“一鍵并網”技術在梅鋼50 MW發電機組的應用

（上海梅山鋼鐵股份有限公司熱電廠，江蘇南京 210039）

前言

伴隨著工業智能制造的步伐，一些先進的控制策略被逐步應用到生產實踐中，尤其是在系統監控和控制自動化系統中，廣泛采用了最新的計算機技術他通訊技術。梅鋼熱電廠打破傳統思維，利用當前汽機、電氣并網，勵磁調節，微機保護大部分相關設備遠程自動控制功能，為機、電協調，一鍵啟動改造提供了必要的條件。通過采用汽輪發電機組“一鍵并網”技術，實現發電機一鍵并網、一鍵解列及恒功率因數運行。

1 傳統/手動并網操作系統現狀及存在問題

1.1 傳統/手動并網操作系統現狀

發電機組并網操作是發電廠一項重要的操作，梅山熱電廠共有1#、2#、4#、6#四臺汽輪發電機組。目前，4 臺汽輪發電機組的并網操作是通過汽機、電氣及值長（調度）三個崗位的協調配合完成。汽機升速至額定轉速（3000 r/min)后汽機值班員通知值長可以并網，值長再發令給電氣值班員進行并網操作，電氣值班員接令后開始進行并網操作。并網操作步驟多、操作復雜，如1#機手動準并網就需13 步，檢查、操作轉換開關9個，且在并網過程中需要特別關注各類表計參數變化，對操作人員技能要求較高。

1.2 存在問題

1.2.1 發電機組并網手動操作精度低、效率差

熱電廠發電機組現并網啟動狀況為：從建壓開始至并網基本上為值班員手動操作，操作過程受值班員能力、經驗影響大，不同的值班員在手動調整電壓過程中，存在升壓步長不均勻，造成升壓過程忽快忽慢以及額定電壓值控制偏差大等問題，影響同期并網的整體效率和精度。

1.2.2 機、電專業聯系復雜，存在安全隱患

同期并網過程除要求機組電壓與系統電壓相同外，還要求機組頻率與系統頻率相同，因此在操作過程中需要汽機值班員調整汽輪機轉速，以滿足并網條件，此過程需由電氣值班員經值長轉達汽機值班員，調整后的參數也要經值長轉達電氣值班員。尤其是同期裝置投入使用后，對并網條件的滿足有時間限制，超過時限會造成排氣缸溫度上升及浪費蒸汽。現有啟機方式，機、電專業聯系復雜，存在安全隱患。

1.2.3 一鍵啟動可行性分析

目前，除部分電氣輔助設備外，汽機、電氣并網相關設備大部分已具備遠程自動控制功能，為機、電協調，一鍵啟動改造提供了必要的條件，使發電機組一鍵啟動智能化改造成為可能。

2 技術改造方案

2.1 整體構想

發電機“一鍵并網”技術需要判斷各機組并網前的轉速、主開關的電流情況，DCS 系統只接收標準信號4～20 mA，機組的轉速、主開關的電流需要通過轉換以滿足DCS 系統的要求，因此在1#、2#、4#、6#發電機組高壓電氣控制系統增加小型DCS控制系統，即在電氣控制室內新增兩臺DCS 控制柜，每臺DCS 控制柜負責控制兩臺發電機組，為發電機一鍵啟動提供必要的條件。

經過統計分析，將發電機的并網操作過程大致分為四大部份：合滅磁開關；勵磁系統建壓；發電機同期上電；發電機啟動同期合閘。再將這四大部分和自動恒功率因數調節以及一鍵解列等發電機操作過程中需要達到的各類必要條件一一列舉，分類分析，形成發電機操作的邏輯。通過DCS 柜、電量變送器柜及安裝一套發電機一鍵并網應用軟件控制程序實現了全部的功能。

一鍵并網的每一個環節中除了考慮到其應具備的各種條件滿足的情況下才能進行操作外，上一道程序的完成也是具備下一道程序的開始，每道程序都是緊緊相連、環環相扣的，在并網的過程中只要有一個條件不滿足，均應退出一鍵并網作業，直到經過處理后滿足條件方可進行一鍵并網操作。一鍵并網過程中幾乎沒有人為干預，避免了因人為干預而造成程序執行錯誤。

2.2 建模程序

一鍵并網順控程序包括“合滅磁開關”“建壓”“同期裝置上電”“啟動同期”四個步驟。當汽機轉速達到3005 r/min 左右時（設定3005 r/min 的目的是為了避免在同期并網中出現同頻差導致并網失敗），運行人員按“一鍵并網啟動”按鈕進行全自動并網操作。操作畫面見圖1。

