Marian Sobierajski, Wilhelm Rojewski

Instytut Energoelektryki Politechniki Wrocławskiej

WYNIKI POMIARÓW PODCZAS PRÓB PRACY WYSPOWEJ EC LEGNICA

Aktualne Problemy w Elektroenergetyce- APE’11Jurata, 8-10 czerwca 2011r.

2

1. Opis problemu i źródło prezentowanych wyników

2. Wymagania w stosunku do układów EC, warunkujące możliwość pracy wyspowej

3. Warunki wykonania i przebieg prób pracy wyspowej EC Legnica

4. Wybrane wyniki prób pracy wyspowej EC Legnica

5. Uwagi końcowe i wnioski

PLAN REFERATU

3

Rys.1. Układ zasilania Huty Miedzi Legnica z naniesionym rozpływem mocy czynnej

3

PW

TG-2

GST110/6kV

110 kV

R1 R2 R3

A6kV

T125MVA

T225MVA

SPS2

6kV6kV SP

S1

R-1 R-2

LK-1

LK-2

~

B B C C D DA

6kV

EC LEGNICA

LK-1

LK-2

6kV

S1SP

6kVSP

S1

6kV

6kV

PW PW

Pozosta³eodbiory HML

0,5

MW

3,0

MW 2,0 MW

1,5 MW

1,5 MW

2,1 MW

3,2M

W

0,5M

W

1,8 MW

6,2 MW

PW=1,5MW

11,5MW

10 MW1,8 MW 12,0 MW

Całkowite zapotrzebowanie HML ok. 20 MW. Generacja własna ok.10 MW. Wymiana między EC Legnica i GST kablami LK-1 i LK-2 ok. 3,0 MW

Opis problemu

4

Możliwość utrzymania w pracy własnego źródła energii po awaryjnej utracie połączenia z SEE jest ważna dla zapewnienia zasilania odbiorników związanych z bezpieczeństwem ludzi i majątku Zakładu.

Przy dużych dysproporcjach między mocą źródła i zapotrzebowaniem utrzymanie pełnego procesu technologicznego nie jest możliwe.

Utrzymanie w pracy EC Legnica jest ważne również ze względów technologicznych i ekologicznych - także po powrocie zasilania z SEE - bowiem możliwość spalania gazu gardzielowego w EC warunkuje pracę pieców.

5

Źródło prezentowanych wyników

Praca wykonana przez zespół z Wydziału Elektrycznego Politechniki Wrocławskiej z udziałem autorów referatu:

Temat pracy:„Opracowanie koncepcji pracy wyspowej elektrociepłowni zlokalizowanych przy ZG Lublin (EC-1) i HM Legnica (EC-4). Etap II. Koncepcja pracy wyspowej Elektrociepłowni EC-4 Legnica. Raport Spr. nr 15/2009. Wrocław 2009r.

6

Własne źródła energii elektrycznej w EC Legnica

W EC Legnica zainstalowane są trzy turbozespoły:

TG-1, 4 MW - z turbiną kondensacyjno-upustową (Elektrosiła 1956r),TG-2, 11,5 MW - z turbiną kondensacyjno-upustową (SHINCO 1999r),TG-3 o, 4,4 MW z turbiną przeciwprężną (Dolmel 1971r).

Ze względu na stan techniczny i plan pracy istniejących turbozespołów można brać pod uwagę pracę wyspową tylko turbozespołu TG-2 11,5 MW (produkcji japońskiej SHINCO Electric Co.

Wymagania warunkujące możliwość bezpiecznej pracy wyspowej TG-2 w EC Legnica

• Ciągłość zasilania urządzeń potrzeb własnych EC(Moc PW ok. 1,5 MW, Dopuszczalna przerwa w zasilaniu: kilka minut.Przewiduje się zainstalowanie w EC zespołu prądotwórczego o mocy rzędy 2 MVA)

• Dobry stan układu cieplnego i jego regulacji(Dynamika regulacja kotłów i stacji redukcyjno schładzających nominalnie spełnia wymagania – konieczne jest potwierdzenie w próbach)

• Regulator turbiny zdolny do automatycznego przejścia do pracy w trybie regulacji częstotliwości (Nominalnie spełnia wymagania –konieczne jest potwierdzenie w próbach)

• Regulator generatora zdolny do automatycznego przejścia do pracy w trybie regulacji napięcia(Nominalnie spełnia wymagania –konieczne jest potwierdzenie w próbach)

• Właściwie rozwiązana i nastawiona automatyka zabezpieczeniowa generatora, sieci i odbiorów.(Wymagana będzie zmiana wyposażenia i nastaw niektórych zabezpieczeń) 7

8

Cel prób pracy wyspowej EC Legnica

Duża złożoność zagadnień powoduje, że różne aspekty przejścia jednostki wytwórczej do pracy wyspowej najlepiej można rozpoznać podczas prób wykonanych w warunkach rzeczywistych.

