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燃机电厂黑启动与保安柴油发电机组配置方案及启动方式研究

徐晓燕 毛建锋 沈云

徐晓燕, 毛建锋, 沈云. 燃机电厂黑启动与保安柴油发电机组配置方案及启动方式研究[J]. 南方能源建设, 2023, 10(2): 92-100. doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2023.02.013
引用本文: 徐晓燕, 毛建锋, 沈云. 燃机电厂黑启动与保安柴油发电机组配置方案及启动方式研究[J]. 南方能源建设, 2023, 10(2): 92-100. doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2023.02.013
XU Xiaoyan, MAO Jianfeng, SHEN Yun. Research on the Configuration Scheme and Starting Method of Black Start and Emergency Diesel Generator Unit in Gas Turbine Power Plant[J]. SOUTHERN ENERGY CONSTRUCTION, 2023, 10(2): 92-100. doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2023.02.013
Citation: XU Xiaoyan, MAO Jianfeng, SHEN Yun. Research on the Configuration Scheme and Starting Method of Black Start and Emergency Diesel Generator Unit in Gas Turbine Power Plant[J]. SOUTHERN ENERGY CONSTRUCTION, 2023, 10(2): 92-100. doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2023.02.013

燃机电厂黑启动与保安柴油发电机组配置方案及启动方式研究

doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2023.02.013
基金项目: 中国能建广东院科技项目“H级重型燃机联合循环技术研究”(EV04351W)
详细信息
    作者简介:

    徐晓燕,1980-,女,贵州贵定人,高级工程师,重庆大学电气工程硕士,主要从事发电电气一次相关设计及技术研究工作(e-mail)xuxiaoyan2@gedi.com.cn

    毛建锋,1978-,男,广东广州人,高级工程师,华中科技大学电气自动化学士,主要从事火力发电厂电气设计(e-mail)maojianfeng@gedi.com.cn

    沈云,1962-,男,广东兴宁人,学士,主要从事电源设计及研究工作(e-mail)shenyun@gedi.com.cn

    通讯作者:

    徐晓燕,1980-,女,贵州贵定人,高级工程师,重庆大学电气工程硕士,主要从事发电电气一次相关设计及技术研究工作(e-mail)xuxiaoyan2@gedi.com.cn

  • 中图分类号: TM611;TK288

Research on the Configuration Scheme and Starting Method of Black Start and Emergency Diesel Generator Unit in Gas Turbine Power Plant

  • 摘要:   目的  为了降低燃机电厂初期投资,在保证机组安全的同时,通过黑启动功能获取广东辅助服务经济补贴,提出了扩建燃机时采用多台柴油发电机组的配置方案,用于9F机组事故停机保安电源,同时又作为原9E机组黑启动电源。  方法  为了实现技术经济最优化,通过柴油发电机组配置及厂用电接线的多方案比选论证,给出了合理配置方案。并对推荐方案的事故停机控制逻辑以及黑启动控制逻辑进行论述。  结果  通过黑启动试验结果表明,各电气量均满足规范要求,推荐方案能满足黑启动功能并通过电网公司验证。  结论  多台柴油机同时用于黑启动及保安功能的方案,为今后燃机电厂黑启动及保安电源工程设计提供参考及借鉴。
  • 图  1  黑启动原理接线图

    Fig.  1  Elementary wiring diagram of black start

    图  2  黑启动柴油发电机组带6 kV厂用电运行录波图

    Fig.  2  Recorded diagram of black start diesel generator units operating under 6 kV auxiliary power

    图  3  黑启动柴油发电机组带高压启动电机运行录波图

    Fig.  3  Recorded diagram of black start diesel generator units operating with HV starter motor

