重鋼TRT發(fā)電電氣系統(tǒng)在新區(qū)的應(yīng)用情況
2012-08-07 13:37:53
引言
重鋼環(huán)保搬遷2200m3高爐煤氣余壓透平發(fā)電裝置TRT機組由西安陜鼓動力股份有限公司設(shè)計并成套供貨。高爐爐頂煤氣余壓回收透平發(fā)電裝置（Top Gas Pressure Recovery Turbine簡稱TRT）是目前國際上公認(rèn)的有價值的二次能源回收裝置。它是利用煉鐵高爐爐頂煤氣中的壓力能及熱能經(jīng)透平膨脹做功來驅(qū)動發(fā)電機組發(fā)電。TRT發(fā)電機組回收高爐鼓風(fēng)機所需能量的30%左右，實際上回收了原來在減壓閥組中白白損失的能量。這種發(fā)電方式既不消耗任何燃料，也不產(chǎn)生環(huán)境污染，發(fā)電成本十分低廉，僅為燃?xì)忮仩t發(fā)電的20%左右，是一個重大節(jié)能技術(shù)措施項目，經(jīng)濟效益十分顯著。
1、機組概況
發(fā)電機型號：QFW-16-2；
額定容量：20MWA；額定頻率：50Hz；
額定電壓：10.5kV；額定功率：1.6×104kW；
額定電流：1099.7A；轉(zhuǎn)速：3000r/min；
臨界轉(zhuǎn)速1次/2次：1267/3756r/min；
功率因數(shù)：0.8超前；額定勵磁電流：290A；
接法：Y；絕緣等級：F/F；
型式：無刷勵磁同步發(fā)電機。
無刷勵磁同步發(fā)電機包括主、副勵磁機、勵磁屏、空氣冷卻器，具有恒電壓、恒無功、恒功率因數(shù)調(diào)節(jié)的功能。發(fā)電機帶雙軸承座，軸瓦強制油冷卻，帶整體底座。高爐短期休風(fēng)時，發(fā)電機能自動轉(zhuǎn)為電動機的運行方式。發(fā)電機的勵磁由無刷勵磁裝置供給。無刷勵磁裝置由同軸旋轉(zhuǎn)的交流無刷勵磁、永副勵磁機、旋轉(zhuǎn)整流盤和靜止的MAVR自動電壓調(diào)節(jié)器組成
2、一次配電系統(tǒng)
重鋼新區(qū)TRT系統(tǒng)高壓一次接線系統(tǒng)圖見圖1。1臺發(fā)電機出線PT柜；1臺勵磁用PT柜；1臺發(fā)電機并網(wǎng)柜；1臺母線PT柜；1臺站用變壓器柜；1臺大容量開關(guān)進(jìn)線柜；1臺站用變壓器（630kVA）；1臺升壓變壓器（35/10.5kV）。
圖1：TRT發(fā)電機高壓一次系統(tǒng)圖
為避免短路沖擊電流對發(fā)電機、輸電線路等電器設(shè)備造成危害，因此本TRT高壓系統(tǒng)進(jìn)線采用能快速、可靠地開斷短路電流的大容量高速開關(guān)裝置（FSR）。該裝置可在短路電流上升的初始階段，即將短路電流開斷（≤1ms），使其不能以短路電流的峰值流向短路點，從而達(dá)到了保護(hù)發(fā)配電設(shè)備及供電線路的目的。
低壓系統(tǒng)采用單母線雙分段供電方式，一路來至TRT發(fā)電機自身站用變壓器低壓系統(tǒng)，另一路來至其它站所的低壓進(jìn)線。將TRT主要低壓供電設(shè)備潤滑油泵、動力油泵1#、2#油泵分別接到這2段低壓母線上。低壓母聯(lián)與Ⅰ、Ⅱ段進(jìn)線低壓斷路器采用母聯(lián)自動投切。防止由于TRT低壓一段進(jìn)線故障，另一段進(jìn)線可通過母聯(lián)自動投切帶全站低壓負(fù)荷。
3、發(fā)電機保護(hù)系統(tǒng)
發(fā)電機保護(hù)系統(tǒng)主要包括升高變壓器保護(hù)系統(tǒng)、進(jìn)線柜保護(hù)系統(tǒng)、發(fā)電機保護(hù)系統(tǒng)、站用變壓器保護(hù)系統(tǒng)、線路光差保護(hù)系統(tǒng)及PT測控系統(tǒng)。微機保護(hù)裝置選用Schneider公司產(chǎn)品，設(shè)置1套電氣后臺，具有向上級通訊功能，實現(xiàn)“四遙”功能，同時電氣后臺與調(diào)度中心可實現(xiàn)光線通訊。
