燃氣輪發(fā)電站并車系統(tǒng)的應(yīng)用研究

河南南陽油田水電廠 河南 南陽 473000

燃氣輪機是將石油天然氣與空氣混合作為混合燃料氣,在燃氣輪機的燃燒室燃燒,利用渦輪機動力驅(qū)動,帶動發(fā)電機發(fā)電;由于其高效率、低碳、低污染、投資低、建設(shè)周期短、啟停靈活等特點,在石油開發(fā)、油氣儲運、船舶和軍工領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。本文將中石化新疆寶浪油田燃氣輪發(fā)電站并車系統(tǒng)實施改造作為研究課題,在類似燃氣輪電站并車系統(tǒng)改造方案的研究與實施中,極具參考價值。

寶浪油田燃氣輪發(fā)電站裝有兩臺出口電壓為10k V,發(fā)電功率為4750kW,由美國Solar公司生產(chǎn)的金牛60燃氣輪發(fā)電機組,用作啟動的黑啟動電源是由聯(lián)合站的一臺低壓400kW柴油發(fā)電機組提供。如下圖所示。

寶浪油田燃氣輪發(fā)電站承運的西部電網(wǎng)是一個相對獨立的電網(wǎng),并車的對象只有三個,兩臺高壓發(fā)電機和一臺稱為黑啟動電源的低壓柴油發(fā)電機。并車的內(nèi)容有兩種:第一種是電站與黑啟動電源之間的并車,是在電站發(fā)電機啟動成功后,為保證站用低壓系統(tǒng)不間斷供電而進行的高低壓發(fā)電機之間的并車,是實現(xiàn)電站用電不可缺少的操作;第二種并車是電站兩臺高壓發(fā)電機之間的并車,是兩臺發(fā)電機并列運行或倒換運行方式的必然操作。目前電站只有1001和1002開關(guān)設(shè)置有同期并車控制裝置,該控制回路由SOLAR公司發(fā)電機的控制系統(tǒng)提供,其它開關(guān)包括低壓系統(tǒng)均未配制并車回路。利用1001或1002開關(guān)進行兩臺發(fā)電機之間的并車操作比較簡單、安全、可靠。但進行發(fā)電機與黑啟動電源的并車時的操作比較復(fù)雜(該并車在全站停電的事故情況下進行),其基本步驟是先斷開10KV母線上所有出線開關(guān),待高壓發(fā)電機啟動穩(wěn)定后,再將低壓電源通過站用變低壓側(cè)進線總開關(guān)4010或4020經(jīng)站用變升壓至10k V,合上站用變高壓側(cè)開關(guān)1051或1052將低壓電源升壓反送至10k V空母線上,用高壓發(fā)電機控制系統(tǒng)的同期并車裝置合1001或1002開關(guān),完成黑啟動電源與發(fā)電機的同期并車。這種操作(以下簡稱高壓并車)具有三個缺點:

燃氣輪發(fā)電站主接線圖

①因操作需要先將10k V母線所有出線全部斷開,再通過站用變向10k V空母線反送電,然后才能完成高壓并車,這種操作即繁瑣又復(fù)雜,在急需恢復(fù)高壓送電前完成這些操作很容易造成誤操作,對電網(wǎng)安全極為不利。特別是若10k V母線出線回路未全部斷開時,黑啟動電源將直接向電網(wǎng)送電,把站用變當作升壓變壓器用,勢必造成站用變過載燒毀或黑啟動電源損壞等事故隱患。

②每次操作并車必需在高壓恢復(fù)送電之前完成,故推遲了恢復(fù)送電時間,延誤油井的開啟時間。由于黑啟動電源是400kW的柴油發(fā)電機,其供電距離在800m以上,頻率和電壓超過了國家規(guī)定的誤差,且十分不穩(wěn)定,并車比較困難,據(jù)統(tǒng)計高壓并車的平均時間在20～30分鐘之間。

③一旦遇到發(fā)電機控制系統(tǒng)并車裝置出現(xiàn)故障或者站用變故障,而又無第二同期并車點,會造成更長時間的停電或者二次停電。鑒于高壓并車存在的這些問題,應(yīng)對電站的并車系統(tǒng)進行改造,設(shè)置新的同期并車點。

一、同期并車點的選擇

高壓并車之所以必須在高壓恢復(fù)供電之前進行,是因為并車點選在發(fā)電機出口開關(guān)處,低壓電源必須反送至高壓母線后才能通過1001或1002開關(guān)并車;若將新的并車點選在站用變低壓總開關(guān)(4010或4020)處,那么低壓電源就不用反送至高壓母線上,而是高壓發(fā)電機所發(fā)出10k V電壓通過10k V母線和站用變之后再與低壓發(fā)電機并車,可稱為低壓并車。這樣一旦高壓發(fā)電機啟動穩(wěn)定后,即可向10k V母線送電,恢復(fù)10k V各出線的供電,待各高壓出線供電恢復(fù)完畢后,再對站用變進行供電,完成兩個電源在站用變低壓側(cè)4010或4020開關(guān)進行低壓并車,既省去了恢復(fù)送電前繁雜的并車操作,減少了誤操作的可能性,又節(jié)省了并車所需的時間,提前恢復(fù)電網(wǎng)供電。不僅如此,增加新的并車點后,實現(xiàn)了高壓并車方式和低壓并車方式的相互備用,滿足了各種運行方式的并車需要。

二、同期并車方式的選擇

正常的并車方式是在黑啟動發(fā)電機承擔負載后與空載的高壓發(fā)電機并車。根椐SOLAR公司提供的技術(shù)資料,高壓發(fā)電機的勵磁方式是自動投入自動調(diào)節(jié),所謂自動投入就是在發(fā)電機達到額定轉(zhuǎn)速80%左右時勵磁開關(guān)由PLC控制自動投入,當發(fā)電機達到額定轉(zhuǎn)速時,發(fā)電機出口已達到額定電壓,所以新的并車點只能采用準同期方式。電站設(shè)置兩個并車點,且電站的發(fā)電機組屬主力機組,并車次數(shù)相對較少,故并車方式選擇手動即可完全滿足電站運行的需要。為了便于高壓發(fā)電機頻率和電壓的調(diào)整,將低壓并車系統(tǒng)的同期交流回路和開關(guān)控制回路集中引入主控室,簡化整個并車過程,縮短機組停電時間,提高供電可靠性。

三、同期并車系統(tǒng)改造的意義

電站同期系統(tǒng)改造后,使電站同期并車點分布合理了,很大程度上改善了電站的運行方式,提高了運行的可靠性。首先,避免了電站與黑啟動電源之間高壓并車復(fù)雜的操作方式,減輕了運行人員的勞動強度和思想壓力,從人的因素上提高了電站運行的安全可靠性。其次,縮短了故障停電時間,降低了因停電帶來的生產(chǎn)損失,為寶浪油田原油生產(chǎn)帶來了可觀的經(jīng)濟效益。第三,提供了后備同期并車系統(tǒng),提高了電站設(shè)備的可靠性。第四,為將來西部電網(wǎng)引入第二電源提供了可靠的技術(shù)保證。總之,電站同期并車系統(tǒng)的改造對西部電網(wǎng)的安全、可靠運行具有十分重要的意義,也為類似燃氣輪機組新增并車系統(tǒng)的實施改造提供指導(dǎo)建議。

袁 剛

2020年11月