    表  1  9F机组保安电源负荷计算

    Tab.  1.   Load calculation of the emergency power supply of unit 9F

    名称额定容量/kW数量及运行方式计算功率/kW
    主润滑油泵 132 1,连续 132
    余热锅炉电梯 8.5 1,连续 8.5
    SCR入口及出口CEMS分析柜 10 1,连续 10
    高压给水泵滑油站 15 2,连续 30
    锅炉应急照明配电箱 3 1,连续 3
    锅炉热力配电柜 55 1,连续 55
    汽水系统热力配电箱 35 1,连续 35
    主厂房机组DCS电源分配柜 25 1,连续 25
    热控UPS电源盘 10 1,连续 10
    热控APS电源盘 10 1,连续 10
    循环水泵房热力配电箱 10 1,连续 10
    大屏电源 14 1,连续 14
    SIS电源柜 12 1,连续 12
    主厂房事故照明MCC 47.56 1,连续 47.56
    机组UPS电源(主输入) 120 1,连续 120
    升压站UPS电源(主输入) 10 1,连续 10
    机组控制用直流系统备用电源 35 1,连续 70
    升压站控制用直流系统备用电源 20 1,连续 20
    机组动力用直流系统备用电源 70 2,连续 70
    机组交流电源屏备用电源 20 1,连续 20
    9E变频主控电源 14 1,连续 14
    高压给水泵变频主控电源 20 1,连续 20
    凝泵变频主控电源 7 1,连续 7
    励磁系统交流辅助电源 2 1,连续 2
    通信机房电源 25 1,连续 25
    柴油发电机交流辅助电源供油泵 3 1,连续 3
    5号机主厂房电梯 13 1,连续 13
    6号机主厂房电梯 13 1,连续 13
    机组保安段EMCC 214.55 1,连续 从柴油机工作段直接供电
    注:9F机组保安电源计算负荷为818.88 kVA(k=0.8);9F机组保安电源计算功率704.23 kW(k=0.86);配套柴油发电机组选型1 MW。
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    表  2  9F机组停机后保安电源负荷计算

    Tab.  2.   Load calculation of the emergency power supply after unit 9F shutdown

    名称额定容量/kW数量及运行方式计算功率/kW
    主润滑油泵1321,连续132
    主厂房事故照明MCC47.561,连续47.56
    升压站控制用直流系统备用电源201,连续20
    机组保安段EMCC1401,连续140
    9F机组停机后保安电源计算负荷339.56
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    表  3  9E机组黑启动负荷计算

    Tab.  3.   Load calculation of black start of unit 9E

    名称额定容量/kW数量及运行方式计算功率/kW
    冷水泵751,连续75
    框架风机452,连续90
    顶轴油泵(首次加载)151,连续15
    透平风机151,连续15
    滑油泵(首次加载)901,连续90
    油雾分离机18.51,连续18.5
    液压油泵(首次加载)151,连续15
    盘车马达(首次加载)301,连续30
    空压机301,连续30
    负荷间风机18.51,连续18.5
    辅助循环水泵451,连续45
    其他低压负荷(首次加载)1081,连续108
    黑启动9E机组低压负荷550
    高压启动电机1 4501,连续1 450
    黑启动9E机组中压负荷1 450
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    表  4  柴油机选型校验计算

    Tab.  4.   Check calculation for type selection of diesel generator units

    名称方案一方案二方案三
    变频启动电流倍数 2 2 2
    黑启动柴油机数量 3 1 1
    黑启动柴油机容量/kW 3 600 2 600 2 600
    柴油机额定容量选择Se/kVA 4 500 3 250 3 250
    黑启动合计容量/kVA,Sc=0.8*ΣP 1 920 1 440 1 440
    黑启动合计负荷/kW,Pc=0.86Sc 1 651 1 238 1 238
    起动最大一台电动机时,柴油发电机过负荷能力校验[Sc+(1.25Kq-K)Pdm]/KOLKq=2,K=0.8,KOL=1.5 2 413 2 093 2 093
    实际使用地点的环境条件不同于标准使用条件时,对柴油机输出功率的修正:Px=aPr (a=0.92) 3 312 2 392 2 392
    柴油机的首次加载能力校验要求柴油机的实际输出功率不小于2倍初始投入的起动功率
    Px>2.5Kq P"eDcosØ (kq=5 cosØ=0.4) P"eD=258 kW
    1 290 1 290 1 290
    柴油发电机母线段电压降 9.1% 12.2% 12.2%
    6 kV电缆压降 1.06% 1.25% 1.25%
    最大电动机(高压启动电机)起动时电动机端电压 83% 86.5% 86.5%
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    表  5  技术比较