圖1 操作畫面

2.2.1 合滅磁開關

當汽輪機在3000 r/min 時，且發電機一切正常的情況下，首先合滅磁開關，因此設定判斷條件：發電機保護、勵磁裝置無故障；轉速≥3005 r/min；滅磁開關、主開關在分閘位置。所有條件同時滿足發出合滅磁開關指令。設置轉速≥3005 r/min 是防止出現同頻導致發電機并網失敗。

2.2.2 建壓

在滅磁開關合上后，進行發電機建壓。在建壓過程中必須監控發電機的主回路是否有故障（判斷條件：發電機保護及勵磁裝置無故障、發電機主回路無電流），正常發電機電壓升至額定電壓，如有故障，并網程序終止。

2.2.3 同期裝置上電

發電機建壓正常后，發電機開始準備同期并網，除了發電機、勵磁裝置無故障以外，還需要確定同期裝置的單雙側無壓確認開關在“準同期位置”，防止在發電機檢修后試驗，忘記恢復單雙側無壓確認開關造成誤操作。

2.2.4 啟動同期

同期裝置上電后，“同期就緒”信號已經發出，同期裝置具備并網條件，此時最后檢查確認發電機系統正常（判斷條件：發電機保護及勵磁裝置無故障、發電機主回路無電流），并且對發電機電壓以及頻差進行比對（△U≤5%，△f≤0.4 Hz）,盡量降低并網時的沖擊電流，避免非同期并網的可能，啟動同期，同期裝置合主開關。

2.2.5 反饋及故障檢測程序

為了避免程序誤發信號以及走入死循環，一鍵并網指令均為一次性的，所有命令只能發一次，脈沖1 s后消失。為了便于故障的判斷、查找與處理，程序在執行過程中，如果出現條件不滿足或者裝置執行故障，程序只能停止退出，不具備自動復位功能，待故障排除后，手動復位，開始新一輪操作。

2.2.6 停機程序

根據規范要求，在操作臺上仍然設置“發電機主開關分”按鈕、“滅磁開關分”按鈕，做為緊急停機使用。正常停機使用“一鍵解列”功能，為了防止誤操作，將該功能使用的功率范圍做了限定，只有當發電機功率低于2000 kW，才能進行一鍵解列操作，確保了發電機解列的可靠性，降低對系統的沖擊。

3 改造后效果

通過發電機一鍵啟動和自動化改造，將發電機的勵磁系統，同期系統，微機保護系統、DCS 融合形成一鍵并網的邏輯，實現后臺計算機一鍵并網操作。

3.1 運行維護簡單化

并網過程中不需人工參與操作，只需點擊后臺機畫面上的“一鍵并網”按鈕（圖2 電氣后臺畫面），便可實現發電機自動并網。如果并網失敗亦能通過查詢報文來判斷故障點，便于檢修人員快速排查。并且實現了發電機在運行過程中自動增減磁，即無功功率自動調節，維持恒功率因數運行，減輕了運行人員的勞動強度。發電機并網時，無功功率按設定的最低值（500 kVar)運行，當有功功率在1000 kW 以上時，按發電機功率因數cosφ=0.92～0.97 進行自動調節。當功率因數異常時，DCS 退出自動調節功能，且有報警鎖存功能。通過DCS 畫面上“增加勵磁”“減少勵磁”按鈕進行人工調節，雙重保證了發電機在恒功率因數下穩定運行。

圖2 電氣后臺畫面

3.2 提高了并網質量和效率

由于并網過程程序自動順控，降低了運行人員誤操作的可能性，開機實現了自動并網一次成功，并網時間只需要60 s，跟以前手動操作相比大大節約了操作的時間。由于全自動操作，不需要人工干預，也提高了并網質量。4#并網同期錄波見圖3。

圖3 4#發電機同期合閘波形

4 結束語

發電機組“一鍵并網”技術使并網及解列操作優化，大大提升了勞動效率。將發電機的勵磁系統，同期系統升級改造后，與DCS 融合形成一鍵啟動的系統，通過邏輯判斷以及自動操作實現一鍵并網操作。一鍵并網改造后簡化了發電機并網操作步驟，減少人為的誤操作對發電機產生的危害。為今后的智能化改造積累更多的經驗。2019 年此項技術在梅鋼熱電廠6#機組得以應用，自投用至今，應用情況良好。尤其機組的啟停較為頻繁時，“一鍵并網”的優越性更得以體現。該技術目前推廣至梅鋼熱電廠4#汽輪發電機組，運行良好。