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(jī)組由西安陜鼓動(dòng)力股份有限公司設(shè)計(jì)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(jiǎn)稱TRT）是目前國(guó)際上公認(rèn)的有價(jià)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(dòng)發(fā)電機(jī)組發(fā)電。TRT發(fā)電機(jī)組回收高爐鼓風(fēng)機(jī)所需能量的30%左右，實(shí)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(gè)重大節(jié)能技術(shù)措施項(xiàng)目，經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。
1、機(jī)組概況
發(fā)電機(jī)型號(hào)：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(lì)磁電流：290A；
接法：Y；絕緣等級(jí)：F/F；
型式：無刷勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)。
無刷勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)包括主、副勵(lì)磁機(jī)、勵(lì)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(jī)帶雙軸承座，軸瓦強(qiáng)制油冷卻，帶整體底座。高爐短期休風(fēng)時(shí)，發(fā)電機(jī)能自動(dòng)轉(zhuǎn)為電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行方式。發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁由無刷勵(lì)磁裝置供給。無刷勵(lì)磁裝置由同軸旋轉(zhuǎn)的交流無刷勵(lì)磁、永副勵(lì)磁機(jī)、旋轉(zhuǎn)整流盤和靜止的MAVR自動(dòng)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(tái)發(fā)電機(jī)出線PT柜；1臺(tái)勵(lì)磁用PT柜；1臺(tái)發(fā)電機(jī)并網(wǎng)柜；1臺(tái)母線PT柜；1臺(tái)站用變壓器柜；1臺(tái)大容量開關(guān)進(jìn)線柜；1臺(tái)站用變壓器（630kVA）；1臺(tái)升壓變壓器（35/10.5kV）。
圖1：TRT發(fā)電機(jī)高壓一次系統(tǒng)圖
為避免短路沖擊電流對(duì)發(fā)電機(jī)、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(diǎn)，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(jī)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(rùn)滑油泵、動(dòng)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(dòng)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(dòng)投切帶全站低壓負(fù)荷。
3、發(fā)電機(jī)保護(hù)系統(tǒng)
發(fā)電機(jī)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(jī)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(cè)控系統(tǒng)。微機(jī)保護(hù)裝置選用Schneider公司產(chǎn)品，設(shè)置1套電氣后臺(tái)，具有向上級(jí)通訊功能，實(shí)現(xiàn)“四遙”功能，同時(shí)電氣后臺(tái)與調(diào)度中心可實(shí)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(hào)分別取至上級(jí)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(bào)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(dòng)保護(hù)。
4）發(fā)電機(jī)保護(hù)系統(tǒng)。差動(dòng)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(lì)磁回路一點(diǎn)接地、勵(lì)磁回路兩點(diǎn)接地。發(fā)電機(jī)保護(hù)出口動(dòng)作的同時(shí)去分勵(lì)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(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)
TRT發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)采用交流勵(lì)磁機(jī)旋轉(zhuǎn)硅整流器勵(lì)磁，即三機(jī)（無刷）勵(lì)磁系統(tǒng)。三機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)由發(fā)電機(jī)、旋轉(zhuǎn)整流二級(jí)管裝置、主勵(lì)磁機(jī)、副勵(lì)磁機(jī)、勵(lì)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(jī)勵(lì)磁電流由同軸的交流勵(lì)磁機(jī)經(jīng)硅整流二極管供給，交流勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁電流由同軸的永磁式副勵(lì)磁機(jī)經(jīng)可控整流裝置供給。副勵(lì)磁機(jī)采用永磁式同步發(fā)電機(jī)，隨著主機(jī)運(yùn)行參數(shù)的變化，勵(lì)磁調(diào)節(jié)控制器自動(dòng)地改變交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁回路中可控整流裝置的控制角，以改變交流勵(lì)磁機(jī)的磁場(chǎng)電流，從而改變交流勵(lì)磁機(jī)的輸出電壓，最終達(dá)到調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流的目的。
圖2：發(fā)電機(jī)勵(lì)磁裝置原理圖