    Tab.  5.   Technical comparison

    名称方案一方案二方案三
    可靠安全性 (1)停机:当9F/9E燃机停机时,可快速启动柴油机机组为9F/9E机组安全停机等重要负荷供电。提高了9E机组停机的安全可靠性;(2)黑启动:保证9F/9E机组安全停机后,根据调度要求3台低压柴油机联合运行作为黑启动电源,能同时保证黑启动及9F机组停机后保安负荷供电,可靠性高;(3)9E及9F机组控制逻辑较简单,可靠性较高。 (1)停机:当9F燃机停机时,可快速启动柴油机机组为9F机组安全停机等重要负荷供电,可靠性高;(2)黑启动:根据调度要求9E机组中压柴油机运行作为黑启动电源。9E与9F机组完全独立;(3)9E机组控制逻辑简单,可靠性高。 (1)停机:当9F燃机停机时,可快速启动柴油机机组为机组安全停机等重要负荷供电,可靠性较高。但高压柴油机需快速启动功能,设备要求较高;(2)黑启动:根据调度要求9F机组中压柴油机运行作为黑启动电源。但如对应9F机组故障事故停机时,容量无法同时满足两者要求,需采取应急措施优先保证9F机组停机后,再实现9E黑启动;(3)机组保安段设置未保持一致性,控制逻辑复杂,可靠性低。
    运维管理 (1)机组相对独立,只在黑启动时需要联合3台运行管理;(2)柴油发电机组机型完全一致,方便维护检修;(3)柴油发电机组备用容量较小,维护成本低。 (1)机组完全独立,运行管理方便;(2)柴油发电机组机型不一致,维护检修困难;(3)柴油发电机组备用容量较大,维护成本高。 (1)9F机组的1台高压柴油发电机组,同时兼做黑启动使用,独立性较差;(2)柴油发电机组机型不一致,维护检修困难;(3)柴油发电机组备用容量较小,维护成本低。
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    表  6  经济比较

    Tab.  6.   Economic comparison 万元

    设备名称方案一方案二方案三
    低压快速启动柴油发电机(1 MW) 140×2 150
    低压快速启动柴油发电机(1.2 MW) 160×3
    高压快速启动柴油发电机(2.6 MW) 550
    高压普通型柴油发电机(2.6 MW) 450
    黑启动升压干式变(3.15 MVA)(台) 28
    保安变(1.250 MVA) 12.5
    中低压开关柜 30 12 12
    变频启动装置(一拖二) 100 100 100
    投资 638 842 824.5
    投资差 +204 +186.5
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    表  7  黑启动时电气量数据

    Tab.  7.   Black start electrical data

    测试内容1燃机黑启动3燃机黑启动
    电压/kV最高6.53最高6.52
    最低5.98最低5.97
    电流/A最大349.66最大364.74
    有功功率/kW最大1 997最大2 189.7
    无功功率/kvar最大1 743.9最大1 908.6
    频率/Hz最高50.46最高50.71
    最低48.73最低48.81
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  • [1] 张继泉. 电厂黑启动电源的设计 [J]. 电工技术, 2010(4): 16-18. DOI:  10.3969/j.issn.1002-1388.2010.04.006.

    ZHANG J Q. Power plant black start power supply design [J]. Electric Engineering, 2010(4): 16-18. DOI:  10.3969/j.issn.1002-1388.2010.04.006.
    [2] 林敏, 李汉峰, 姜凤阳. 电厂黑启动电源的选择探讨 [J]. 电站系统工程, 2017, 33(2): 29-32.

    LIN M, LI H F, JIANG F Y. Discussion on selection of black-start power source of power [J]. Plant Power System Engineering, 2017, 33(2): 29-32.
    [3] 余旭翔, DENICOURT F. 燃气轮机发电机组黑启动方案探讨 [J]. 燃气轮机技术, 2012, 25(1): 56-62. DOI:  10.16120/j.cnki.issn1009-2889.2012.01.014.

