Marian Sobierajski, Wilhelm Rojewski Instytut Energoelektryki Politechniki Wrocławskiej

1. WYNIKI POMIARÓW PODCZAS PRÓB PRACY WYSPOWEJ EC LEGNICA - prezentacja profesjonalna Aktualne Problemy w Elektroenergetyce- APE’11 Jurata, 8-10 czerwca 2011r. Marian Sobierajski, Wilhelm Rojewski Instytut Energoelektryki Politechniki Wrocławskiej

2. PLAN REFERATU • Opis problemu i źródło prezentowanych wyników • 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 2

3. Rys.1. Układ zasilania Huty Miedzi Legnica z naniesionym rozpływem mocy czynnej 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 3 3

4. Opis problemu • 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. 4

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. 5

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. 6

7. 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. 8

9. 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

10. 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

11. Warunki wykonania i przebieg prób • Realizacja prób obejmowała następujące działania: • 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

12. 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

13. 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

14. Warunki obciążeniowe i napięciowe w układzie w chwili wydzielenia wyspy 14

15. 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

16. Wybrane wyniki prób pracy wyspowej EC Legnica Rys. 2. Przebiegi zmian częstotliwości i mocy czynnej generatora podczas przejścia do pracy wyspowej turbozespołu TG-2 w trzech kolejnych próbach. 16

17. Wybrane wyniki prób pracy wyspowej EC Legnica Rys. 3. Przebiegi zmian napięcia i mocy biernej generatora podczas przejścia do pracy wyspowej turbozespołu TG-2 w trzech kolejnych próbach. 17

18. 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

19. Uwagi i wnioski • 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

20. 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

21. DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