谈文 孙柏荣

（中国十七冶集团有限公司 安徽马鞍山 243000）

摘 要：本文分析和总结了高炉煤气余压透平发电机组的电气构成、相关电气试验及其并网技术，并在调试及并网中出现的一些问题提出了相应的解决措施，确保发电机组的安全并网，对其他类似工程具有借鉴和参考意义。

关 键 词：高炉煤气余压透平发电装置 电气试验 并网 二次能源

高炉煤气余压透平发电装置（Blast Furnace Top Gas RecoveryTurbine Unit，以下简称TRT）是利用高炉冶炼的副产品——高炉炉顶煤气具有的压力能及热能，使煤气通过透平膨胀机做功，将其转化为机械能，驱动发电机或其他装置发电的一种二次能源回收装置。该装置既回收减压阀组泄放的能量，又净化煤气、降低噪音、稳定炉顶压力，改善高炉生产的条件，不产生任何污染，可实现无公害发电，是现代钢铁企业公认的节能环保装置。本文从TRT发电机组的电气构成以及相关电气试验浅析其并网技术。

1   TRT发电机组的电气构成

TRT发电机组的电气系统主要由原动机（透平机）、三相交流同步发电机、励磁机、高压系统、发电机控制系统、发电机并网系统等组成（见图1）。

2   TRT发电机组并网的相关试验

2.1 自动准同期装置的校验

自动准同期装置设置了电压差、频率差、相角差、导前时间等参数和电压控制单元、频率控制单元和合闸信号控制单元，待并网发电机的电压和频率都由自动准同期装置自动调节，当满足并列条件时，自动选择合适时机发出合闸信号。自动准同期装置的校验方法主要有两种。

（1）同期装置的试验接线：同期装置的系统侧电压输入端接测试仪VA，待并侧电压输入端接测试仪VB，增频率接测试仪开入G，减频率接测试仪开入H，增电压接测试仪开入E，减电压接测试仪开入F，出口动作接点接测试仪开入A。

（2）同期装置的试验方法：首先在同期装置的系统侧电压输入端加入100V、50Hz的交流电压，在待并侧电压输入端加入低于或高于整定值的电压。按下试验按钮，并启动同期装置。当测试仪接收到同期装置发出的调速和调压脉冲时，测试仪按调压或调频脉宽以及给定的调节速率，增减电压和频率，直到同期装置发出合闸信号。测试仪接收到合闸信号的瞬图1 TRT发电机组一次系统图间记录下待并侧与系统侧的压差、频差、相位差及导前时间，其值应该小于等于整定值。

2.2 发电机的核相

2.2.1 电压互感器（Potential transformer简称PT）定相

定相就是用同一电源将装有待定PT的设备充电后，在二次侧检验所有待定PT相位是否一致。定相试验应在发电机空载特性试验前完成。

定相试验的方法：将发电机的高压电缆从高压柜上拆除，将系统侧PT推至工作位置，合上系统联络柜开关。检查系统侧PT二次电压应正常，相序应为顺相序。将发电机PT、励磁柜PT推至工作位置，合上并网柜开关，检查发电机PT、励磁柜PT二次电压，正常后，在系统侧PT与发电机PT、励磁柜PT二次之间进行核相，同名相压差为0，异名相压差为100V左右，就可以认为该系统相位是一致的。将所有的高压开关分闸，并拉出至试验位置，高压电缆恢复接上，PT定相完成。

2.2.2 核相

由于发电机是三相旋转的独立电源，并网前和电网属于不同的系统，因而发电机PT在启动时无需与电网核相，只需通过发电机开路试验，验证发电机所有PT与系统侧PT的相位一致即可。核相试验可与发电机空载试验同步进行。

2.3 发电机空载特性试验

发电机空载特性是指发电机在额定转速条件下，不接负载时，电枢电流为零。此时电机定子的三相绕组只有励磁电流I_f感生出的空载电动势E ₀（三相对称），其大小随I_f 的增大而增加。但是，由于电机磁路铁心有饱和现象，所以两者不成正比。反映空载电动势E ₀与励磁电流I_f关系称为同步发电机的空载特性。它们之间的关系曲线称为空载特性曲线（见图2），发电机空载特性试验的步骤及试验方法如下。

（1）发电机断路器处于试验位置，并且处于分断状态。发电机的继电保护装置应全部投入运行。发电机侧PT、励磁柜PT处于工作位置。

（2）密切注意高炉炉顶压力。当透平机启动条件具备后，启动透平机，慢慢升速。

（3）当发电机转速达到额定转速3000r/min，并基本保持不变时，把励磁装置打到手动电压调节状态，合上励磁开关，然后逐步增大励磁电流，此时，机端电压也随着增高，直至机端电压升高到额定电压的1.25倍左右。在增大励磁电流的过程中，要在其间选取9～10点，并记录下机端电压和励磁电流，以及所对应的转速（注意，取点范围最好是0.3、0.5、0.7、0.8、0.9、0.95、1.0、1.05、1.1、1.25倍的额定电压，在额定电压值附近要多取几个点）。

（4）减小励磁电流，直至励磁电流到零为止，在其间选取9～10点，记录下机端电压和励磁电流，以及所对应的转速，当励磁电流降到零时，应读取发电机的剩磁电压值。

（5）根据记录下的机端电压和励磁电流，绘制出发电机的空载特性曲线。

（6）绘制好的发电机空载特性曲线与上面的空载特性曲线图或厂家的随机资料相比较无明显的区别，则说明发电机的设计与制造没有明显缺陷，反之则说明该电机的磁路过于饱和或者材料没有充分利用。