    YU X X, DENICOURT F. Discussion on the black start scheme of gas turbine generator set [J]. Gas Turbine Technology, 2012, 25(1): 56-62. DOI:  10.16120/j.cnki.issn1009-2889.2012.01.014.
    [4] 俞立凡, 李彩玲, 彭竹君. 9F单轴燃机作为电网黑启动电源点的探讨 [J]. 浙江电力, 2006, 6: 53-56. DOI:  10.3969/j.issn.1007-1881.2006.06.017.

    YU L F, LI C L, PENG Z J. Discussion of 9F single shaft gas turbine as power of black-start [J]. Zhejiang Electric Power, 2006, 6: 53-56. DOI:  10.3969/j.issn.1007-1881.2006.06.017.
    [5] 杜丰, 杜才明, 熊彬, 等. 孤网全过程黑启动探索与实践 [J]. 江西电力, 2022, 46(7): 10-13. doi:  10.3969/j.issn.1006-348x.2022.07.003

    DU F, DU C M, XIONG B, et al. Exploration and practice of black start in the whole process of isolated network [J]. Jiangxi Electric Power, 2022, 46(7): 10-13. doi:  10.3969/j.issn.1006-348x.2022.07.003
    [6] 国家能源局. 火力发电厂厂用电设计技术规程: DL/T 5153—2014[S]. 北京: 中国计划出版社, 2014

    National Energy Administration of the People's Republic of China. Technical code for the design of auxiliary power system of fossil-fired power plant: DL/T 5153—2014[S]. Beijing: China Planning Press, 2014.
    [7] 包珺, 彭佩怡. 高压柴油发电机组用于电厂黑启动的实现 [J]. 船电技术, 2011, 31(4): 51-54. DOI:  10.3969/j.issn.1003-4862.2011.04.014. .

    BAO J, PENG P Y. The realization of high voltage diesel generator set for power plant blackstart [J]. Marine Electric & Electronic Engineering, 2011, 31(4): 51-54. DOI:  10.3969/j.issn.1003-4862.2011.04.014. .
    [8] 陈海华, 李新成, 胡旦华, 等. 具有黑启动功能的液化天然气一体化厂用电方案 [J]. 现代电力, 2020, 37(5): 456-462. DOI:  10.19725/j.cnki.1007-2322.2019.1109.

    CHEN H H, LI X C, HU D H, et al. An liquefied natural gas-integrative auxiliary power scheme with black start function [J]. Modern Electric Power, 2020, 37(5): 456-462. DOI:  10.19725/j.cnki.1007-2322.2019.1109.
    [9] 童伟林, 邵臻卫, 张文程. 火电厂黑启动柴油发电机组容量计算和仿真 [J]. 电力安全技术, 2020, 22(10): 75-78. doi:  10.3969/j.issn.1008-6226.2020.10.018

    TONG W L, SHAO Z W, ZHANG W C. Capacity calculation and simulation of black-start diesel generator set in thermal power plant [J]. Electric Safety Technology, 2020, 22(10): 75-78. doi:  10.3969/j.issn.1008-6226.2020.10.018
    [10] 袁振邦, 秦鹏, 李汉峰, 等. 4×150 MW 燃煤发电厂黑启动柴油发电机组选型研究 [J]. 广东电力, 2012, 25(3): 44-47. DOI:  10.3969/j.issn.1007-290X.2012.03.010.

    YUAN Z B, QIN P, LI H F, et al. Research on type selection of black start-up diesel generator unit for 4 × 150 MW coal-fired power plant [J]. GuangDong Electric Power, 2012, 25(3): 44-47. DOI:  10.3969/j.issn.1007-290X.2012.03.010.
    [11] 李世光, 李梓萌, 高正中, 等. 火电厂黑启动柴油发电机组容量计算与选型 [J]. 山东电力技术, 2016, 43(3): 64-67. DOI:  10.3969/j.issn.1007-9904.2016.03.017.

    LI S G, LI Z M, GAO Z Z, et al. Capacity calculation and selection of black start-up diesel generator unit for coal-fired power plant [J]. Shandong Electric Power, 2016, 43(3): 64-67. DOI:  10.3969/j.issn.1007-9904.2016.03.017.
    [12] 陈大宣, 翁海峰, 郑陆松. 燃气轮机黑启动过程及柴油发电机组容量选择研究 [J]. 勘测设计电力, 2020, 47(5): 35-40. DOI:  10.13500/j.dlkcsj.issn1671-9913.2020.10.008.

