高炉煤气余压透平发电装置自动准同期并网方法 【技术领域】
本发明属于动力工程机械领域，涉及一种高炉煤气余压透平发电装置(Blast Furnace Top Gas Recovery Turbine Unit，以下简称TRT)实现自动准同期并网的方法。
背景技术
TRT是高炉炉顶煤气能量回收透平发电装置，是高炉的辅属设备，TRT装置的动力源是高炉煤气，高炉煤气的流量很大、压力很低；如2500M3高炉，煤气流量通常在40～45万M3/h左右，而煤气压力只有0.1～0.18MPa左右，而且不稳定；高炉炉顶的压力随时在波动，煤气流量的大小也随时在变化，这于小流量高压力的汽轮发电机组有很大区别，火力发电蒸汽压力通常在2～8MPa，比TRT煤气压力高几十倍，而蒸汽流量只有TRT煤气流量的几分之一，所以汽轮发电机组在并网前转速就很稳定，通常在±2r/min波动，而TRT发电机组在并网前转速通常在±50r/min甚至更大的范围变化；由于TRT这种复杂的工况条件，截止2000年底以前TRT只能依靠手动实现并网。
手动准同期并网是操作人员凭自己的经验观察手动准同期表将发电机并入电网；这种方法成功率低、可靠性差，同时并网是否成功与操作人员的经验有直接关系，如果并网瞬间的时机把握不好，容易对用户的电网造成冲击，如果操作人员的经验不丰富，易发生非同期并网，造成上级电网停电，影响其它设备正常运行，造成不可估量的经济损失。
【发明内容】
为了TRT装置实现自动并网，本发明的目的是提供一种高炉煤气余压透平发电装置自动准同期并网方法。使机组实现自动升速、自动升压、自动并网、自动升功率、自动调顶压等全自动控制，增加机组的技术含量，提高机组在市场的竞争力。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：高炉煤气余压透平发电装置自动准同期并网方法，包括以下步骤：
1)首先在高炉煤气余压透平发电装置与电网之间设置一同期检测继电器SYN3000作为检测元件；并配以升压、降压、升速、降速、合闸继电器构成检测装置；将电网侧电压、频率、相位角信号和发电机侧电压、频率、相位角信号送入同期检测继电器；
2)TRT转速升至90％额定转速时，通过高炉煤气余压透平发电装置中的PLC或DCS控制系统送出信号作为同期检测继电器自动投入信号；
3)对同期检测继电器内部进行参数整定，Vmax＝105V、Vmin＝95V、+dVmax＝5V、-dVmax＝5V、+dfmax＝0.2HZ、-dfmax＝0.2HZ、PHImax＝10°、TCBcomp＝90ms、tRuntime＝40min、tVt＝10S、tVv＝5s、tft＝15s、tfc＝20s；
4)检测元件检测压差、频差和相角差，并发出升压或降压信号通过2KA或3KA中间继电器送至发电机励磁调节系统，进行电压自动升降调节、发出升速或降速脉冲信号通过4KA或5KA中间继电器送至机组PLC(或DCS)控制系统，进行转速自动调节；
5)当高炉煤气余压透平发电装置同时满足并网地三个条件，即发电机电压与系统电压的电压差小于±5V、发电机频率与系统频率的频率差小于±0.2HZ、发电机电压初始相角与系统电压初始相角的相角差小于±10°；同期检测继电器发出并网信号，并通过6KA中间继电器送至发电机并网断路器合闸回路，将高炉煤气余压透平发电装置自动并入电网。
本发明的TRT自动准同期并网方法参数设置准确、检测装置选型合理，从而解决了TRT发电机无法实现自动并网的历史问题，对TRT发电机自动并网是一个创新，并填补了国内TRT无法实现自动并网的空白。
【附图说明】
图1是同期检测继电器电路图；
图2是同期检测继电器进行自动调节示意图；
图3是TRT装置自动并网示意图；
图4是控制流程图。
上述图中的参数符号说明：
PT—为发电机出线电压互感器
TQMa—发电机侧信号
TQMa′—电网侧信号
TQMb—发电机侧和电网侧基准信号
1KA—断路器防跳继电器
2KA—自动升压继电器
3KA—自动降压继电器
4KA—自动升速继电器
5KA—自动降速继电器
6KA—自动并网继电器
SYN3000—同期检测继电器
2SA.3SA—辅助选择开关
PLC(或DCS)—机组控制系统(可编程控制器或集散控制系统)
KA1—机组转速信号
1THM.2THM.3THM—同期合闸小母线
+KM.-KM—控制小母线
励磁—发电机励磁调节系统
1SA—手动并网开关
FU1.FU2.FU3.FU4—熔断器
Vmax—系统最大电压
Vmin—系统最小电压
+dVmax—正向电压差
-dVmax—负向电压差
+dfmax—正向频率差
-dfmax—负向频率差
PHImax—初相角差
TCBcomp—断路器合闸导前时间
tRuntime—装置工作时间
tVt—电压调节时间
tVv—电压调节速度
tfr—频率调节时间
tfc—频率调节速度
【具体实施方式】
以下结合附图对本发明作进一步的详细描述。
依照上述技术方案，本发明包括以下步骤：
