广州蓄能水电厂黑启动系统研究与设计.pdf

第36卷第10期2010年10月水力发电广州蓄能水电厂黑启动系统研究与设计叶生．彭煜民(广州蓄能水电厂，广东广州510950)摘要：阐述了黑启动系统对电网抵御风险、控制风险的重要性。研究了黑启动系统选址、主设备接线、控制流程等关键的设计技术问题。利用研究成果，成功建设了广州蓄能水电厂黑启动系统，使该厂具备了强大的黑启动能力。关键词：黑启动系统；研究；设计；广州蓄能水电厂SmdyandDesignonBlack-StartSystemforGuangzhouPumped—StoragePowerStationYeSheng，PengYumin(GuangzhouPumped—StoragePowerStation，GuangzhouGuangdong510950)Abstract：Thesiteselection．theconnectionofmainequipments．thecontrolprocessandotherkeytechnicalissuesfnrthedesignofblack—startsystemofGuangzhouPumped-StoragePowerStationwerestudied．Basedonstudyresults，theblack—startsystemofGuangzhouPumped—StoragePowerStationissuccessfullyconstructedandthesystemispowerfulonblackstart—up．KeyWords：black——startsystem；study；design；GuangzhouPumped—_StoragePowerStation中图分类号：TV737：TV743(265)文献标识码：B文章编号：0559—9342(2010)10—0053—03机组肩动过程包含两次厂用电倒换过程，先是厂用0引言电倒换至外部电源系统供电；在机组黑启动成功后，按照黑启动机组启动时所需电源的供电情况可厂用电又要从外部电源供电倒换至机组自带厂用电。将黑启动分为半黑启动和全黑启动两种方式。半黑这个过程会有短暂的交流电失电状态⋯现，因此必肩动时，机组启动所需的的直流和交流动力电源由须保证切换的时间越短越好。这也是机组是l否能够电厂自备的，彳F系统故障时能可靠供电的小容量发黑启动成功的一个非常重要的关键点。电机组如柴油发电机、小水力发电机组等供给。半第i要素：为保证机组有足够的电能肩，应有黑启动方式对机组本身的特性要求不会太高。全黑选择地启一些关键的附属设备，闭锁其余辅助设备肩动时，机组启动所需的励磁和控制系统直流电源起动。被闭锁的辅助设备应存机组自带厂用电后，均由直流系统蓄电池提供，监控系统UPS交流电源自动恢复正常运行。则由蓄电池经逆变后提供，而机组的交流动力电源第四要素：黑起动必须有一套合适的机组起动完全没有。这种启动方式由于机组辅助设备不能运顺控程序。在机组黑起动流程中，调速器和励磁的行。对机组本身的特性是一个很大的考验。运行方式选择、发电机出口开关的合闸时刻都与正常发电起动不同。1建设黑启动系统的关键要素第五要素：机组黑起动成功后必须能往“孤网要成功实现黑启动，必须解决若干个关键要素。运行”方式下长时间稳定运行。在电网崩溃情况下，第一要素：黑启动必须首先解决机组启动所需具有黑起动能力的机组起动成功后可能是全网唯一的厂用电问题。如果是全黑启动，就必须有稳定、的电源点。南于电网中受电负载小，机组输负荷可靠、大容量的蓄电池系统；如果是半黑启动。就必须有可靠的不依赖电网供电的电源系统。收稿日期：2010—03—10第二键要素：机组黑肩动过程必须实现厂用电作者简介：叶生(1962一)，男，广东连平人，高级丁程师．