    CHEN D X, WENG H F, ZHENG L S. Study of gas turbines black start and diesel generator capacity computing [J]. Electric Power Survey Design, 2020, 47(5): 35-40. DOI:  10.13500/j.dlkcsj.issn1671-9913.2020.10.008.
    [13] 甘景纯. 燃气-蒸汽联合循环自备电厂黑启动柴油发电机容量选择 [J]. 电力勘测设计, 2021, 8: 6-10. DOI:  10.13500/j.dlkcsj.issn1671-9913.2021.08.002.

    GAN J C. Capacity Selection of Black Start Diesel Generator in Gas Steam Combined Cycle Captive Power Plant [J]. Electric Power Survey Design, 2021, 8: 6-10. DOI:  10.13500/j.dlkcsj.issn1671-9913.2021.08.002.
    [14] 梁青, 刘世鑫, 周亮. 9E燃气轮机黑启动方案及实战 [J]. 燃气轮机技术, 2018, 3: 46-50. DOI:  10.16120/j.cnki.issn1009-2889.2018.01.008.

    LIANG Q, LIU S X, ZHOU L. 9E gas turbine black start scheme and practice [J]. GAS Turbine Technology, 2018, 3: 46-50. DOI:  10.16120/j.cnki.issn1009-2889.2018.01.008.
    [15] 郭馨, 张生龙, 惠兆森. 燃气轮机作为自启动电源的电网黑启动案例 [J]. 应用能源技术, 2014, 4: 36-40. DOI:  10.3969/j.issn.1009-3230.2014.04.010.

    GUO X, ZHANG S L, HUI Z S. Gas turbine as the black start power supply case since the start [J]. Applied Energy Technology, 2014, 4: 36-40. DOI:  10.3969/j.issn.1009-3230.2014.04.010.
    [16] 刘艳, 顾雪平, 张丹. 基于数据包络分析模型的电力系统黑启动方案相对有效性评估 [J]. 中国电机工程学报, 2006(5): 32-37+94. DOI:  10.3321/j.issn:0258-8013.2006.05.006.

    LIU Y, GU X P, ZHANG D. Data envelopment analysis based relative effectiveness assessment of power system black-start plans [J]. Proceedings of the CSEE, 2006(5): 32-37+94. DOI:  10.3321/j.issn:0258-8013.2006.05.006.
    [17] 徐天乐, 白茹, 王光, 等. 基于模式自动识别的一键黑启动控制策略 [J]. 山东电力技术, 2020, 47(5): 35-40. DOI:  10.3969/j.issn.1007-9904.2020.02.008.

    XU T L, BAI R, WANG G, et al. The control strategy of one-button black-start based on pattern recognition [J]. Shandong Electric Power, 2020, 47(5): 35-40. DOI:  10.3969/j.issn.1007-9904.2020.02.008.
    [18] 梁 青, 刘世鑫, 周 亮. 9E 燃气轮机黑启动方案及实战 [J]. 燃气轮机技术, 2018, 31(1): 46-50. DOI:  10.3969/j.issn.1009-2889.2012.01.012.

    LIANG Q, LIU S X, ZHOU L. 9E gas turbine black-start scheme and actual combat [J]. Gas Turbine Technology, 2018, 31(1): 46-50. DOI:  10.3969/j.issn.1009-2889.2012.01.012.
    [19] 薛青童, 金丽华. 浅析9E级燃机黑启动过程 [J]. 机电信息, 2019(27): 12-13. DOI:  10.3969/j.issn.1671-0797.2019.27.006.

    XUE Q T, JIN L H. A brief analysis of the black start process of the 9E class gas turbine [J]. Electromechanical Information, 2019(27): 12-13. DOI:  10.3969/j.issn.1671-0797.2019.27.006.
    [20] 王伟红, 刘蓓, 祝瑞金, 等. 燃机启动电源配置方案的研究 [J]. 华东电力, 2007, 35(5): 44-47. DOI:  10.3969/j.issn.1001-9529.2007.05.010.

