林文波，李玉慶，聶有壯，馬萬里?
（天津市東郊污水處理廠,天津300300）

　　摘　要：污水處理廠沼氣發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)發(fā)電在國內(nèi)尚屬首例，為大型污水處理廠的沼氣綜合利用和節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用提供了很好的途徑。
　　關(guān)鍵詞：污水處理廠；沼氣發(fā)電；并網(wǎng)運(yùn)行
　　中圖分類號：X703；X505
　　文獻(xiàn)標(biāo)識碼：C
　　文章編號：1000-4602(1999)12-0039-02

　　1998年10月12日，天津市東郊污水處理廠沼氣發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)發(fā)電的一次成功，每年不但可以節(jié)約可觀的運(yùn)行費(fèi)用(初步估計約50余萬元)，而且可以利用回收發(fā)電機(jī) 尾氣的熱能，為污泥處理工藝中的污泥加溫提供了可靠的熱源，使整個污泥處理工藝進(jìn)入了良性循環(huán)。?

1　 二次結(jié)線系統(tǒng)

　　 天津市東郊污水處理廠為雙電源用戶，設(shè)35kV變電站一座，站內(nèi)有5000W主變兩臺，有35kV/6 kV兩個電壓等級，35kV為內(nèi)橋結(jié)線，6kV為單母線分段運(yùn)行。
　　安裝的PARTNER—LSA475—RBC型沼氣發(fā)電機(jī)組單機(jī)視在功率355kW，有功功率284kW，額定 電壓380V，額定電流539A，功率因數(shù)0.8，頻率50Hz，暫態(tài)電抗Xd=16%，共5臺，根據(jù)與電力局簽訂的調(diào)度協(xié)議，最多開3臺發(fā)電機(jī)，滿發(fā)852kW。
　　廠內(nèi)5臺發(fā)電機(jī)分兩組，一組3臺，一組2臺，分設(shè)低壓母線，兩母線間設(shè)聯(lián)絡(luò)開關(guān)。分別通過兩臺6.3 kV/0.4 kV升壓變壓器與35 kV變電站6 VⅡ母線并網(wǎng)運(yùn)行。

2 發(fā)電機(jī)并網(wǎng)解裂系統(tǒng)

