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一文了解发电机及电力系统的优先脱扣保护

绥 中 36-1油 田一 期 调 整 开 发项 目配 有 3台 (套 )主发 电机组 ,该机组 由美国SOLAR公司生产 的 3台大力神 130双燃料 (柴油/天然气 )燃气轮机 和 ABB公 司生 产 的 3台发 电机 组 成 。发 电机 的 电制为 6300V/50Hz/3Ph,功率因数为 O.8。 

3台发电机的使用方式是在高峰期启动2台并 联运行 向平台供 电,另外 1台备用 。大功率旋转机 械设备在高速运转的条件下难免出现故障。平台电 站是集成化程度很高的典型的机电产品,其任何一 个环节出现故 障都可能导致发电机组关断,从 而造 成生产关停乃至安全事故。 

当其中的1台发电机突然出现故障而关断就会 导致平 台上所有 的用电负荷突然加到另外 1台发 电 机上 ,这样会有两种结果 :


①对另外 1台发 电机突 然的大负荷加载会对其造成瞬间的冲击 ,导致该发 电机也关断 ,而且 有可能对该机组造成严 重 的损 坏 ;

② 当平台所有 的用电负载大于单台发 电机的最 大正常承受能力时,该电站也会关断。如果电站及其 电力系统没有设保护系统 ,当以 上情况 出现时均会造成平台生产关断 ,以至于产生 严重 的安全事故。 

1 措施

当 2台发电机组并联运行而其 中 1台因为故障 突然关断时 ,为避免出现生产关停和安全事故就需 要采取保护措施 ,保证另外 1台发电机组仍然能正 常工作,以确保平台相对重要系统的用电。 

当2台发电机组 中的1台因为故障突然关断, 为了避免所有的负荷突然加到另外 l台发电机上造 成该发 电机组也关断 ,所采取的保护措施要能够在 其中 1台发 电机关断的瞬间发出指令 ,使电力 系统 能够 自动地卸掉一部分相对不重要系统的用电 ,使 另外 l台发电机上的总负荷不超过它的最大承受能 力,从而保证它能够继续正常工作 ,平台相对重要 的系统仍然能够照常运行 。

为 了达到这样的 目的采 取的措施就是优先脱扣 ,增加的电气控制系统就是 优先脱扣系统。优先脱扣也就是 电力系统 的自动卸 载 。优先脱扣的指令信号主要来自下列故障:

①电 站发电机过电流 ;

②并联运行时 ,任一 台发电机主 开关因故障脱扣 ;

③并联运行时 ,任一 台发电机的 原动机应急停车 ;

④并联运行时任一台发电机负荷 大于 90%。平台自动化程度越高,对优先8射Ⅱ的要求也越高。

2 原则

计算平台所有用 电负荷值 ,如果使用 1台发电 机即可满足平 台最大工况下的负载需要 ,就没有过 载 的可能性 ,故不需优先脱扣系统进行保护 ;如果 发 电机 的负荷 已经大于 90%,为了保证这台机组不停机也要进行优先脱扣。

当2台发电机并联运行时 ,它们所分担的负荷 大致相同 (此时平台所有用电总负荷为2台发电机 所 分担的负荷之 和)。当其 中 1台因为故障突然关 断时 ,为了保证另外 1台发电机能够 正常运行需要 电站卸掉一部分载荷 ,但要保证相对重要系统和设备的用电要求 。


优先脱扣系统是 电站根据单 台发电机的输出能 力和全部用 电设备的负荷性质与大小分级而 自动停 电的系统 ,其功能是由瞬间脱扣开关 、延时脱扣开 关及其控制线路来实现的,原则就是保护发电机组 和分档保证重要系统与设备 的正常运行。

3 控制逻辑的设定 

当电力系统要卸负荷时不能任意卸掉某一系统 或某一设备的负荷 ,而是要根据系统的重要性 以及 平台总负荷和各个系统或设备的功率来决定。对相 关系统或设备按卸负荷先后顺序进行划分 ,例如 :将相关系统或设备载荷进行排序分为一级载荷 、二 级载荷 、三级载荷……控制逻辑原理为 :在需要 的 条件下先卸掉一级 (或者其他级 的载荷 )载荷 ,如 果这样能满足要求 ,则优先脱扣系统不再卸其他负 荷 ;如果仅仅卸掉一级载荷而不能满 足控制要求 , 优先脱扣系统就会再卸掉二级或者三级载荷 ,一直 到满足要求为止。