1）線路光差保護(hù)系統(tǒng)。本發(fā)電站采用線路-變壓器組的保護(hù)方式，將線路光差保護(hù)、升高變壓器高后備及升高變壓器非電量保護(hù)均通過線路光差保護(hù)裝置跳兩側(cè)斷路器開關(guān)。線路光差保護(hù)電流信號分別取至上級35kV側(cè)饋線及TRT進(jìn)線柜電流互感器。
2）升高變壓器保護(hù)系統(tǒng)。重瓦斯保護(hù)、變壓器油溫高保護(hù)、壓力釋放保護(hù)、輕瓦斯報警、冷控失電保護(hù)。
3）進(jìn)線柜保護(hù)系統(tǒng)。過負(fù)荷保護(hù)、速斷保護(hù)、差動保護(hù)。
4）發(fā)電機保護(hù)系統(tǒng)。差動保護(hù)、速斷保護(hù)、低電壓保護(hù)、過電壓保護(hù)、零序保護(hù)、失磁保護(hù)、逆功率保護(hù)、低周波保護(hù)、過負(fù)荷保護(hù)、勵磁回路一點接地、勵磁回路兩點接地。發(fā)電機保護(hù)出口動作的同時去分勵磁系統(tǒng)滅磁開關(guān)。
5）站用變保護(hù)系統(tǒng)。過負(fù)荷保護(hù)、速斷保護(hù)、變壓器溫度高保護(hù)。
4、發(fā)電機勵磁系統(tǒng)
TRT發(fā)電機勵磁系統(tǒng)采用交流勵磁機旋轉(zhuǎn)硅整流器勵磁，即三機（無刷）勵磁系統(tǒng)。三機勵磁系統(tǒng)由發(fā)電機、旋轉(zhuǎn)整流二級管裝置、主勵磁機、副勵磁機、勵磁控制器、可控整流橋、滅磁開關(guān)等構(gòu)成，見圖2。發(fā)電機勵磁電流由同軸的交流勵磁機經(jīng)硅整流二極管供給，交流勵磁機的勵磁電流由同軸的永磁式副勵磁機經(jīng)可控整流裝置供給。副勵磁機采用永磁式同步發(fā)電機，隨著主機運行參數(shù)的變化，勵磁調(diào)節(jié)控制器自動地改變交流勵磁機勵磁回路中可控整流裝置的控制角，以改變交流勵磁機的磁場電流，從而改變交流勵磁機的輸出電壓，最終達(dá)到調(diào)節(jié)發(fā)電機勵磁電流的目的。
圖2：發(fā)電機勵磁裝置原理圖
本TRT勵磁系統(tǒng)采用某廠生產(chǎn)的DECR系列發(fā)電機勵磁裝置，包括：勵磁控制器、可控整流橋、整流交流輸入、直流輸出開關(guān)。該裝置為全雙置勵磁調(diào)節(jié)控制裝置，2套勵磁調(diào)節(jié)控制器互為備用運行，雙整流橋并列運行。本裝置設(shè)有橫COSΦ調(diào)解及橫無功調(diào)解等發(fā)電機勵磁控制方式。
5、發(fā)電機并網(wǎng)裝置
準(zhǔn)同期并網(wǎng)按手動、自動2種方式設(shè)計。自動準(zhǔn)同期裝置選用某廠生產(chǎn)的自動準(zhǔn)同期裝置。自動準(zhǔn)同期并網(wǎng)系統(tǒng)中當(dāng)發(fā)電機的轉(zhuǎn)速升至一定轉(zhuǎn)速時，自動投入勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)，發(fā)電機實現(xiàn)自動升壓、自動升速、自動并網(wǎng)。
發(fā)電機自動并網(wǎng)裝置見圖3。TQMb、TQMo；TQMa'、TQMb分別為待并側(cè)和系統(tǒng)側(cè)TV二次電壓（TQMb公共接地），用于獲取并網(wǎng)信息。3SA為自動同期投入開關(guān)，2SA為手/自動同期選擇開關(guān)。JK3-9及JK3-10接入并列點斷路器的輔助接點（常開），其用途有：①用來實測斷路器合閘回路動作時間；②用來確認(rèn)線路是在切除還是投入狀態(tài)。在用于多對象時各并列點斷路器輔助接點通過各自的同期開關(guān)或選線器接到裝置的JK3-9及JK3-10上。