    WANG W H, LIU P, ZHU R J, et al. Configuration schemes of starting power sources for gas turbines [J]. East China Electric Power, 2007, 35(5): 44-47. DOI:  10.3969/j.issn.1001-9529.2007.05.010.
  • [1] 孙睿, 葛文澎, 吴迪, 苗得胜.  半直驱永磁风力发电机散热性能影响因素研究 . 南方能源建设, 2023, 10(4): 71-81. doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2023.04.007
    [2] 钟莹.  电池储能参与燃煤发电机组AGC辅助服务经济分析 . 南方能源建设, 2023, 10(6): 64-70. doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2023.06.007
    [3] 王晓峰.  风力发电机组受共模电流的影响分析 . 南方能源建设, 2023, 10(4): 158-165. doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2023.04.016
    [4] 张少强, 孙晨阳, 余落杭, 樊小梅, 潘杜娟, 魏书洲, 周兴.  燃煤发电机组灵活性改造的研究进展综述 . 南方能源建设, 2023, 10(2): 48-54. doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2023.02.007
    [5] 陈方述, 阳雪兵, 石峰.  永磁直驱风力发电机组弯头形机舱优化分析 . 南方能源建设, 2023, 10(1): 154-159. doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2023.01.020
    [6] 郑明辉, 刘蕊菁, 王雪, 赵晗, 胡鋆, 王翔.  燃煤发电机组耦合余热利用技术研究进展 . 南方能源建设, 2022, 9(3): 80-87. doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2022.03.009
    [7] 徐宪龙, 张艺凡, 孙浩程, 赵浩腾, 赵国睿, 杨浩, 魏书洲.  飞轮储能技术及其耦合发电机组研究进展 . 南方能源建设, 2022, 9(3): 119-126. doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2022.03.014
    [8] 刘宇穗.  新型核电机组启停及给水系统控制策略 . 南方能源建设, 2020, 7(2): 127-131. doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2020.02.019
    [9] 陈亮, 周伟, 杨源, 谭任深.  某越南电厂自动电压控制的实现及安全控制策略 . 南方能源建设, 2020, 7(S2): 96-100. doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2020.S2.015
    [10] 郑明, 杨源, 沈云, 徐晓燕, 陶艳.  海上风电场孤网状态下的备用柴油发电机方案研究 . 南方能源建设, 2019, 6(1): 24-30. doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2019.01.005
    [11] 袁韩生, 孙锦余, 刘巍.  柴油发电机余热在海岛能源供应中的应用研究 . 南方能源建设, 2019, 6(S1): 1-5. doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2019.S1.001
    [12] 张旭光.  光伏电源接入500 kV变电站站用电对保护的影响分析 . 南方能源建设, 2018, 5(1): 98-102. doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2018.01.016
    [13] 陈锦辉.  核电发电机防漏油的研究 . 南方能源建设, 2017, 4(1): 125-128. doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2017.01.024
    [14] 涂国富, 梅生强.  大型电源总承包项目进度风险分析与控制 . 南方能源建设, 2017, 4(2): 147-152. doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2017.02.027
    [15] 毛启静, 白永军, 张玮, 张伶俐, 潘耘峰, 曹炟军.  太阳能热发电厂厂用电率计算方法分析 . 南方能源建设, 2017, 4(4): 29-33. doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2017.04.006
    [16] Lijuan LU, .  HVDC Technology for Power System Restoration . 南方能源建设, 2016, 3(2): 47-52. doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2016.02.009
    [17] 李鹏, 何喜洋, 黄长华.  汽轮发电机基础的沉降计算 . 南方能源建设, 2015, 2(S1): 119-122. doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2015.S1.026
    [18] 陶林惠, 黄长华, 陈国春, 尹谦钧.  核电站半速汽轮发电机基座设计探讨 . 南方能源建设, 2015, 2(4): 123-127. doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2015.04.022
    [19] 林幼晖.  浅析海外电力总承包项目的厂用电量计算方法 . 南方能源建设, 2015, 2(3): 131-135. doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2015.03.026
    [20] 张青立.  Matlab/SPS与EMTP的操作过电压仿真分析及比较 . 南方能源建设, 2015, 2(S1): 35-37,92. doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2015.S1.008
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-05-05
  • 修回日期:  2022-09-27
  • 网络出版日期:  2023-03-13
  • 刊出日期:  2023-03-25