从事系统的可靠快速自动切换。如果是半黑启动方式，水电厂技术管理_r作．WaterPowerVo1．36No．，0豳 水反电2010年10月小，因此，关键是要保证机组在小负荷下稳定运行．虚线框内所示)。否则可能引起黑启动机组跳闸(1)CATERPILLAR2000F柴油发电机组1台。主要参数：额定电压400V，最大功率1600kW．2黑启动系统设计cos~b=0．8。综合考虑全黑启动和半黑启动的优缺点．广(2)机组400V出口断路器1台。型号：F4S蓄电厂黑启动系统采用了半黑启动方式，B厂机3200A／3P，抽屉式，额定电压400V，额定电流组作为黑启动机组。采用的外部电源是1台400V、3200A。1600kW的柴油发电机组。柴油机组发出的电经升(3)380V／IO．5kV干式变压器1台。额定容量压变压器升压到10．5kV电压后接入B厂厂用电主回2000kV·A，Yn／A一11。路中，在紧急情况下给黑启动机组提供必要的厂用电。(4)10．5kV断路器1台。型号3AH1114真空2．1厂用电负载分类断路器，额定电压12kV，额定电流1250A。由于黑启动系统提供的负荷有限．有必要将厂(5)澳0量CT。型号：4MA7267一OTH31—0AA1—用电负载进行分类，以保证机组黑启动的顺利。2，变比为400／1。一类，直流充电设备、厂房排水设备(地下厂(6)升压变高压侧地刀。房须考虑)等。(7)保护配置：过电流保护、干式变压器温度二类，涉及机组启动的必要设备，如冷却水设保护、零序电流保护和接地保护。备、润滑设备、操作气设备、操作油设备、闸门操2．2．3黑启动系统的接入方式作设备(应急部分)、适当的照明设备等。如图1所示，黑启动柴油机系统与现有厂用电三类，通风空调设备、部分照明设备、办公生系统之间的接口选择在外部电源供电需要经过的10．5活用电等除一、二类的用电负载。kV母线上。在电网崩溃使得从F2／F8开关送来的电一类负载无论何时，都必须保证供电；二类负源消失时．监控系统程序将自动启动柴油发电机组载要求在机组黑启动前必须保证供电：类负载应并将厂用电开关倒换到柴油机供电。在机组黑启动成功后尽快恢复供电，以保证全厂的2．3黑启动系统控制部分设计设备正常运行2．3．1控制系统设计的功能2．2电气部分设计(1)在全厂没有外来电源的情况下，能根据条2-2．1黑启动系统接入厂用电主接线件远程自动启动柴油发电机组，提供B厂的重要负黑启动系统包含的设备能满足使用要求即可，荷用电及保证机组黑启动必须的用电。供电回路应尽量简单、直接，减少中问环节；应尽(2)机组黑启动成功后，能自动进行厂用电切量利用原有设备、网络搭建黑启动系统地供电网络。换．并且厂用电切换过程中，不会导致黑启动机组如图1所示．虚线框内为新建系统，其余的为原有b闸。厂用电供电设备。这样可以节省投资，同时也避免(3)在值守中心及B厂厂房中控室以及现地可了过多修改厂用电控制逻辑，减少控制设备，提高以监测到柴油机组运行的相关实时数据，实现柴油可靠性。发电机组的远程开、停机控制。(4)机组起动成功后，能够在带微小负荷的“孤网运行”方式下稳定运行。(5)机组在黑启动过程中将自动切除一部分不是急需的负载。所有存黑启动过程中被切除的负载，在黑启动机组自带厂用电后，能自动恢复供电。(6)当机组黑启动动失败时，如果柴油发电机组未退出运行，会自动地重新提供厂用电，无需人工操作。2．3．2黑启动流程的主要控制逻辑与操作(1)第1、2步，在确切获知电网崩溃的情况图1黑启动系统电气连接示意下．运行人员应立即断开10kVF2／F8开关，切除2．2．2主设备组所有500kV开关。黑启动系统主要由下列主设备构成(2)第3步，黑启动动柴油机在电网崩溃的情圃WagerPowerVo1．36．