林文波，李玉慶，聶有壯，馬萬(wàn)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(guó)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(hào)：X703；X505
　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：C
　　文章編號(hào)：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(jì)約50余萬(wàn)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(gè)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(tái)，有35kV/6 kV兩個(gè)電壓等級(jí)，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(tái)，根據(jù)與電力局簽訂的調(diào)度協(xié)議，最多開(kāi)3臺(tái)發(fā)電機(jī)，滿發(fā)852kW。
　　廠內(nèi)5臺(tái)發(fā)電機(jī)分兩組，一組3臺(tái)，一組2臺(tái)，分設(shè)低壓母線，兩母線間設(shè)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)。分別通過(guò)兩臺(tái)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(shí)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(tái)數(shù)由PLC根據(jù)儲(chǔ)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(lái)指定啟動(dòng)哪一臺(tái)發(fā)電機(jī)和具體臺(tái)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(huì)產(chǎn)生很大的沖擊電流，不但會(huì)危及機(jī)組自身的安全，還會(huì)使電網(wǎng)產(chǎn)生波動(dòng)、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：
　?、侔l(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(huì)產(chǎn)生很大的拍振電流，使發(fā)電機(jī)繞組承受過(guò)大的電動(dòng)力，使線圈變形絕緣短路。
　?、诎l(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(huì)由于電位差而產(chǎn)生內(nèi)部無(wú)功環(huán)流，生成很大的電磁沖擊力。
　?、郯l(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(guò)0.5～1Hz)，否則會(huì)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(dòng)，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(wú)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(shí)，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(huì)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(shí)，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(guò)增減勵(lì)磁電流來(lái)調(diào)整發(fā)電機(jī)的輸出電壓，改變?nèi)細(xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)整頻率，調(diào)節(jié)瞬時(shí)速率來(lái)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(guò)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(shí)配備有自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置。通過(guò)電壓差表可以測(cè)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(guò)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(shí)，同期表指針就順時(shí)針快速旋轉(zhuǎn)；反之，則逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。頻率差得越大，同期表的指針轉(zhuǎn)得越快，頻率差減小時(shí)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(shí)，即可進(jìn)行手動(dòng)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(huì)自動(dòng)掉閘，與電網(wǎng)解裂，自動(dòng)停機(jī)。?
　?、龠^(guò)負(fù)荷故障：如果在發(fā)電機(jī)組運(yùn)行時(shí)，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?，F(xiàn)場(chǎng)安裝了負(fù)載傳感器，當(dāng)嚴(yán)重超負(fù)荷時(shí)自動(dòng)停機(jī)。?
　　②超速故障：如果發(fā)電機(jī)組超過(guò)額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí)，會(huì)導(dǎo)致發(fā)電頻率與電網(wǎng)頻率不同。故設(shè)計(jì)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(shí)，視其為故障，自動(dòng)停機(jī)。?
　?、塾蛪汗收希喊l(fā)電機(jī)組的潤(rùn)滑系統(tǒng)是否正常是通過(guò)其油壓反映出來(lái)的，油壓不正?？梢暈闄C(jī)組處于非正常運(yùn)行狀態(tài)，嚴(yán)重時(shí)可通過(guò)繼電器自動(dòng)停機(jī)。
　?、芩疁?、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(wú)水、少水或水溫過(guò)高，說(shuō)明冷卻系統(tǒng)不正常，可使機(jī)組損壞?，F(xiàn)安裝了水溫、水位傳感器，在其非正常狀態(tài)時(shí)自動(dòng)停機(jī)。?
　?、菪铍姵毓收希盒铍姵赜糜诮o發(fā)電機(jī)組定子的自身勵(lì)磁，勵(lì)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(jì)了蓄電池電壓繼電器，當(dāng)其故障時(shí)自動(dòng)停機(jī)。?
　　⑥功率方向故障：發(fā)電機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)向電網(wǎng)輸出電能，非正常時(shí)電網(wǎng)向發(fā)電機(jī)提供電源，此時(shí)發(fā)電機(jī)就變成了電動(dòng)機(jī)而消耗電能。故設(shè)計(jì)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(dòng)停機(jī)。?
　?、呔o急停車裝置：當(dāng)發(fā)電機(jī)組遇到緊急情況時(shí)，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(lì)磁系統(tǒng)及二次電路

3.1 勵(lì)磁系統(tǒng)
　　勵(lì)磁系統(tǒng)是交流同步發(fā)電機(jī)核心組成部分，勵(lì)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(lì)、恒壓式無(wú)刷發(fā)電機(jī)，配有復(fù)勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)，發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁功率由其內(nèi)部獲得。這種復(fù)勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能好，突加、突卸額定負(fù)載時(shí)電壓瞬變小、暫態(tài)過(guò)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(dòng)準(zhǔn)同期并列控制電路，手動(dòng)并列和解列控制電路，測(cè)量電路，燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)輔助設(shè) 備控制電路，直流24V供電、充電電路，發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)和停車電路，繼電保護(hù)電路等。

4　 結(jié)束語(yǔ)

　　 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(guó)尚屬首例，它的成功結(jié)束了中國(guó)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(guó)內(nèi)該項(xiàng)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