1)首先采用同期检测继电器SYN3000作为检测元件；并配以升压、降压、升速、降速、合闸继电器；将电网侧电压、频率、相位角信号(TQMa、TQMb)和发电机侧电压、频率、相位角信号(TQMa′、TQMb)送入同期检测继电器；具体电路参见图1。
2)当TRT转速升至90％额定转速时，通过机组PLC(或DCS)控制系统送出信号作为同期检测继电器自动投入信号(附图1)。
在图1中，220VAC为同期检测继电器SYN3000工作电源，通过FU3、FU4熔断器以及同期检测继电器投入开关3SA接入(13、14)，220VDC为2KA、3KA、4KA、5KA、6KA即升压、降压、升速、降速、合闸中间继电器工作电源，电网侧电压、频率、相位角信号(TQMa、TQMb)和发电机侧电压、频率、相位角信号(TQMa′、TQMb)通过3SA接入同期检测继电器(31、32、34、35)，当TRT机组需要并网时将2SA打在自动位置，3SA打在工作位置，当TRT转速升至90％额定转速时机组PLC(或DCS)控制信号KA1接点自动闭合将同期检测继电器自动投入工作，同期检测继电器自动检测压差、频差和相角差，当需要升压时2KA工作，并将2KA接点信号送入发电机励磁系统进行自动升压，当需要降压时3KA工作，并将3KA接点信号送入发电机励磁系统进行自动降压，当需要升速时4KA工作，并将4KA接点信号送入机组PLC(或DCS)控制系统进行自动升速，当需要降速时5KA工作，并将5KA接点信号送入机组PLC(或DCS)控制系统进行自动降速，当同期检测继电器检测到三个并网条件同时满足时6KA工作，并将6KA接点信号送入TRT发电机自动并网回路。
3)对同期检测继电器内部进行参数整定，Vmax＝105V、Vmin＝95V、+dVmax＝5V、-dVmax＝5V、+dfmax＝0.2HZ、-dfmax＝0.2HZ、PHImax＝10°、TCBcomp＝90ms、tRuntime＝40min、tVt＝10S、tVv＝5s、tfr＝15s、tfc＝20s。
式中，Vmax—系统最大电压，Vmin—系统最小电压，+dVmax—正向电压差，-dVmax—负向电压差，+dfmax—正向频率差，-dfmax—负向频率差，PHImax—初相角差，TCBcomp—断路器合闸导前时间，tRuntime—装置工作时间，tVt—电压调节时间，tVv—电压调节速度，tfr—频率调节时间，tfc—频率调节速度；
4))检测元件检测压差、频差和相角差，并发出升压或降压信号通过2KA或3KA中间继电器送至发电机励磁调节系统，进行电压自动升降调节、发出升速或降速脉冲信号通过4KA或5KA中间继电器送至机组PLC(或DCS)控制系统，进行转速自动调节(附图2)。
5)当TRT发电机同时满足并网的三个条件时(即发电机电压与系统电压的电压差小于±5V、发电机频率与系统频率的频率差小于±0.2HZ、发电机电压初始相角与系统电压初始相角的相角差小于±10°)，同期检测继电器发出并网信号，并通过6KA中间继电器送至发电机并网断路合闸回路，将TRT自动并入电网，实现TRT装置自动并网(图3)。
在图3中，+KM1合闸正电源通过FU1熔断器→2SA(1、2)→KSC接点(550、722)→2SA(3、4)→6KA(同期检测继电器自动并网接点257、723)→2SA(11、12)→1SA(5、8)→1KA(115、119)→发电机并网断路器合闸机构(119、102)→FU2熔断器→合闸负电源-KM1形成自动并网回路，当自动并网接点6KA闭合时，接通发电机并网断路器合闸机构，将TRT发电机自动并入电网。
6)控制流程图
控制流程图参见图4，在图4中，PT为发电机侧电压互感器，是用来检测发电机侧电压、频率和相位角，并将发电机侧电压、频率和相位角信号反馈到同期检测继电器与电网侧电压、频率、相位角信号进行比较，同期检测继电器根据电网侧和发电机侧信号自动检测压差、频差和相角差，并发出升压信号通过2KA中间继电器送至发电机励磁调节系统进行自动升压、发出降压信号通过3KA中间继电器送至发电机励磁调节系统进行自动降压、发出升速脉冲信号通过4KA中间继电器送至机组PLC(或DCS)控制系统进行自动升速、发出降速脉冲信号通过5KA中间继电器送至机组PLC(或DCS)控制系统进行自动降速，当同期检测继电器检测到三个并网条件同时满足时6KA工作，并将6KA接点信号送入TRT发电机自动并网回路，将TRT发电机自动并入电网。
按照上述技术方案，申请人在昆明钢铁集团公司2500M3高炉TRT装置实验时首次实现自动并网，并在首钢3#2500M3高炉TRT、首钢1#2500M3高炉TRT装置、杭钢450M3高炉TRT装置、酒泉钢铁集团公司1650M3高炉TRT装置上得到验证，实现了自动并网；特别是首钢第一套TRT机组试车时，将同期检测继电器投入后仅2秒钟即实现自动并网。
实践证明TRT自动准同期并网系统参数设置准确、检测装置选型合理，从而解决了TRT发电机无法实现自动并网的历史问题，目前已应用二十多台套。