摘 要:针对M701燃机并网瞬间出现负荷快速波动原因及其影响进行分析,认为M701燃机为保证并网初始负荷而设定的转速基准值与电网系统频率差值大时产生负荷冲击的必然性,及对燃机、汽机产生的影响。

关键词:M701燃机 负荷波动 并网 house load

中图分类号:TK478 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2011)06(a)-0137-02

深圳前湾燃电厂M701F燃机为主的燃气蒸汽联合循环机组投入商业运行以来,曾在并网瞬间出现house load负荷波动事件,在此以某次house load事件为据,分析说明其影响及提出应对措施。

1 现像描述

某日机组启动至并网瞬间,负荷出现大幅摆动,当时从DCS上机组具体参数如表1。

从表1中可看出,并网前发电机频率与系统频率差值为0.20Hz,这是同期装置允许的最大值。从电气故障录波装置上看,并网后0.3s,有功达到115mw,并网后0.7s,有功变为-65MW。但从录波上对比发电机电压及220kV母线电压,并网时相位一致,电压差在合格范围内。并网时机组转速3008转,电网频率折算成转速为2996转,相当于频差0.2Hz(转差12转)。当GCB合上瞬间,发电机电压与系统电压基本一致功角为零,但转子转速比系统感应磁场转速高12转,0.3s拉开角度为12×360×0.3/60=21.6°,即功角为21.6°,转子转速与定子磁场转速一致,此时发电机有功输出达115MW。随后,由于定子磁场力的作用,转子转速低于定子磁场转速,并在0.4s内,功角变负值,即输出有功为负值。

2 原因分析

我厂同期装置定值整定值与300WM级燃煤机组一致,但出现如此大的有功摆动,与燃机转子转动惯量大,调速系统反应较灵敏等因素有关,从机组以往并网数据看,也时常伴随着有功摆动,而此次并网时机组与系统的频差达最大允许值0.2Hz,造成发电机需要经历一个较大的暂态过程才能进入同步运行状态,出现较大的有功波动。

为了保证并网瞬间能带起初始负荷20MW,M701F燃机空载时的转速基准值设定为3008rpm。机组定速在3008rpm后,当同期条件满足,机组并网,并网瞬间,转速从3008rpm突变为3000rpm左右,部分动能转化为有功,初负荷20MW将会在瞬间带起,由此可知,机组每次并网前机组转速3008rpm与系统正常频率50Hz存在的固有频差为8/60=0.13Hz,在系统频率不低的情况下,该频差在允许值0.2Hz以内,并网时,同期系统的调节转速信号ASS GOV RAISE和ASS GOV LOWER基本无需发挥调速作用。而当系统频率低于49.93Hz时,调节器调整频差至0.2Hz,必然又将给发电机带来冲击。

3 修改方案

从以上分析可知,要想降低并网时对发电机的冲击,就要减少并网时的频率差,有两种方法可考虑。

(1)修改同期装置频差定值:考虑机组空载时转速基准为3008rpm(50.13Hz),将频率差的整定值由±0.2Hz(±12rpm)改为±0.15Hz(±9rpm),但由于我厂机组转速的基准3008rpm,转速的固有偏差(8rpm)已接近频率差的整定值(±9rpm),在系统频率偏低或发电机转速不稳时,或者由于主燃料控制阀等元件出现偏差使实际转速略有上升,频率差很容易超出整定值,这时需要同期装置发出脉冲调整发电机转速,延长了发电机并网时间,调速回路上元器件动作过多,也容易造成元器件损坏使调速失灵,造成发电机不能并网,为了避免这一限制,还需组合第二种方法。

(2)修改机组空载转速基准值:由于并网时同期装置发出的调速脉冲所改变的实际上也是机组转速的基准值,所以发电机并网时机组转速的基准值也会发生变化,可能不是3008rpm。三菱在设计时,基于确保能带起初始负荷的考虑,以3008rpm为空载基准值,以便有足够的动能转化成有功,但在实际运行中,空载转速3008rpm时所对应的燃料量,在并网后会下降约3%,空载转速时的燃料量输出值对于满足并网初负荷20MW还是有足够余量的,可以考虑将机组的转速基准值定由3008rpm改为3006rpm。

4 出现负荷波动的影响

由以上简明逻辑可知:负荷在5.5s内突然由72MW以上降到24MW以下的情况时,为了保证燃烧状态,而产生了一个应急信号:House load operation,此信号将会维持1min,1min后如果状态正常,信号会自动消失。信号消失后如果没有操作,上述燃烧状态依然维持（如图1）。

燃机方面影响:house load operation是复位“load limit(负荷控制)”条件之一(或的关系),“governor(转速控制)”是由“load limit”取非,“load limit”的控制模式被复位为０,则“governor”控制模式为１,所以机组自动切为governor控制模式,即机组会由负荷控制切为转速控制,主燃料控制输出值由以负荷为计算基准切为以转速为计算基准,在保证转速变化率受到严格控制的前提下尽量维持当前的燃烧状态和燃料量。House load operation信号将会维持1min,1min后如果状态正常,信号会自动消失,此时可手动将主控制系统切为负荷控制,则主燃料输出值重新调整,若没有操作,上述燃烧状态依然维持。

汽机方面影响:由于此时未达到进汽条件(冷态启动时,需在54MW暖机结束后才进汽),所以高中压调阀处于关闭状态,仅低压主汽调门保留20%的冷却开度,由于house load operation是OPC动作的条件之一,当house load operation条件满足后,OPC actuated条件为1(经过3.8s后变成0),OPC动作给LPCV发一个强制关信号,所以,LPCV迅速全关,由于低压缸冷却蒸汽由辅汽提供,辅汽压力会随之波动,随着OPC actuated信号消失,延时20s后LPCV force close信号消失,LPCV重新打开至冷却开度20%,因汽机未达到进汽条件,所以整个过程高中低压汽包水位及旁路阀开度均未受到影响。

机组已并网,house load operation信号出现且已经过5s保护区或者没有出现,此时若根据中压进汽压力经函数计算出来的值比发电机输出经过函数计算后的值大13,则延时0.2s后机组判断为火焰消失跳机。此次事件并网时,house load operation信号出现且经过5s(60s后house load operation才复位),但逆功率是发生在house load operation出现后1s内,所以此条件未满足,另外,当时IP汽机未进汽,所以中压进汽压力为0,则经过函数计算出来的值为0,那么发电机输出经过函数计算后的值必须小于-13此条件才满足,根据逻辑提供的函数可算出,当时发电机输出须小于-53MW,也就是说逆功率值在达到-53MW且其它条件满足才会跳机,当天逆功率值虽最大值达-65MW,但由于时间短,因此机组没有跳机。

由此可见,house load是机组处于极端运行方式下一种快速的调节方法,虽然没有造成严重后果,但从以上分析可知,若并网时冲击过大,仍可能出现逆功率值大至跳机值的情况。

5 结语

由于M701燃机为保证并网初始负荷而设定的转速基准值,并网前与电网系统额定频差0.13Hz,当电网系统频率偏低,使并网频差大而造成M701F燃气轮机并网负荷波动。此次虽没有造成大影响,但还是存在较大风险,出于保护机组的角度,作以下建议。

(1)修改频率差的整定值由±0.2Hz(±12rpm)改为±0.15Hz(±9rpm)。

(2)将机组的转速基准值定由3008rpm改为3006rpm。