优先脱扣系统在发挥其作用的条 件下卸负荷可以先卸某个系统或设备的负荷 ,如果 不能满足要求则再卸另外一个 系统或设备 的负荷 , 也可 以同时卸掉几个 系统的负荷 以一次性 达到 目 的,这就需要在控制程序 中将其设定好口 。按此原 则对 SZ36—1油 田一期调整项 目CEPK平台电力系统 设定了优先脱扣逻辑图。 

从 2台发 电机并 网运行时优先脱扣逻辑 图中可 以看 出 :3台发 电机 2用 1备 的情况下 ,当任一发 电机故障或者任一发电机进线VCB故障跳闸时进 行 一级卸载 ,即卸掉井 口平 台 WHPL4232kW 的 用 电负荷和 SZ36~1生活动力平 台APP3549kW 的 用 电负荷 (CEPK平 台发 电机 向WHPL和 APP平 台 供电),以及 CEPK平台生活楼 (LQ)、注水泵 、注 水增压泵 、WHPK平 台注聚系统 的所有负荷 ,以保 证 CEPK平 台消防 、原油外输等重要系统 和设备能 够正常运行 ;3台发电机 2用 1备 的情况下 ,在其 中任一 台负荷大于 90%、时间超 过 5S的情况下进 行三级卸载 ,即卸掉 CEPK平 台注水泵和注水增压 泵的载荷 ;如果此时仍有任一 台发电机的负荷大于 90%,且 时 间超 过 5S的情 况 ,就 得进 行 二级 卸 载 , 即 还 得 卸 掉 CEPK平 台 生 活 楼 和 WHPK (CEPK发 电机 也 向WHPK平 台供电 )平 台注聚系 统总共 2300kW 的载荷 ,以保证 CEPK平 台消防 、 原油外输等重要系统和设备能够正常运行 。 

从单台发电机运行时优先脱扣逻辑图中可以看 出:当其跳闸时 ,电力系统卸掉 CEPK平 台注水泵 和注水增压泵的载荷 ,以及井 口平台WHPL、生活 动力平 台 APP、WHPK平 台注聚系统 的所有载荷 , 以保证 CEPK平 台消防 、原油外输等重要系统和设 备能够正常运行 ;当其负荷 大于 90%、时间超过5S 时进行二级卸载 ,即卸掉 CEPK平 台生活楼 (LQ) 以及 CEPK、WHPK平 台部分 电伴 热的载荷 ,以保 证 CEPK平 台消防 、原油外输等重要系统和设备能 够正常运行 ;当完成二级卸载 以后 ,此发 电机 的负 载仍然大于 90%、时间超过 5S时再进行第一级卸 载 ,即卸掉 WHPK平 台多个 油井 的载荷 ,以保证 CEPK平 台消防 、原油外输 等重要系统和设备能够 正常运行 。

通过 以上控制逻辑的合理设定和保护措施的正 确应用 ,保障 了绥 中36~1油 田一期调 整项 目电力 系统的正常运行 。 

4 系统基本要求

(1)优先脱扣系统要具备判断功能。当电力系 统需要卸负荷时 ,优先脱扣系统会 自动判断要卸掉 多少负荷 (也就是要卸掉哪个或者哪几个系统或设 备的负荷 )才能达到保证另外 1台发电机正常运行 的 目的。


(2)2台发电机同时运行的总负荷没有超过 1 台发 电机在 正常运转条件下所能 承受 的最大载荷 时 ,其 中1台发电机突然关断 ,优先脱扣系统不会 发出卸负荷指令 。 

(3)在优先脱扣动作的同时应发出报警并同时 启动备用发 电机组 ,待其 自动投入并联运行后再 自 动给非重要负载供电。

5 结语

优先脱扣系统是平 台电力系统安全平稳运行的 重要保证 。确定好优先脱扣系统的基本原则 ,设定 好逻辑控制程序能最大限度地保证少甩负荷而最大 限度地保证平 台较多系统或设备的正常运行 ,还有 利于减少操作人员 的工作量。

参考文献 

1、林汝谋 ,金红光.燃气轮机发电动力装置[M].北京:中国电力 出版社 ,2004. 

2、张艳霞,姜惠兰.电力系统保护与控制[M】.北京 :科学出版 社 .2010. 3、王 士政. 电力 系统控 制与调度 自动化 [M].北 京 :中 国电力 出版 社 ,2008. 

4、刘 东 ,张 沛超 ,李晓 露. 面向对 象 的电力 系统 自动化【M].北 京 :中国电力出版社 ,2009

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