摘要：随着科技的不断发展与进步，电力行业对工厂自备电站发电机组的运行提出了新的要求。本文基于笔者的工作实践，对自备电站发电机组电气系统的应用与改造理论进行分析，并以一台10MW发电机组电气系统改造为实例进行阐述与分析。
关键词：电气系统；自备电站；发电机组；应用改造
引言：自备电站发电机组一般功率都在50MW以下，虽然电站运行状况对电网冲击影响不是特别大，但对工厂整个工艺装置影响却非常大。如果发电机组不能正常运行，不能对外供热，工厂需要汽源的装置将无法正常生产，所以发电机组的正常运行在自备电站中显得尤为重要。对设备陈旧、运行不稳定的电气系统进行改造，可提高整个发电机组的综合效益，使机组安全可靠运行，对于工厂综合控制、综合检测、安全运行、综合管理等方面均有着重要的价值和意义。以下根据笔者的经验针对自备电站发电机组的应用与改造进行阐述与分析。
1 自备电站发电机组电气系统的应用与改造的意义
1.1 增强自备电站电力运行的稳定性
当前，我国自备电网已具备较大的建设规模，但配电网内相应的电气系统设计仍相较薄弱。部分自备电站承载了较大的流量负荷，且缺乏良好的电能质量；线损严重，设备相对陈旧老化等问题导致配电网整体呈现出较低水平。加强自备电站电气系统设计可促进设计水平有效提高，进而增强配电站电力运行的稳定性。
1.2 增强自备电站电气系统设计的科学性
加强自备电站的电气系统设计，应遵循各项设计要求，制定针对性较强的具体设计方案，以增强设计方案的可行性。在电气系统设计中，对各类电子技术进行利用，对电气系统加强维护，可有效保障电气系统的科学设计和有效施工。同时，选择适用性较强的施工方案，能有效完善并促进电气系统的良好发展、增强自备电站电气系统设计的科学性和稳定性，能促进自备电站相应的电气系统设计价值的全面提升。
2 自备电站发电机组电气系统设计改造内容分析
2.1 电气设备设计改造
2.1.1控制电源设计改造
自备电站调速器电气控制系统一般设置为 2 路电源:220V直流电源和 220V 交流电源，分别接入 2 个电源模块并转换成DC24V 的电源。通过相应设计使电路形成 DC24V 电源相互热备，为电气控制系统提供工作电源、控制回路电源等。
2.1.2调速器测频设计改造
水电站调速器电气控制系统的测频设计可采用 2 套完全冗余的 T-SLG 系统，在 2 套系统中都设置 2 路测频:齿盘测频和 PT 电测频。当调速器系统正常运行时，每套装置的单元处理模块以电压测频为主，而齿盘测频则会在电压测频发生故障时自动发挥作用。
2.2 电气综合自动化系统设计改造
在水电站调速器电气控制系统设计中，可配置两个基本模块:UPC 单元处理模块和 SPC 位置调节模块。针对 UPC 单元处理模块，需要对其进行调速功能的设计和改造;对 SPC 位置调节模块，需要设置驱动电液转换器保证其对接力器的形成进行有效的控制。为提高调速器控制系统的稳定性和可靠性，采用冗余模式对系统进行改造，配备两套 T-SLG 型控制系统完全冗余模式:一套主用一套备用。水电站调速器电气控制系统正常运行时，默认主用装置的两个模块对系统调速器进行控制和调节，备用装置的两个模块则对主用装置的两个模块进行实时的数据监控与分析管理。在主用模块出现故障时自动切换为备用模块，借此实现无扰动提高调速器系统工作稳定性、可靠性的功能。
3 自备电站发电机组电气系统的改造实例
某工厂内设置一台10MW抽汽背压式汽轮发电机组，该发电机组作为工厂自备电站，不仅承担了纸厂供热和供电的功能，其发出的盈余电力还可上网售电，因此该机组对纸厂的工艺流程和经济效益十分重要。但由于机组运行时间近20年，各个设备已严重老化，在实际运行中经常出现一系列问题。且由于技术没有更新、设备陈旧、继电保护装置落后，保护装置动作可靠性亦不理想。在故障情况下，保护装置动作准确性不高会对设备造成损坏，影响正常生产。此外，采用中性点不接地方式时，若发生单相接地故障定子铁芯将有烧毁的风险。另外，电气监控信号没有进入工厂DCS，电气控制系统也没有，自动化程度比较低。以上各种问题都需要进行改造。
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具体改造范围与方式如下所示。
3.1 电气一次设备改造
经试验，发电机出口断路器柜各个器件性能良好，不需要改造。但发电机侧的PT柜需要改造，柜体耐压不理想、PT容量和CT变比需调整以满足新的继电保护要求。因此需拆除2台旧的PT柜，安装新的PT柜（开关柜有CE认证并且可以提供IEC标准型式试验报告），同时增加1台中性点接地电阻柜，采用中性点经变压器高阻接地。发生单相接地故障时，大电阻可以提供纯阻性电流从而保护发电机不被损坏。2台PT柜和1台电阻柜防护等级为IP41，由于是改造项目，安装空间有限，3个机柜只能安装在发电机附近，柜体周边设置隔离防护网。电气二次设备改造将人工操作的控制信号屏拆除，更换为电气综合保护系统，满足了保护、控制、测量、信号的一体化要求。具体改造设备包括发电机保护屏、自动同期屏、发电机测量屏、励磁控制屏与电气操作员站。
3.2 MCC控制联锁功能改造
为了把MCC控制联锁功能整合在DCS系统中实现，需对MCC设备进行改造，满足DCS控制要求。
4 自备电站发电机组电气系统的改造效果分析
4.1 发电机保护功能得以增强
改造前，有多种保护功能由于装置运行不可靠而无法实现。发电机的逆功率保护、失磁保护等方面始终存在问题，影响了机组的安全运行。在设置了发电机微机保护装置之后，保护功能得到了有效提升。虽然发电机组功率不是特别大，但由于机组是工厂的重要装置，为了更好地保护机组安全运行，除了差动保护、逆功率保护、失磁保护、转子接地、定子接地、轴电流保护等主要功能以外，还增加了失步保护、频率保护和过励磁保护。
4.2 机组运行可靠性、稳定性得以提高
改造前励磁调节器采用单套工作。如果调节器出现故障，会导致机组跳闸，影响工厂生产。改造后采用双套励磁调节器工作，增加可靠性。同时增加了PSS功能，提高了机组的稳定性。
4.3 满足自动同期并网要求
原系统采用手动同期，同期操作难度大，效果不理想。改造后，采用了自动准同期装置，设有2个同期点，可对发电机出口断路器和电网断路器进行自动同期。无论是调压、调频都做到了快捷、准确，满足了准确、快速并网的运行要求。
4.4 提高了运行智能化
改造后，采用电气综合自动化系统，实现了数据采集、监控、控制一体化，确保发电机组的运行质量。测量屏配置多功能数显表，能精确显示三相电压、电流、有功、无功、功率因数、频率这些参数。测控装置配置IO卡，能采集各种非电量。通讯管理机可以实现不同协议之间的转换，这样可以使得电气综合自动化系统能和不同设备之间实现通讯。电气操作站通过以太网和通讯管理机通讯，读写电气系统采集的所有数据。
结束语：
通过一系列的改造措施，发电机组与电气保护系统的运行稳定性、安全性均得到了有效改善，整体效果理想。改造后机组已稳定运行近一年，在保证纸厂工艺用汽情况下，发电量增多，提高了整体经济效益。
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论文作者:成明仪
论文发表刊物:《电力设备》2018年第27期
论文发表时间:2019/3/13
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