Ważnym oczekiwanym efektem prób było: zebranie doświadczeń ruchowych przez służby

elektryczne i energetyczne Zakładu w warunkach zbliżonych do awaryjnych,

ustalenie zakresu niezbędnych działań przystosowawczych w EC Legnica dla umożliwienia bezpiecznej pracy wyspowej turbozespołu TG-2.

Warunki wykonania i przebieg prób

Eksperymenty tego rodzaju wykonywane są rzadko, ponieważ zawsze niosą ze sobą pewien element ryzyka.

Ze względów bezpieczeństwa ustalono, że próby będą się odbywać podczas planowego postoju części ogniowej HM Legnica.

Warunki wykonania prób były wielokrotnie dyskutowane w gronie przedstawicieli Wydziału EC-4 Legnica, Wydziału Elektrycznego HM Legnica oraz zespołu badawczego z Wydziału Elektrycznego Politechniki Wrocławskiej.

Należy podkreślić determinację i duże zaangażowanie w przygotowanie eksperymentu oraz fachowość służb elektroenergetycznych EC Legnica i HM Legnica, dzięki którym próby mogły dojść do skutku, miały zgodny z planem przebieg i zakończyły się sukcesem.

9

Warunki wykonania i przebieg prób

Próby pracy wyspowej EC Legnica wykonano dwukrotnie: w dniu 09.09.2009- Próba Nr 1, w dniu 06.10.2009- Próba Nr 2 i Nr 3.

Warunki wykonania poszczególnych prób określone były przez: konfigurację układu planowanej wyspy wraz z jej obciążeniem, generację mocy czynnej i biernej przez TG-2 i moc wymiany ze

stacją GST w chwili odcięcia wyspy od sieci.

Podstawą do określenia warunków wykonania prób był układ normalny i rozpływ mocy odpowiadający normalnej pracy HM Legnica. Uproszczony schemat takiego układu z naniesionym rozpływem mocy przedstawiono na wstępie (rys.1.).

10

Warunki wykonania i przebieg prób

Realizacja prób obejmowała następujące działania:

1. Wykonanie przełączeń w rozdzielni 6 kV w EC w celu utworzenia układu pracy specjalnie zaplanowanego do eksperymentu.

2. Wykonanie przełączeń w stacjach oddziałowych HML w celu zasilania bezpośrednio z EC wybranych odbiorów.

3. Przygotowanie układu cieplnego EC do pracy w warunkach wyspy (utrzymanie w pracy wymaganej liczby kotłów i zasilanie odpowiednim paliwem)

4. Wymuszenie zaplanowanej generacji mocy przez TG-2 i mocy wymiany ze stacją GST za pośrednictwem kabla LK1 (lub LK2).

5. Wykonanie odcięcia wyspy od systemu przez wyłączenie wyłącznika w kablu LK1 i LK2.

11

Warunki wykonania i przebieg prób

6. Obserwacja zachowania się w stanie przejściowym układu oraz rejestracja prądów i napięć w wybranych polach.

7. Sprawdzenie, podczas pracy wyspowej, działania układu regulacji częstotliwości i regulacji napięcia poprzez ręczne wymuszanie zmian w górę i w dół.

8. Dokonanie rozruchu zasilanych z wyspy wybranych silników wysokiego napięcia o mocy kilkuset kilowatów i rejestracja przebiegów prądów i napięć.

9. Wyłączenie „awaryjne” turbozespołu i przełączenie odbiorów potrzeb własnych na zasilanie z GST.

10. Ponowne uruchomienie turbozespołu, synchronizacja z siecią i powrót do układu normalnego.

11. Zakończenie próby. 12

Układ pracy i bilans mocy w chwili odcięcia EC Legnica od SEE

Pierwszą próbę (próba P1) wykonano ze szczególną ostrożnością, dlatego w chwili odcięcia:

moc wymiany między EC i SEE nie przekraczała 20% mocy generowanej (ok. 25% mocy znamionowej generatora),

po wydzieleniu wyspy, zapewniono bezprzerwowe zasilanie urządzeń potrzeb własnych z SEE (ze stacji GST).

W kolejnych próbach P2 i P3: moc wymiany przekraczała 75% mocy generowanej (ok. 50%

mocy znamionowej generatora), odbiory potrzeb własnych zasilane były z wyspy.

