杨超++冯爱民
【摘 要】美国索拉公司生产的轻型天然气发电机组具有布置灵活方便、发电性能稳定、控制技术先进，使得中石油各地方油田野外作业区都有较多的应用。随着国家电力事业的不断发展和完善，油田电网与地方电网的联网运行将是一种必然的结果。本文主要是在总结油田各电站在与地方电网并网运行过程中出现的一些问题，特别是对索拉机组控制模式的选择对并网成功与否和并网后机组运行的稳定性进行了深入研究和分析。针对油田各电站的不同状况，经过不断的总结和试验，系统行的提出了解决方案，并成功应用于实际运行当中，解决了长期困扰索拉机组并网成功率低、并网过程中系统脆弱的难题。
【关键词】索拉 并网 控制
1 前言
美国索拉公司在中国轻型天然气发电机组中占有重要的市场份额，仅塔里木油田就有塔西南、轮南、克拉2、塔中、英买力5个电站24台机组。同时随着国家电力事业的发展和考虑电网的安全可靠性，各地方和企业电网联网运行是一种必然的趋势。
各电站在与地方电网并网运行过程中，出现了一些问题，特别是索拉机组控制模式的选择对并网成功与否和并网后机组运行的稳定性都值得我们去深入研究和分析。
2 索拉机组控制模式概述
电网的重要指标是频率和电压，而电网的频率和电压主要是由机组的频率和电压来决定的，当一个电网的有功功率和无功功率恒定不变时，电网的频率和电压是否稳定主要是由电网中机组的有功功率控制模式和无功功率控制模式来决定，机组之间的有功和无功分配由机组的转速和电压来决定。当机组与电网并网运行时均要设置合适的有功和无功控制模式以保证电网的稳定。索拉机组有功控制模式包括：速度有差、速度无差、有功功率锁定。无功控制模式包括：电压无差、电压有差。另外考虑电网中的功率因数稳定还设有功率因数锁定控制模式。索拉公司提供给用户的多种模式，可满足索拉机组与不同的电网连接时的选择。一般机组与电网并列运行时，电压控制模式均是选择电压有差运行，在此不做更多的讨论。
2.1 速度无差控制：（见图1）
当机组所带负载发生变化时，机组的频率（转速）不发生变化。
2.2 速度有差控制：（见图2）
当机组所带负载发生变化时，机组的频率（转速）发生变化。
2.3 有功功率锁定：（见图3）
机组在电网中保证所带有功功率不发生变化，但机组的频率（转速）发生变化。
2.4 功率因数锁定：（见图4）
机组在电网中保证所带有功功率不发生变化，但机组的频率（转速）发生变化。
3 索拉机组与外网并网控制模式选择实际应用分析
3.1 索拉公司推荐的与外网并网发电机控制模式
如图5所示由索拉燃机构成的本地网通过一个主断路器（MCB）与外网相连。索拉燃机将MCB的分合信号引入控制程序，以判断是否与外网相连。当MCB闭合时，燃机判断本地网已和外网相连，发电机控制模式将自动从速度无差控制转为有功锁定和功率因数锁定，燃机负荷不因外网负荷变化而变化。当MCB断开时，燃机判断本地网已和外网解列，发电机控制模式将从有功锁定和功率因数锁定自动切换到速度无差控制，燃机将承载本地网所有负荷。
索拉公司推荐的与外网并网运行时机组控制模式：速度无差控制、电压有差控制、功率因数锁定、有功锁定。
3.2 油田电网与外网并网分析
3.2.1 克拉2采用标准控制模式与外网并网出现的问题：（见图6）
从标准程序中可以看出：有功控制的条件是：1001开关闭合；发电机断器闭合；速成控制在无差，运行人员启用有功控制。从克拉2与外网的连接示意图可以看出：当外网与本地网接口的联络断路器19943因故断开后，而MCB1001却没有断开，燃机仍然判断本地网与外网相连，发电机控制模式不会切换到无差控制，而依然工作在有功与功率因数锁定下，从而直接导致本地网电压与频率的波动，而由于燃机负荷设定值和当时本地实际负荷相差甚远，严重的将会造成发电机高频或低频保护动作。（2007年克克1994线路曾因雷击而造成19943断路器跳闸两次，而1001（MCB）却都没有动作。）
3.2.2 塔西南和轮南索拉机组控制模式分析：（见图7）