10 第36卷第10期叶生，等：广州蓄能水电厂黑启动系统研究与设计况下根据16个条件自动起动。这16个条件包括：5～8号厂变无压、5～8号厂变断路器断开、OBBD10推力轴承点流注油泵投入运行kV母线无压、吕田变至电厂F2和F810kV开关I断开、500kV5005～5009开关断开。简言之即将电励磁选择黑起动方式合发电方向换相刀闸厂与电网联络的所有联接点断开后才能启动黑启动机组附属设备投入运行柴油机I赢流注油泵f：作正常即停，(3)第4步，柴油机在电压达到90％额定电压交流注油泵投运I时合上出口断路器。合发电机出口JF关(4)第5步，存厂用电由柴油机重新供电恢复I后．为了保证黑启动充足的负荷，将闭锁备用6kV调速器选择孤网运行方式开球I开关及通风空调自动投入。启动调速器井导Il十(5)第6、7步，程序自动合上OBBC07开关，I机组转速>9O％，停交流注油泵0BBC母线带电，6kV厂用电自动倒换。l(6)第8步，在厂用电重新带上后，立即复归机端电『卡>10％切肩励装置，合正常励磁供电开关1台机组至可用状态，该机组将作为黑启动机组。I机组达到发电工况稳态(7)第9步，值长将其他3台机组冷却水泵打在手动位置。由于系统崩溃时其他机组的冷却水泵可能还在运行(停机后水泵延时30min才停)．一图2黑启动机组届动流程旦黑启动后厂用电恢复，其它机组冷却水泵可能会动成功，此时上位机信息栏中将出现BLACKSTA自动启动，由于每台冷却水泵的功率为160kW．如RTSUCCESS信息。果自动启动会增加柴油机的负荷。基于此．在确定(14)第l6步，根据程序设计，在机组黑启动某台机组为黑肩动机组后，值长必须将其他3台机成功后，通风空调、排风楼风机及备用6kV开关会组冷却水泵打在手动位置并确认泵已经停止工作自动投入(8)第10步，值班员确认机组具备黑启动条(15)第17步，值班员根据调度令远方合500件。在这步中，值班员要确认4台机组哪台具备了kV出线开关。黑启动条件，只有具备了黑肩动条件机组才能进行(16)第18步，在确定机组运行稳定后，值班黑启动启机流程。在这里黑启动条件是机组在黑启员远方停柴油机。动前对相关开关、刀闸、地刀的位置判断(17)第19步，值班员根据负荷情况或调度令．(9)第11步，值班员接受命令启动黑启动机将调速器由孤网运行方式切回负荷控制方式。组。黑启动程序流程见图2(18)第20步，待全网负荷带上后合上F2／F8(10)第12步，黑启动过程中机组自动对主变开关。零起升压。(11)第13步，6kV厂用电自动倒换(母联开3结语关断开，再合上厂变低压侧开关)，柴油机空载运作为2005年南方电网的重点工程项目，广州蓄行。在这步中，必须先断开柴油机供电的母联开关．能电厂黑启动项目从项目正式启动到黑启动试验成再合上厂变低压侧开关，否则就存在着柴油机与机功完成，共历时7个月。这是完全由广蓄电厂自行组非同期连接的问题。从查看程序来看母联开关是设计自行安装调试。所建设的黑启动系统具构简单、探测到厂变低压侧有电压后延时1S断开．厂变低设备可靠、启动迅速、机组容量大、在孤网状态下压侧开关是探测到厂变低压侧有电压后延时2s合运行稳定。该启动项目一次试验成功。广蓄电厂黑上，中间有1s的时间间隔，因此理论上不会有非启动系统的成功建设，标志着电厂从此真正具有了同期的问题。快速、强大的黑启动能力，这将为南方电网的事故(12)第14步，发电机风扇延时投入。在正常自救构筑起坚实的安全屏障。起机过程中，发电机风扇是在开机第二步投入．但考虑到风扇负荷太大，黑启动时，发电机风扇是放在黑参考文献：启动成功且厂用电倒换至机组供电后才启动的[1]广东省电力调度中心．广东电网黑启动方案[R]．2006年12月．(13)第15步，在发电机风扇投入后认为黑启(责任编辑刘书秋)