2.1 并網(wǎng)運(yùn)行系統(tǒng)
　　發(fā)電機(jī)與電力系統(tǒng)采用并聯(lián)方式運(yùn)行，運(yùn)行時間根據(jù)調(diào)度協(xié)議，按照“兩班制運(yùn)轉(zhuǎn)”方式進(jìn)行。運(yùn)轉(zhuǎn)臺數(shù)由PLC根據(jù)儲氣罐燃料的多少、工藝管路的回水溫度高低、發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)以及運(yùn)轉(zhuǎn)的先后次序來指定啟動哪一臺發(fā)電機(jī)和具體臺數(shù)，因此每天都需要使某些發(fā)電機(jī)投入或退出系統(tǒng)，進(jìn)行并列和解列操作。并列是非常重要的操作，發(fā)電機(jī)的非同期并列，會產(chǎn)生很大的沖擊電流，不但會危及機(jī)組自身的安全，還會使電網(wǎng)產(chǎn)生波動、破壞穩(wěn)定性。因此要求同期裝置和控制、保護(hù)裝置齊全可靠。
　　為了使發(fā)電機(jī)能并網(wǎng)發(fā)電，必須滿足以下條件：
　　①發(fā)電機(jī)發(fā)出電源的相序與電網(wǎng)匯流排相序相同。否則，不但發(fā)電機(jī)不能進(jìn)入同步，而且會產(chǎn)生很大的拍振電流，使發(fā)電機(jī)繞組承受過大的電動力，使線圈變形絕緣短路。
　　②發(fā)電機(jī)的電壓有效值與電網(wǎng)匯流排的電壓有效值相等或接近相等(電壓差<10%)，否則，會由于電位差而產(chǎn)生內(nèi)部無功環(huán)流，生成很大的電磁沖擊力。
　　③發(fā)電機(jī)的頻率應(yīng)與電力系統(tǒng)電源的頻率基本相等(頻率差不能超過0.5～1Hz)，否則會因?yàn)榕恼耠娏骱团恼耠妷旱挠泄Ψ至吭诎l(fā)電機(jī)軸上產(chǎn)生力矩，使發(fā)電機(jī)產(chǎn)生機(jī)械振動，造成機(jī)組損壞。
　　④發(fā)電機(jī)的電壓相位與電力系統(tǒng)電源的電壓相位相等(相位差＜10°)，否則將產(chǎn)生有功和無功電流沖擊，使發(fā)電機(jī)燒毀。?
　　發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)并列運(yùn)行時，由于電網(wǎng)的容量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于發(fā)電機(jī)的容量，所以發(fā)電機(jī)工作狀態(tài)的變化不會影響電網(wǎng)電壓和頻率，因此在發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)并列時，可認(rèn)為電網(wǎng)電壓和頻率是不變的。待并發(fā)電機(jī)以電網(wǎng)為基準(zhǔn)，通過增減勵磁電流來調(diào)整發(fā)電機(jī)的輸出電壓，改變?nèi)細(xì)獍l(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速來調(diào)整頻率，調(diào)節(jié)瞬時速率來滿足相位差，在基本滿足并列條件的瞬間，閉合發(fā)電機(jī)的主斷路器使發(fā)電機(jī)投入系統(tǒng)，這就是發(fā)電機(jī)并列過程。
　　為了直觀判斷是否滿足并列條件，發(fā)電機(jī)的同期屏上安裝有電壓差表、兩組同期指示燈和同期表用以檢查和監(jiān)視，同時配備有自動準(zhǔn)同期裝置。通過電壓差表可以測得待并發(fā)電機(jī)的端電壓與電網(wǎng)匯流母排間的電壓差；通過同期指示燈的暗、亮可以檢查發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)匯流排側(cè)的頻率和相序；當(dāng)待并發(fā)電機(jī)的頻率高于電網(wǎng)的運(yùn)行頻率時，同期表指針就順時針快速旋轉(zhuǎn)；反之，則逆時針方向旋轉(zhuǎn)。頻率差得越大，同期表的指針轉(zhuǎn)得越快，頻率差減小時指針旋轉(zhuǎn)減慢，當(dāng)兩側(cè)頻率差減小到一定程度后，頻率非常接近，指針位置與同期點(diǎn)的夾角即是兩側(cè)電壓的相位差。當(dāng)上述儀表指示滿足并列條件時，即可進(jìn)行手動準(zhǔn)同期并列操作。?
2.2 解裂保護(hù)系統(tǒng)
　　為了使發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)后可靠穩(wěn)定運(yùn)行，該機(jī)組設(shè)置了安全完善的保護(hù)裝置，一旦機(jī)組出現(xiàn)下列故障，會自動掉閘，與電網(wǎng)解裂，自動停機(jī)。?
　　①過負(fù)荷故障：如果在發(fā)電機(jī)組運(yùn)行時，其輸出功率大于額定功率的10%，發(fā)電機(jī)組超力就容易使機(jī)組損壞。現(xiàn)場安裝了負(fù)載傳感器，當(dāng)嚴(yán)重超負(fù)荷時自動停機(jī)。?
　　②超速故障：如果發(fā)電機(jī)組超過額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行時，會導(dǎo)致發(fā)電頻率與電網(wǎng)頻率不同。故設(shè)計了轉(zhuǎn)速繼電器，當(dāng)發(fā)電機(jī)運(yùn)行轉(zhuǎn)速大于額定轉(zhuǎn)速的2%時，視其為故障，自動停機(jī)。?
　　③油壓故障：發(fā)電機(jī)組的潤滑系統(tǒng)是否正常是通過其油壓反映出來的，油壓不正常可視為機(jī)組處于非正常運(yùn)行狀態(tài)，嚴(yán)重時可通過繼電器自動停機(jī)。
　　④水溫、水位故障：發(fā)電機(jī)內(nèi)部的循環(huán)水用于機(jī)組冷卻，當(dāng)機(jī)組內(nèi)無水、少水或水溫過高，說明冷卻系統(tǒng)不正常，可使機(jī)組損壞。現(xiàn)安裝了水溫、水位傳感器，在其非正常狀態(tài)時自動停機(jī)。?
　　⑤蓄電池故障：蓄電池用于給發(fā)電機(jī)組定子的自身勵磁，勵磁系統(tǒng)的好壞直接影響發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行質(zhì)量，故設(shè)計了蓄電池電壓繼電器，當(dāng)其故障時自動停機(jī)。?
　　⑥功率方向故障：發(fā)電機(jī)組正常運(yùn)行時向電網(wǎng)輸出電能，非正常時電網(wǎng)向發(fā)電機(jī)提供電源，此時發(fā)電機(jī)就變成了電動機(jī)而消耗電能。故設(shè)計了功率方向繼電裝置，使發(fā)電機(jī)只能給電網(wǎng)提供電源，一旦反向就與電網(wǎng)解裂，自動停機(jī)。?
　　⑦緊急停車裝置：當(dāng)發(fā)電機(jī)組遇到緊急情況時，可按急停按鈕使發(fā)電機(jī)組瞬間與電網(wǎng)解裂，停止機(jī)組運(yùn)行。?

3　 發(fā)電機(jī)的勵磁系統(tǒng)及二次電路

3.1 勵磁系統(tǒng)
　　勵磁系統(tǒng)是交流同步發(fā)電機(jī)核心組成部分，勵磁系統(tǒng)的好壞直接影響同步發(fā)電機(jī)的性質(zhì)和運(yùn)行質(zhì)量。東郊污水處理廠安裝的同步發(fā)電機(jī)是自激勵、恒壓式無刷發(fā)電機(jī)，配有復(fù)勵勵磁系統(tǒng)，發(fā)電機(jī)的勵磁功率由其內(nèi)部獲得。這種復(fù)勵勵磁系統(tǒng)動態(tài)性能好，突加、突卸額定負(fù)載時電壓瞬變小、暫態(tài)過程小，超載能力可達(dá)到發(fā)電機(jī)額定電流的2.5倍，能夠承受3倍于額定值的短路電流，在A.V.R調(diào)節(jié)器作用下，可獲得很高的穩(wěn)態(tài)電壓調(diào)整率等突出優(yōu)點(diǎn)。?
3.2 二次電路
　　發(fā)電機(jī)的二次電路是由不同功能的基本電路組成的，主要包括發(fā)電機(jī)調(diào)壓電路，發(fā)電機(jī)調(diào)速電路，自動準(zhǔn)同期并列控制電路，手動并列和解列控制電路，測量電路，燃?xì)獍l(fā)動機(jī)輔助設(shè) 備控制電路，直流24V供電、充電電路，發(fā)動機(jī)啟動和停車電路，繼電保護(hù)電路等。

4　 結(jié)束語

　　 天津市東郊污水處理廠沼氣發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)發(fā)電在全國尚屬首例，它的成功結(jié)束了中國污水處理廠沼氣發(fā)電機(jī)組不能并網(wǎng)的歷史，填補(bǔ)了國內(nèi)該項目的空白，也為大型城市污水處理廠沼氣綜合利用提供了很好的途徑。?

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　　收稿日期：1999-06-21