 s，運行電流降至額定電流以下，最終空載運行電流為0.16 A。

2.2 ⅣA 高廠變低壓側A、B 分支電壓、電流變化情況

ⅣA 高廠變低壓側A、B 分支電壓、電流變化情況可由發電機變壓器組故障錄波記錄，如表1 所示。

異步機空載啟動瞬間，6 kV 工作段ⅣA 段母線二次相電壓（二次額定相電壓為57.74 V）由60.8 V（一次相電壓值6 300 V，1.05 倍額定電壓）跌落至52.5 V（一次值5 450 V，0.91 倍額定電壓）。

ⅣA 高廠變低壓側A 分支二次電流瞬間由1.43 A 升至5.70 A，增加幅度為4.17 A，電流互感器變比4 000／5，折算成一次值為3 360 A。查閱電廠定值手冊，高廠變低壓側A 分支后備保護過流一段定值為22.7 A／0.6 s，過流二段定值為16.84 A／1.3 s，所以空載啟動時對廠用系統無影響。

6 kV 工作段ⅣB 段母線二次電壓略有輕微上升，二次相電壓瞬間由60.1 V 升至60.5 V；ⅣA 高廠變低壓側B 分支二次電流基本無變化。

2.3 發電機出口電壓變化情況

發電機出口三相電壓變化情況如表2 所示。

1 號異步機空載啟動瞬間，主機發電機出口三相電壓幾乎沒有變化，發電機出口二次相電壓由57.81 V 變為57.47 V，電壓降落0.34 V（折算一次值為11.78 V）。

圖3 異步機空載啟動電壓、電流衰減過程

表1 IV A 高廠變低壓側A、B 電流、電壓變化情況 V

表2 發電機出口三相電壓變化情況 V

綜合分析以上數據，1 號異步機空載啟動過程中，ⅣA 段廠用電系統母線電壓最大跌落至5 400 V左右，1 號異步機空載最大電流為4 400 A 左右，電壓降落值高于理論計算值，但滿足規程大于80%的要求［4］；發電機啟動從暫態到穩態持續時間大約在3～4 s。另外，啟動過程中發電機出口電壓、ⅣB 段廠用電系統電壓、電流均未受到影響。

3 并列啟動

異步機并網前，首先用小汽機帶動異步機進行沖轉，等到轉子轉速n 接近3 000 r／min 時，合上高壓段并網開關，此時由于轉差率s＜1，異步機為電動機運行方式，拖動原動機運行，運行平穩后通過調節汽輪機調節門調節汽輪機轉速，當汽輪機轉速大于同步轉速3 000 r／min 時，轉差率s＜0，異步電機進入發電狀態［5］。

3.1 1 號異步機電流變化情況

1 號異步發電機電流變化情況可由保護裝置錄波得到，如圖4—圖5 所示。

圖4 異步機并列啟動電流最大值

由圖4—圖5 可知，并列瞬間時一次電流最大可達4 000 A 左右；450 ms 左右發電機電流趨于穩定，衰減至額定電流以下，最終并列運行電流0.16 A。

3.2 ⅣA 高廠變低壓側A、B 分支電壓電流變化情況

根據發變組故障錄波器錄波如表3 所示，6 kV工作段ⅣA 段母線二次電壓在并列瞬間由60.4 V（一次值6 270 V，1.05 倍額定電壓）跌落至53.5 V（一次值5 560 V，0.93 倍額定電壓）。ⅣA 高廠變低壓側A 分支二次電流瞬間由1.88 A 升至4.84 A，增加幅度為2.96 A，電流互感器變比4 000／5，折算成一次值為2 369 A。同理，并列時刻電流變化對廠用系統無影響。

6 kV 工作段ⅣB 段母線二次電壓由60.0 V 升至60.3 V；ⅣA 高廠變低壓側B 分支二次電流基本無變化。

3.3 發電機出口電壓變化情況

發電機出口三相電壓變化情況如表4 所示。1 號異步機并列瞬間，發電機出口三相電壓幾乎沒有變化，4 號發電機出口二次電壓由57.79 V 變為57.51 V。

1 號異步機并列時，ⅣA 段廠用電系統母線電壓最大跌落至5 560 V，1 號異步機并列時最大啟動電流可達4 000 A，電壓降落值高于理論計算值，但滿足規程大于80%的要求；發電機啟動從暫態到穩態持續時間約450 ms。另外，啟動過程中4 號發電機出口電壓、ⅣB 段廠用電系統電壓、電流均未受到影響。

4 結語

異步機空載啟動過程與并列啟動瞬間，啟動電流差別不大，均接近7 倍額定電流；空載啟動過程較并列啟動過程長，對廠用電系統的影響較大，所以在空載啟動時，異步機定值配置及運行工況均需核實，確保將設備對廠用電系統影響降低至最低。

圖5 并網時電流衰減

表3 ⅣA 高廠變低壓側A、B 分支電壓、電流變化情況 V

表4 發電機出口三相電壓變化情況 V

異步機差動速斷，比率差動，過流保護，低電壓保護等保護配置應按照整定計算導則要求及廠家技術說明書規定合理整定。

異步機空載啟動及并列前，為了給廠用電系統提供充足的無功功率，避免啟動過程中大幅度拉低系統電壓，可先解除機組AVC 系統，同時進行增磁操作將廠用電系統電壓提高至6 300 V。

優化異步機與其余開關連鎖邏輯，當系統或異步機發生故障時，及時切除異步機。

在環保及提質增效大形勢下，各發電廠利用小汽輪機對供汽抽汽的余熱余壓進行做功利用，運用異步機供給機組廠用電自用，在經濟上能取得可觀的效益，這一切都是在廠用電系統安全穩定運行的前提下進行的。所以異步機設備選擇應充分考慮現場實際運行條件，并在投運調試過程中應充分分析其對廠用電系統可能產生的影響，確保機組安全、穩定運行。