提高公用工程系统供电可靠性的改进措施

2022-09-10

大连西太平洋石油化工有限公司是一家大型石化企业, 公司内部共6台66/6.3KV主变压器, 总容量为188MVA, 其中3#、4#主变分别供电给6KVⅢ段、Ⅳ段母线运行, 两条母线通过分段655开关并列运行, 主要用电负荷为公司公用工程系统, 如动力锅炉、循环水、污水处理等装置, 这些装置在生产运行中起到至关重要的作用, 即在生产装置紧急停工时, 保证蒸汽、循环水等介质的供应, 以不发生着火、爆炸等次生灾害。

一、公司共用工程系统概况

公司现有3台发电机, 总装机容量24MW, 由于石化企业自备电站均“以汽定电”即根据生产用蒸汽量来决定发电量, 尤其在夏季因为蒸汽用量低, 发电机运行最大负荷在2MW左右, 同全公司平均生产负荷80MW相差很大, 因此当出现系统全停电时, 发电机系统必须从主电网解列而独立运行, 根据重要程度, 依次保证动力站、循环水、污水处理装置的供电, 否则发电机由于负载过大最终停机, 这对企业生产是致命的。

目前, 公用工程系统供电运行方式如图一。

正常运行时发电机及1#、2#、3#动力站, 1#循环水, 1#污水处理运行于6KV备Ⅱ段, 经6KVⅣ段母联657开关同系统并列, 设有低周低压保护装置, 当出现系统全停电时, 保护装置检测到6KV备Ⅱ段母线电压过低或频率过低时, 断开发电机系统并列点657开关, 保证6KV备Ⅱ段母线由发电机正常供电;同时外电网系统设有备用线路自投装置, 3s后备用电源自动投入, 为防止备用线路合闸时出现非同期并列, 因此备用线路在合闸前也要断开发电机系统并列点657开关, 检测到657开关确实在断开位置后, 才能够合上备用线路。

各公用工程装置变电所均采用单母线分段的供电结构, 其中分段开关设有备自投装置, 自投时间1s。当出现外电网停电, 发电机独立运行时, 如循环水、污水处理装置变电所6KVⅡ段母线由于由总变6KVⅣ段母线供电而停电, 但1s后可能会因为分段开关自投成功而恢复供电。

然而, 目前运行方式存在以下几点问题与隐患:

1.若3#发电机运行, 当发电机与系统解列独立运行时 (主要是针对外部电网故障) , 由于3#发电机是进汽1.0MPa凝气式机组, 同背压式机组1#、2#机不同, 系统停电后伴热、保安、消防蒸汽的大量使用使公司1.0MPa蒸汽压力迅速下降, 3#发电机的输出功率不断降低, 最终可能会成为同步电动机运行, 对1#、2#机组的稳定运行带来隐患, 干扰公司动力站、污水、循环水装置的正常运行, 严重时可能会造成系统全面瓦解。

2.在进行动力站、污水、循环水6KV合环操作过程中, 可能会存在非同期并列的操作风险。如下图, 若在进行上述变电所高压母联开关合闸瞬间, 总变Ⅳ段母联657开关跳闸, 那么上述变电所两段分属两个不同的电源系统, 对于两个不同系统的并列必须进行同期合闸, 否则可能发生非同期合闸的严重后果 (非同期并列的短路电流比三相短路电流还要大) , 如图二。

目前所采取的措施是, 在进行上述装置合环操作时, 拉开Ⅳ段母联657开关的控制保险, 同时退出备用线路自投装置, 以保证不会出现657开关跳闸而使发电机解列及备自投装置启动非同期故障的发生;但657开关控制保险拉开后, 该开关已不具备跳闸的能力, 使6KV备Ⅱ段母线失去保护, 发生故障时只能越级跳闸, 不满足继电保护关于选择性的要求, 同时当出现外网停电故障时, 6KV备Ⅱ段系统无法从系统解列, 最终造成发电机瓦解的恶性事故。

3.现运行方式下, 公用工程系统无真正意义的备用母线。按原设计母线结构, 分工作段母线及备用段母线, 正常运行的负荷都应该在工作段;而实际工作段、备用段均带有正常运行的负荷, 在母线需要检修、停电检查时, 无法合理切换;同时在出现发电机解列独立运行时, 易造成发电机出力不足, “小马拉大车”的情况, 而通常采用的人工减载往往反应不迅速。