13

Próba: P1 Próba: P2 Próba: P3

Moc czynna generatora, PG 2,50 MW 4,64 MW 6,22 MW

Moc bierna generatora, QG 1,02 MVAr 2,15 MVAr 3,12 MVAr

Napięcie generatora, UG 6,30 kV 6,35 kV 6,35 kV

Prąd generatora, IG 240 A 469 A 630 A

Kabel LK-1 wyłączony - - -

Moc czynna kabla LK-2, PLK2 0,46 MW 3,52 MW 4,80 MW

Moc bierna kabla LK-2, QLK2 0,49 MVAr 1,36 MVAr 2,27 MVAr

Prąd obciążenia kabla LK-2, ILK2 60 A 343A 483A

(PLK2/PG)x100% 18,4 % 76 % 77 %

(QLK2/QG)x100% 48 % 63 % 73 %

Warunki obciążeniowe i napięciowe w układzie w chwili wydzielenia wyspy

14

Wybrane wyniki prób pracy wyspowej EC Legnica

Oceniano zachowania się, tuż po odcięciu TG-2 od SEE oraz podczas ustalonej pracy wyspowej, następujących urządzeń i układów:

urządzeń potrzeb własnych i układu cieplnego EC (ocena stabilnej pracy i dynamiki regulacji),

układu regulacji turbiny (automatyczne przejście z trybu regulacji mocy do trybu regulacji częstotliwości na podstawie stanu wyłączników w LK-1 i LK-2),

układu wzbudzenia i regulatora generatora (automatyczne przejście z trybu regulacji współczynnika cos(fi) do trybu regulacji napięcia na podstawie stanu wyłączników w LK-1 i LK-2)

Sprawdzano możliwość dokonywania rozruchów silników asynchronicznych dużych mocy podczas pracy wyspowej.

Na podstawie zarejestrowanych przebiegów chwilowych prądów i napięć obliczano: moc czynną i bierną, częstotliwość oraz , skuteczne wartości napięcia i prądu podczas rozruchu silników.

15

Wybrane wyniki prób pracy wyspowej EC Legnica

f_P3

f_P2

f_P1P G_P1 P G_P2 P G_P3

Rys. 2. Przebiegi zmian częstotliwości i mocy czynnej generatora podczas przejścia do pracy wyspowej turbozespołu TG-2 w trzech kolejnych próbach.

16

Wybrane wyniki prób pracy wyspowej EC Legnica

napi

êcie

Ua

[kV]

UG_P3 UG_P2 UG_P1

QG_P1 QG_P2 QG_P3

Rys. 3. Przebiegi zmian napięcia i mocy biernej generatora podczas przejścia do pracy wyspowej turbozespołu TG-2 w trzech kolejnych próbach.

17

Wybrane wyniki prób pracy wyspowej EC Legnica

Rys.4. Zmiany prądu, napięcia, mocy czynnej i biernej generatora oraz częstotliwości podczas prawie jednoczesnego rozruchu silnika pompy o mocy 500 kW i dwóch silników wentylatorów młynowych o mocy po 110 kW każdy.

18

Uwagi i wnioski

1. Wykonane próby potwierdziły w pełni możliwość bezpiecznego przejścia turbozespołu TG-2 11,5 MW w EC Legnica do pracy wyspowej oraz stabilnej pracy wyspy z możliwością rozruchu silników asynchronicznych dużej mocy.

2. W czasie prób stwierdzono prawidłowe działanie układów regulacji kotłów, turbiny i generatora, zarówno w stanach ustalonych jak i dynamicznych.

3. W wyniku prac wskazano niezbędne działania przystosowujące obecny układ do stanu wymaganego dla źródeł zdolnych do pracy samodzielnej. Działania te dotyczą głównie:

zainstalowania w EC Legnica agregatu prądotwórczego o mocy rzędu 2MVA w celu zapewnienia bezprzerwowego zasilania urządzeń PW,

wyposażenia generatora w zabezpieczenia od utraty połączenia z SEE,

19

Uwagi i wnioski cd...

wyposażenia linii łączących LK-1 i LK-2 w zabezpieczenia różnicowe i łącze komunikacyjne, przekazujące informacje o stanie łączników na obu końcach tych linii,

zainstalowanie dodatkowych synchronizatorów, umożliwiających synchronizowanie pracującej wyspy z SEE,

po przejściu do pracy wyspowej celowa jest także zmiana nastaw niektórych zabezpieczeń w sieci 6kV zasilanej z RG w EC Legnica; najlepiej zastosować przekaźniki cyfrowe z możliwością przechowywania dwóch banków nastaw.

4. Zdaniem autorów, prezentowane wyniki prób mogą być zachętą dla służb energetycznych w innych Zakładach, posiadających własne źródła energii, do podejmowania podobnych badań i działań przystosowujących te źródła do pracy wyspowej.

20

DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