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：污水處理廠沼氣發電機組并網發電在國內尚屬首例，為大型污水處理廠的沼氣綜合利用和節約運行費用提供了很好的途徑。
　　關鍵詞：污水處理廠；沼氣發電；并網運行
　　中圖分類號：X703；X505
　　文獻標識碼：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電機組并網發電的一次成功，每年不但可以節約可觀的運行費用(初步估計約50余萬元)，而且可以利用回收發電機 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入了良性循環。?

1　 二次結線系統

　　 天津市東郊污水處理廠為雙電源用戶，設35kV變電站一座，站內有5000W主變兩臺，有35kV/6 kV兩個電壓等級，35kV為內橋結線，6kV為單母線分段運行。
　　安裝的PARTNER—LSA475—RBC型沼氣發電機組單機視在功率355kW，有功功率284kW，額定 電壓380V，額定電流539A，功率因數0.8，頻率50Hz，暫態電抗Xd=16%，共5臺，根據與電力局簽訂的調度協議，最多開3臺發電機，滿發852kW。
　　廠內5臺發電機分兩組，一組3臺，一組2臺，分設低壓母線，兩母線間設聯絡開關。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母線并網運行。

2 發電機并網解裂系統

2.1 并網運行系統
　　發電機與電力系統采用并聯方式運行，運行時間根據調度協議，按照“兩班制運轉”方式進行。運轉臺數由PLC根據儲氣罐燃料的多少、工藝管路的回水溫度高低、發電機運轉狀態以及運轉的先后次序來指定啟動哪一臺發電機和具體臺數，因此每天都需要使某些發電機投入或退出系統，進行并列和解列操作。并列是非常重要的操作，發電機的非同期并列，會產生很大的沖擊電流，不但會危及機組自身的安全，還會使電網產生波動、破壞穩定性。因此要求同期裝置和控制、保護裝置齊全可靠。
　　為了使發電機能并網發電，必須滿足以下條件：
　　①發電機發出電源的相序與電網匯流排相序相同。否則，不但發電機不能進入同步，而且會產生很大的拍振電流，使發電機繞組承受過大的電動力，使線圈變形絕緣短路。
　　②發電機的電壓有效值與電網匯流排的電壓有效值相等或接近相等(電壓差<10%)，否則，會由于電位差而產生內部無功環流，生成很大的電磁沖擊力。
　　③發電機的頻率應與電力系統電源的頻率基本相等(頻率差不能超過0.5～1Hz)，否則會因為拍振電流和拍振電壓的有功分量在發電機軸上產生力矩，使發電機產生機械振動，造成機組損壞。
　　④發電機的電壓相位與電力系統電源的電壓相位相等(相位差＜10°)，否則將產生有功和無功電流沖擊，使發電機燒毀。?
　　發電機與電網并列運行時，由于電網的容量遠遠大于發電機的容量，所以發電機工作狀態的變化不會影響電網電壓和頻率，因此在發電機與電網并列時，可認為電網電壓和頻率是不變的。待并發電機以電網為基準，通過增減勵磁電流來調整發電機的輸出電壓，改變燃氣發動機的轉速來調整頻率，調節瞬時速率來滿足相位差，在基本滿足并列條件的瞬間，閉合發電機的主斷路器使發電機投入系統，這就是發電機并列過程。
　　為了直觀判斷是否滿足并列條件，發電機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視，同時配備有自動準同期裝置。通過電壓差表可以測得待并發電機的端電壓與電網匯流母排間的電壓差；通過同期指示燈的暗、亮可以檢查發電機與電網匯流排側的頻率和相序；當待并發電機的頻率高于電網的運行頻率時，同期表指針就順時針快速旋轉；反之，則逆時針方向旋轉。頻率差得越大，同期表的指針轉得越快，頻率差減小時指針旋轉減慢，當兩側頻率差減小到一定程度后，頻率非常接近，指針位置與同期點的夾角即是兩側電壓的相位差。當上述儀表指示滿足并列條件時，即可進行手動準同期并列操作。?
2.2 解裂保護系統
　　為了使發電機組并網后可靠穩定運行，該機組設置了安全完善的保護裝置，一旦機組出現下列故障，會自動掉閘，與電網解裂，自動停機。?
　　①過負荷故障：如果在發電機組運行時，其輸出功率大于額定功率的10%，發電機組超力就容易使機組損壞。現場安裝了負載傳感器，當嚴重超負荷時自動停機。?
　　②超速故障：如果發電機組超過額定轉速運行時，會導致發電頻率與電網頻率不同。故設計了轉速繼電器，當發電機運行轉速大于額定轉速的2%時，視其為故障，自動停機。?
　　③油壓故障：發電機組的潤滑系統是否正常是通過其油壓反映出來的，油壓不正常可視為機組處于非正常運行狀態，嚴重時可通過繼電器自動停機。
　　④水溫、水位故障：發電機內部的循環水用于機組冷卻，當機組內無水、少水或水溫過高，說明冷卻系統不正常，可使機組損壞。現安裝了水溫、水位傳感器，在其非正常狀態時自動停機。?
　　⑤蓄電池故障：蓄電池用于給發電機組定子的自身勵磁，勵磁系統的好壞直接影響發電機組的運行質量，故設計了蓄電池電壓繼電器，當其故障時自動停機。?
　　⑥功率方向故障：發電機組正常運行時向電網輸出電能，非正常時電網向發電機提供電源，此時發電機就變成了電動機而消耗電能。故設計了功率方向繼電裝置，使發電機只能給電網提供電源，一旦反向就與電網解裂，自動停機。?
　　⑦緊急停車裝置：當發電機組遇到緊急情況時，可按急停按鈕使發電機組瞬間與電網解裂，停止機組運行。?

3　 發電機的勵磁系統及二次電路

3.1 勵磁系統
　　勵磁系統是交流同步發電機核心組成部分，勵磁系統的好壞直接影響同步發電機的性質和運行質量。東郊污水處理廠安裝的同步發電機是自激勵、恒壓式無刷發電機，配有復勵勵磁系統，發電機的勵磁功率由其內部獲得。這種復勵勵磁系統動態性能好，突加、突卸額定負載時電壓瞬變小、暫態過程小，超載能力可達到發電機額定電流的2.5倍，能夠承受3倍于額定值的短路電流，在A.V.R調節器作用下，可獲得很高的穩態電壓調整率等突出優點。?
3.2 二次電路
　　發電機的二次電路是由不同功能的基本電路組成的，主要包括發電機調壓電路，發電機調速電路，自動準同期并列控制電路，手動并列和解列控制電路，測量電路，燃氣發動機輔助設 備控制電路，直流24V供電、充電電路，發動機啟動和停車電路，繼電保護電路等。

4　 結束語

　　 天津市東郊污水處理廠沼氣發電機組并網發電在全國尚屬首例，它的成功結束了中國污水處理廠沼氣發電機組不能并網的歷史，填補了國內該項目的空白，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