燃机电厂黑启动与保安柴油发电机组配置方案及启动方式研究

doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2023.02.013
    基金项目:  中国能建广东院科技项目“H级重型燃机联合循环技术研究”(EV04351W)
    作者简介:

    徐晓燕,1980-,女,贵州贵定人,高级工程师,重庆大学电气工程硕士,主要从事发电电气一次相关设计及技术研究工作(e-mail)xuxiaoyan2@gedi.com.cn

    毛建锋,1978-,男,广东广州人,高级工程师,华中科技大学电气自动化学士,主要从事火力发电厂电气设计(e-mail)maojianfeng@gedi.com.cn

    沈云,1962-,男,广东兴宁人,学士,主要从事电源设计及研究工作(e-mail)shenyun@gedi.com.cn

    通讯作者: 徐晓燕,1980-,女,贵州贵定人,高级工程师,重庆大学电气工程硕士,主要从事发电电气一次相关设计及技术研究工作(e-mail)xuxiaoyan2@gedi.com.cn
  • 中图分类号: TM611;TK288

摘要:   目的  为了降低燃机电厂初期投资,在保证机组安全的同时,通过黑启动功能获取广东辅助服务经济补贴,提出了扩建燃机时采用多台柴油发电机组的配置方案,用于9F机组事故停机保安电源,同时又作为原9E机组黑启动电源。  方法  为了实现技术经济最优化,通过柴油发电机组配置及厂用电接线的多方案比选论证,给出了合理配置方案。并对推荐方案的事故停机控制逻辑以及黑启动控制逻辑进行论述。  结果  通过黑启动试验结果表明,各电气量均满足规范要求,推荐方案能满足黑启动功能并通过电网公司验证。  结论  多台柴油机同时用于黑启动及保安功能的方案,为今后燃机电厂黑启动及保安电源工程设计提供参考及借鉴。

English Abstract

徐晓燕, 毛建锋, 沈云. 燃机电厂黑启动与保安柴油发电机组配置方案及启动方式研究[J]. 南方能源建设, 2023, 10(2): 92-100. doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2023.02.013
引用本文: 徐晓燕, 毛建锋, 沈云. 燃机电厂黑启动与保安柴油发电机组配置方案及启动方式研究[J]. 南方能源建设, 2023, 10(2): 92-100. doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2023.02.013
XU Xiaoyan, MAO Jianfeng, SHEN Yun. Research on the Configuration Scheme and Starting Method of Black Start and Emergency Diesel Generator Unit in Gas Turbine Power Plant[J]. SOUTHERN ENERGY CONSTRUCTION, 2023, 10(2): 92-100. doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2023.02.013
Citation: XU Xiaoyan, MAO Jianfeng, SHEN Yun. Research on the Configuration Scheme and Starting Method of Black Start and Emergency Diesel Generator Unit in Gas Turbine Power Plant[J]. SOUTHERN ENERGY CONSTRUCTION, 2023, 10(2): 92-100. doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2023.02.013
    • 国内电网因其结构和调度模式特征,一般不可能发生大面积停电事故,但在,2005年9月26日,海南省全省停电;2017年8月23日,第13号超强台风“天鸽”正面袭击广东珠三角地区导致珠海地区电网大面积停电,这些足以证明大面积停电事故并非遥不可及。这些大面积停电事故往往是由于电网内存在潜在的危险因素,在某种诱发因素的作用下会引起电网的瓦解或崩溃。

      黑启动是在整个电网或者系统因故障停运后,不依赖别的网络的帮助,通过系统中具有自启动能力的机组的启动,带动无自启动能力的机组,逐步扩大电力系统的恢复范围,最终实现整个电力系统的恢复[1]。黑启动的关键是电源点的启动,与火电、核电机组相比,燃机具有辅助设备简单[2]、厂用电少[3]、启动速度快等优点[4-5],成为黑启动电源的重要手段之一。而电厂交流保安电源是在发生全厂停电或在单元机组失去厂用电时,为了保证机组的安全停运,或者为了防止危及人身安全等原因,应在停电时继续由交流保安电源供电。