（7）检查发电机的相序，应为顺相序。

2.4 发电机短路试验

进行短路试验的目的在于检验短路特性曲线的线性关系是否满足设计的要求；利用试验测得的空载特性曲线和短路特性曲线计算出发电机的同步电抗；同时利用短路电流检验二次电流相量关系的正确性。

2.4.1 发电机短路试验的步骤及方法

（1） 发电机断路器处于试验位置，并且处于分断状态。发电机的继电保护装置应部分投入运行。发电机侧PT、励磁柜PT处于工作位置。

（2）安装三相短路母排。为方便定子电流的测量以及检验二次电流相量关系的正确性，短路点应选择在发电机出口，电流互感器（CurrentTransformer，简称CT）后。短路母线应采用与发电机出口母线一致或硬质铜母排，连接方式可以采用螺栓连接或螺栓夹连，在试验前按母排连接标准对短路连接质量进行检查，防止大电流烧伤母排。

（3） 联系高炉，密切注意高炉炉顶压力。当透平机启动条件具备后，启动透平机，慢慢升速。当发电机转速达到额定转速3000r/min，并基本保持不变时，把励磁装置打到手动电压调节状态，合上励磁开关，然后逐渐增大励磁电流，此时机端电压为0，而机端电流慢慢增大，当机端电流达到0.2～0.3倍的额定电流时，应在继电保护装置里查看二次电流相量关系，正确后再继续增大励磁电流，直至机端电流升高到额定电流的1.2倍左右。在增大励磁电流的过程中，要在其间选取几个点，并记录下机端电流和励磁电流，以及所对应的转速。

（4）减小励磁电流，直至励磁电流到零为止，跳开灭磁开关。降低透平机转速，直至发电机转速为0，然后拆除三相短路母排。

（5）短路试验完成后，对发电机定子和转子进行绝缘电阻校验，以便进行发电机组下阶段试验。

（6）根据记录下的机端电流和励磁电流，绘制出发电机的短路特性曲线。

2.4.2 发电机同步电抗的确定

发电机同步电抗是表征发电机静态稳定度的一个重要参数，可以利用发电机空载特性曲线和短路特性曲线确定（见图3）。发电机同步电抗大（气隙小），并联运行时发电机稳定度较差，但电机造价低；同步电抗小（气隙大），并联运行时发电机稳定度较好，但电机造价较高。

（1）将测得的空载特性和短路特性的数据绘制在同一坐标纸上，并作出气隙线。

（2）选取一个固定的励磁电流I_f，读取对应的短路电流I_k和对应于气隙线上的电势E’₀。 则不饱和同步电抗X_d=E’₀ /I_k。

（ 3 ） 饱和同步电抗求取应为先从空载特性曲线中求得对应于发电机额定电压U _N的励磁电流I_f ，再从短路特性曲线中求得对应于励磁电流I _f的短路电流I _{k N},则饱和同步电抗X_d=I_N/I_kN ，I_N为发电机额定电压。

3   发电机的并网

发电机并网主要是为了提高电能供应的可靠性，提高系统的运行效率。为了使发动机在并联运行时不在回路内产生瞬态冲击电流，这就对发电机并网提出了条件和技术要求。随着自动准同期技术的发展，发电机并网一般多采用自动准同期和手动准同期两种方式。

3.1 发电机并联运行的条件

（1）电压相等：待并发电机电压与电网电压相等。实际操作时，待并发电机电压与电网电压之差一般允许在±10％以内。

（2）频率相等：待并发电机的频率应与电网频率相等。实际操作时，一般允许误差在±0.5Hz以内。

（3）相位相等：待并发电机电压相位应与电网电压相位相同。实际并车操作时，一般允许待并发电机相位与电网相位相差±10～15度以内。

3.2 发电机的并网步骤

3.2.1 假同期试验

假同期试验就是对断路器手动准同期及自动准同期的合闸试验，对同期装置闭锁功能的检查，同时检查整步表与自动准同期装置的一致性。

假同期试验的方法：将并网柜断路器拉出至试验位置，并短接控制回路的工作位置信号。发电机冲转并稳定在3000r/min，手动投励，使发电机电压稳步上升，通过调节励磁使发电机电压基本与系统侧电压一致。投入同步检查继电器，转换开关打到手动，整步表投入，根据整步表的指示手动调节发电机的励磁和转速，当同步检查继电器触点闭合，整步表的压差、频差及相角差指示基本为零时，手动合上并网柜断路器。手动准同期的假并网试验完成。

自动准同期的假并网试验方法基本与手动准同期的假并网试验方法一样。将并网柜断路器拉出至试验位置，并短接控制回路的工作位置信号。发电机冲转并稳定在3000r/min，手动投励，使发电机电压稳步上升，通过调节励磁使发电机电压基本与系统侧电压一致。转换开关打到自动，启动自动准同期装置，自动准同期装置根据两侧的电压差、频率差自动调节发电机的励磁和转速。当电压差、频率差及相角差符合整定值时，自动准同期装置自动选择合适时机发出合闸信号合上并网柜断路器。自动准同期的假并网试验完成。

3.2.2 发电机并网

去掉控制回路的工作位置短接线，将并网柜断路器推至工作位置，其余的方法与假同期试验一样。

4   结语

TRT不但能回收煤气的余压进行高效发电，而且还有效地解决了原调压阀组减压时产生的噪音污染和管道振动，极大地改善了高炉工作环境，降低安全生产隐患。本文所述的试验及并网技术在江阴兴澄钢厂、常州中天钢厂、马鞍山长江钢厂、张家港联峰钢厂等TRT项目中得到了广泛应用，取得了很好的效果，确保了TRT发电机组的安全并网。