本TRT勵(lì)磁系統(tǒng)采用某廠生產(chǎn)的DECR系列發(fā)電機(jī)勵(lì)磁裝置，包括：勵(lì)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(lì)磁調(diào)節(jié)控制裝置，2套勵(lì)磁調(diào)節(jié)控制器互為備用運(yùn)行，雙整流橋并列運(yùn)行。本裝置設(shè)有橫COSΦ調(diào)解及橫無功調(diào)解等發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制方式。
5、發(fā)電機(jī)并網(wǎng)裝置
準(zhǔn)同期并網(wǎng)按手動(dòng)、自動(dòng)2種方式設(shè)計(jì)。自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置選用某廠生產(chǎn)的自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置。自動(dòng)準(zhǔn)同期并網(wǎng)系統(tǒng)中當(dāng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速升至一定轉(zhuǎn)速時(shí)，自動(dòng)投入勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)，發(fā)電機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)升壓、自動(dòng)升速、自動(dòng)并網(wǎng)。
發(fā)電機(jī)自動(dòng)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(dòng)同期投入開關(guān)，2SA為手/自動(dòng)同期選擇開關(guān)。JK3-9及JK3-10接入并列點(diǎn)斷路器的輔助接點(diǎn)（常開），其用途有：①用來實(shí)測(cè)斷路器合閘回路動(dòng)作時(shí)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(duì)象時(shí)各并列點(diǎn)斷路器輔助接點(diǎn)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(dòng)位，透平機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到2850r/min時(shí)，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(hào)來自動(dòng)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(hào)時(shí)，透平機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)定值增、減0.5r/s。使發(fā)電機(jī)電壓頻率f向系統(tǒng)電壓頻率f1看齊。
圖3：發(fā)電機(jī)自動(dòng)并網(wǎng)裝置原理圖
自動(dòng)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(jī)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(jī)勵(lì)磁自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)升壓、降壓，以實(shí)現(xiàn)增、減勵(lì)磁操作。從而達(dá)到調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)電壓，使發(fā)電機(jī)電壓U與系統(tǒng)電壓U1滿足并網(wǎng)條件。
合閘控制信號(hào)裝置的引出端子為JK4-1、JK4-12，當(dāng)該裝置自動(dòng)檢測(cè)帶并發(fā)電機(jī)和系統(tǒng)間頻率差、電壓均滿足要求時(shí)，在發(fā)電機(jī)電壓和系統(tǒng)電壓相角差δ=0之前提前一個(gè)恒定的導(dǎo)前時(shí)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(jī)完成并網(wǎng)。
6、發(fā)電機(jī)緊急停機(jī)系統(tǒng)
TRT緊急停機(jī)系統(tǒng)是在了解發(fā)電機(jī)工藝要求的基礎(chǔ)上，在TRT事故狀態(tài)下第一時(shí)間停下發(fā)電機(jī)組，并及時(shí)從高爐煤氣系統(tǒng)中切除TRT發(fā)電機(jī)，同時(shí)打開減壓閥組，在切除發(fā)電機(jī)的同時(shí)確保高爐系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。
6.1TRT發(fā)電機(jī)工藝簡(jiǎn)介
TRT發(fā)電機(jī)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(dòng)碟閥，入口插板閥，快切閥，經(jīng)透平機(jī)膨脹作功，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，自透平機(jī)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(jī)工藝圖
6.2TRT發(fā)電機(jī)停機(jī)系統(tǒng)簡(jiǎn)介
圖5為發(fā)電機(jī)正常停機(jī)及事故停機(jī)程序框圖。當(dāng)TRT機(jī)組發(fā)生重故障時(shí)，由兩旁通快開閥進(jìn)行頂壓控制。兩旁通快開閥同時(shí)打開同樣開度，兩閥門同步對(duì)頂壓進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)。在高爐接到TRT跳機(jī)信號(hào)后，TRT運(yùn)行人員可將旁通快開閥轉(zhuǎn)為手動(dòng)，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(jī)停機(jī)邏輯框圖
7、結(jié)束語
從理論入手并與實(shí)踐相結(jié)合，通過對(duì)TRT發(fā)電機(jī)電氣系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)高/低壓配電系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)保護(hù)系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)并網(wǎng)裝置和發(fā)電機(jī)緊急停機(jī)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(jī)電氣系統(tǒng)對(duì)發(fā)電機(jī)的作用。在學(xué)習(xí)過程中總結(jié)出的點(diǎn)滴體會(huì)也為重鋼新區(qū)TRT發(fā)電機(jī)建設(shè)及應(yīng)用積累了經(jīng)驗(yàn)。
2012年1月
來源：重鋼，鐵諾咨詢 