索拉公司推荐的机组与外网并网标准控制模式在理论上没有错误，但是在实际应用中存在问题。塔西南电网与轮南电网均是通过出线联络柜与地方电网并网，轮南二期项目完工时，对索拉机组的速度有差和无差模式进行了测试，按照6台索拉机组有差和无差模式与2×8000电站机组并网运行，然后进行甩负荷试验，以验证索拉机组在速度有差和无差的情况下在电网发生波动时的稳定性。以下为轮南电站4#机组在有差和无差模式下的试验数据。
见图8、图9：塔西南索拉机组也曾做过机组在有差和无差模式下的甩负荷试验，得到的数据大致同轮南电站相同。经过对数据的仔细分析和研究，得出如下结论。
（1）索拉机组在无差控制模式下，机组接负荷的动态过程功率变化量大，功率超调量大，T5温度温升率高，容易发生机组超温。但机组的频率基本保持不变。
（2）索拉机组在有差控制模式下，机组接负荷的动态过程功率变化量小，功率超调量小，T5温度温升率小，利于机组在电网突变的情况下功率平稳过渡，系统功率控制稳定。但机组的频率需要二次调频。
（3）由于索拉机组在有差控制模式下，机组负荷特性比较平缓，超调量小，机组容易稳定，负荷分配合理，同时根据塔西南电网和轮南电网在日负荷曲线变化不大，因而有差控制模式下的频率变化也不大，从维持电力系统稳定性和电网可靠性出发，塔西南电网和轮南电网的索拉机组均采用速度有差控制模式。
3.2.3 克拉2与外网并网问题解决
将克拉2发电机控制模式改为：速度有差控制、电压有差控制、关闭功率因数控制、关闭有功功率控制。改变后发电机控制模式后与外网多次并网操作失败，原因是发电机出线开关柜逆功率保护动作。检查发电机保护和机组控制程序，如图10发现机组的调差系数=设定最大调差系数×（燃机所带负荷÷燃机额定负荷）÷100，由于并网瞬间机组所带负荷为零，因此克拉2半人马40机组在并网瞬间的调差
系数=设定最大调差系数×（0÷燃机额定负荷）÷100=0，虽然并网前设定机组控制模式为速度有差控制，但实际在并网瞬间工作在速度无差位。燃机在与外网并网瞬间，由于无法确定所分担负荷，造成大幅度的调整负荷，直接造成发电机开关柜逆功保护动作。
经过多次实验，发现按索拉推荐的发电机控制模式（速度无差、电压有差、有功功率锁定、功率因数锁定）进行并网，并网成功后，直接将速度有差/无差开关从“无差”位转为“有差”位（有功锁定自动解除）。采用这种模式后，克拉2并网问题得到解决。
克拉2在与外网并网运行过程中，有功和无功受外网负荷波动影响而造成功率因数大幅波动，有时会超过“1.0”，这不仅不利于燃机的平稳运行，也大大增加操作人员的劳动强度和操作风险。克拉作业区最大电机110KW，全部运行的电机不超过50台，无功负荷很低；以及外网对无功的影响，波动范围不超过500KVAR，因而决定采用和外网并网有功不锁定，功率因数锁定在0.9的并网模式。
3.3 研究成果
分析了克拉2、轮南、塔西南这三个电站与外网并网时索拉机组控制模式的选择以及在与外网并网运行中的一些实际问题，得出以下结论。
（1）索拉公司推荐的速度无差、电压有差、功率因数锁定、有功功率锁定这种发电机控制模式不适用于油田各电站。
（2）确定发电机控制模式为速度有差控制、电压有差控制，关闭有功功率锁定。功率因数锁定适用于机组较小，本地网容量较小的电站。
（3）当功率较小的机组与外网并网时，可采取速度无差、电压有差、功率因数锁定、有功功率锁定模式并网后再切换至速度有差、电压有差、功率因数锁定控制模式。
（4）在目前各电站与外网连接，主要由外网给油田电站承担负荷，而油田电站不给外网承担负荷的情况下，外网所带负荷不要超过本地网单台机组负荷，以保证联络柜出现问题时本地网能够承接负荷，同时在本地网与外网的联络柜加装功率方向保护，以免外网故障影响到本地网。在本地网给外网带负荷时，考虑加装功率限定保护，以保证本地网的安全性。
4 成果的经济效益和社会效益
通过对塔西南、克拉2、轮南等塔里木油田公司电站索拉机组与外网并网控制模式的研究，保证各电站索拉机组能够顺利与外网并网，同时平稳运行。提高了了油田电网的安全性，为油气生产和生活用电提供了良好的保障，创造了良好的经济效益和社会效益。