在解决以上三点问题的同时还要兼顾以下方面问题:

(1) 保证所有装置变电所的双重供电线路由总变不同母线段供电, 当一段母线出现问题时不能影响装置的正常供电;

(2) 发电机系统需要保证与系统解列后动力站、污水、循环水的正常运行;

(3) 外部电网故障后凝汽机组3#发电机迅速从系统解列;二、公司公用工程系统改进方案

为解决以上问题, 首先要对运行方式进行一些调整, 如图三

运行方式调整后, 所有负荷运行于工作段母线, 即6KVⅢ段、6KVⅣ段, 6KV备Ⅱ段母线作为旁路母线便于运行方式的灵活切换。

此运行方式下, 发电机系统的解列点变为3#、4#变压器的主二次开关, 即653、654两个开关, 当公司外网备用线路自投前, 要同时跳开653、654两个开关, 保证发电机同电网解列再合上备用线路开关, 确保不会发生非同期并列 (目前备用线路备自投装置能够通过跳闸出口压板的切换实现此功能) ;由于石化企业公用工程系统用电负荷受气温影响变化较大, 同时发电负荷也存在季节性变化, 往往呈现出夏季发电少冬季发电多的现象, 造成系统故障后发电机独立运行系统运行不稳定, 为保证解列后的系统稳定, 应按照《电力系统安全稳定导则》的要求, 有计划地按频率下降情况自动减去足够数量的较次要负荷, 保证系统安全运行和重要负荷的不间断供电。

三、系统低频减载装置的配置与整定

由于系统运行结构是6KVⅢ、Ⅳ段母线通过分段655开关并列于运行, 当出现低周低压情况时, 同时通过跳开3#、4#主变二次开关以使发电机独立运行, 因此应在6KVⅢ、Ⅳ段设置低周减载装置各一套, 分别动作于6KVⅢ、Ⅳ段负荷。

如前所述3#发电机由于蒸汽的原因, 在出现系统全停电的情况下需要迅速解列 (跳开6301开关) , 以免影响1#、2#发电机正常运行;而如果因为非外系统故障, 即使发电机系统解列后, 3#发电机能维持正常运行, 不应该停机, 因此3#发电机的跳闸需要通过现有66KV备自投装置实现 (现有备自投装置有备用的跳闸输出接点) 。

从以上供配电负荷来开, 夏季有效的发电负荷在3000KW, 而用电负荷在13140KW, 即使在冬季, 发电负荷在6000KW时, 用电负荷仍维持在14280KW, 关键在于空分空压用电负荷过大, 约占总用电负荷的一半, 根据《电力系统自动低频减负荷技术规定》要求, “对于大机组小系统和某些形成孤立网的情况, 可能的最大有功功率缺额值很大, 宜考虑采用联锁切相适应大容量集中负荷的办法, 以防止在频率快速下降的同时, 出现电压快速下降而发生电压崩溃的恶果。”因此当出现外网故障, 应设置一套低周低压解列装置迅速跳开3#、4#主变主二次开关, 发电机系统解列运行时, 同时跳开1#空分空压6308开关、2#空分6409开关。

并不是出现低周低压的情况就一定要进行发电机系统的解列, 为防止3#、4#主变差动保护及6KVⅢ、Ⅳ段母线短路时, 低周低压解列保护误动作, 因此低周低压保护动作条件应增设低电压闭锁。

根据公用工程系统在生产中的重要程度, 低频减载应依次减载海水升压、污水处理、循环水, 而动力站作为发电机的动力源及全公司生产、消防的重要保障, 不参与到低频减载保护中;同时不同的公用工程系统存在不同的作用, 因此不宜同时切除两个以上的装置, 根据情况选择三轮减载, 6KVⅢ、Ⅳ段设备继电保护定值设置如下:

结束语

尽管随着地方电网的不断扩能改进, 电网的安全可靠性不断提高, 公司生产运行20年间仅发生过一例由于外部电网故障而引起的系统全停电事故, 但企业的保安电力对企业安全退料、恢复生产起到极其重要的作用, 传统的人工减负荷无法满足动作的迅速性, 处理不当会造成保安电力的全面瘫痪, 引发大范围事故;采用低周减载装置能够有效、快速地切除次要负荷, 维护好保安电力的稳定运行, 对于企业至关重要。