JK3-18為同期裝置開關(guān)量輸入，即2SA選擇自動位，透平機轉(zhuǎn)速達(dá)到2850r/min時，通過該裝置的JK4-3、JK4-16及JK4-2、JK4-13控制量輸出給PLC系統(tǒng)發(fā)出“升速”、“降速”脈沖信號來自動調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速：當(dāng)PLC系統(tǒng)按下“電氣控制轉(zhuǎn)速”按鈕后，PLC控制系統(tǒng)每次接受到準(zhǔn)同期并網(wǎng)裝置發(fā)送的“升速”、“降速”信號時，透平機轉(zhuǎn)速設(shè)定值增、減0.5r/s。使發(fā)電機電壓頻率f向系統(tǒng)電壓頻率f1看齊。
圖3：發(fā)電機自動并網(wǎng)裝置原理圖
自動準(zhǔn)同期并網(wǎng)裝置通過壓差判別控制單元比較發(fā)電機電壓U與系統(tǒng)電壓U1的大小及方向，通過控制量輸出JK4-5、JK4-14及JK4-4、JK4-18為發(fā)電機勵磁自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)升壓、降壓，以實現(xiàn)增、減勵磁操作。從而達(dá)到調(diào)節(jié)發(fā)電機電壓，使發(fā)電機電壓U與系統(tǒng)電壓U1滿足并網(wǎng)條件。
合閘控制信號裝置的引出端子為JK4-1、JK4-12，當(dāng)該裝置自動檢測帶并發(fā)電機和系統(tǒng)間頻率差、電壓均滿足要求時，在發(fā)電機電壓和系統(tǒng)電壓相角差δ=0之前提前一個恒定的導(dǎo)前時間t發(fā)合閘脈沖命令，保證合閘瞬間相角差δ=0，發(fā)電機完成并網(wǎng)。
6、發(fā)電機緊急停機系統(tǒng)
TRT緊急停機系統(tǒng)是在了解發(fā)電機工藝要求的基礎(chǔ)上，在TRT事故狀態(tài)下第一時間停下發(fā)電機組，并及時從高爐煤氣系統(tǒng)中切除TRT發(fā)電機，同時打開減壓閥組，在切除發(fā)電機的同時確保高爐系統(tǒng)穩(wěn)定運行。
6.1TRT發(fā)電機工藝簡介
TRT發(fā)電機工藝圖見圖4。高爐產(chǎn)生的煤氣，經(jīng)重力干法除塵器，進(jìn)入TRT裝置。經(jīng)入口電動碟閥，入口插板閥，快切閥，經(jīng)透平機膨脹作功，帶動發(fā)電機發(fā)電，自透平機出來的煤氣，進(jìn)入低壓管網(wǎng)，與煤氣系統(tǒng)中減壓四閥組（液壓快開閥）并聯(lián)。
圖4：TRT發(fā)電機工藝圖
6.2TRT發(fā)電機停機系統(tǒng)簡介
圖5為發(fā)電機正常停機及事故停機程序框圖。當(dāng)TRT機組發(fā)生重故障時，由兩旁通快開閥進(jìn)行頂壓控制。兩旁通快開閥同時打開同樣開度，兩閥門同步對頂壓進(jìn)行自動調(diào)節(jié)。在高爐接到TRT跳機信號后，TRT運行人員可將旁通快開閥轉(zhuǎn)為手動，并逐步關(guān)閉旁通快開閥，將頂壓控制全部交給高爐控制室，控制減壓閥組。
圖5：TRT發(fā)電機停機邏輯框圖
7、結(jié)束語
從理論入手并與實踐相結(jié)合，通過對TRT發(fā)電機電氣系統(tǒng)的發(fā)電機高/低壓配電系統(tǒng)、發(fā)電機保護(hù)系統(tǒng)、發(fā)電機勵磁系統(tǒng)、發(fā)電機并網(wǎng)裝置和發(fā)電機緊急停機系統(tǒng)的介紹，使技術(shù)人員進(jìn)一步了解重鋼新區(qū)TRT發(fā)電機電氣系統(tǒng)對發(fā)電機的作用。在學(xué)習(xí)過程中總結(jié)出的點滴體會也為重鋼新區(qū)TRT發(fā)電機建設(shè)及應(yīng)用積累了經(jīng)驗。
2012年1月
來源：重鋼，鐵諾咨詢 