      本文基于东莞深圳市能源集团有限公司樟洋电厂一期9E机组以及二期9F机组工程的特点及需求,考虑柴油发电机组配置方案,以实现二期9F机组的事故保安电源以及原一期9E机组黑启动电源功能。

    • 根据9F机组各工艺专业设备选型及负荷性质,9F机组保安电源负荷统计如表1所示。

      表 1  9F机组保安电源负荷计算

      Table 1.  Load calculation of the emergency power supply of unit 9F

      名称额定容量/kW数量及运行方式计算功率/kW
      主润滑油泵 132 1,连续 132
      余热锅炉电梯 8.5 1,连续 8.5
      SCR入口及出口CEMS分析柜 10 1,连续 10
      高压给水泵滑油站 15 2,连续 30
      锅炉应急照明配电箱 3 1,连续 3
      锅炉热力配电柜 55 1,连续 55
      汽水系统热力配电箱 35 1,连续 35
      主厂房机组DCS电源分配柜 25 1,连续 25
      热控UPS电源盘 10 1,连续 10
      热控APS电源盘 10 1,连续 10
      循环水泵房热力配电箱 10 1,连续 10
      大屏电源 14 1,连续 14
      SIS电源柜 12 1,连续 12
      主厂房事故照明MCC 47.56 1,连续 47.56
      机组UPS电源(主输入) 120 1,连续 120
      升压站UPS电源(主输入) 10 1,连续 10
      机组控制用直流系统备用电源 35 1,连续 70
      升压站控制用直流系统备用电源 20 1,连续 20
      机组动力用直流系统备用电源 70 2,连续 70
      机组交流电源屏备用电源 20 1,连续 20
      9E变频主控电源 14 1,连续 14
      高压给水泵变频主控电源 20 1,连续 20
      凝泵变频主控电源 7 1,连续 7
      励磁系统交流辅助电源 2 1,连续 2
      通信机房电源 25 1,连续 25
      柴油发电机交流辅助电源供油泵 3 1,连续 3
      5号机主厂房电梯 13 1,连续 13
      6号机主厂房电梯 13 1,连续 13
      机组保安段EMCC 214.55 1,连续 从柴油机工作段直接供电
      注:9F机组保安电源计算负荷为818.88 kVA(k=0.8);9F机组保安电源计算功率704.23 kW(k=0.86);配套柴油发电机组选型1 MW。

      根据计算结果,为了保证9F机组在发生交流厂用配电失电事故时,能安全停机,需装设快速起动柴油发电机组作为交流事故保安电源,每台机组容量为1 MW[6]

      9F机组停机后保安电源负荷计算如表2所示。9F机组停机后必需工作的保安负荷总容量每台机组为340 kW,2台机组约600 kW。

      表 2  9F机组停机后保安电源负荷计算

      Table 2.  Load calculation of the emergency power supply after unit 9F shutdown

      名称额定容量/kW数量及运行方式计算功率/kW
      主润滑油泵1321,连续132
      主厂房事故照明MCC47.561,连续47.56
      升压站控制用直流系统备用电源201,连续20
      机组保安段EMCC1401,连续140
      9F机组停机后保安电源计算负荷339.56
    • 启动燃气轮机至并网运行需要启动系统来完成,启动装置包括启动电机等,燃气轮机的启动装置负荷是电站主要的、也是最大的电负荷,是黑启动系统的考虑重点和选型计算关键。

      在外部电网失电情况下,由于一期9E机组没有保安电源,当外部电网失电后12 min内若不能向9E机组供电,9E机组会由于燃机动静部件卡涩导致短期无法再次启动发生,也就无法实现黑启动了。因此,要求黑启动电源需具备当外部电网失电后12 min内向9E机组供电的能力。黑启动的电源需考虑在9E燃机黑启动时同时给9F机组盘车等不能停运的事故保安负荷供电。

      表3所示,9E机组黑启动时每台机组低压负荷为550 kW,首次加载负荷为238 kW,另外9E燃机启动电机容量为1.45 MW[4]。根据主机厂经验反馈,黑启动初期的燃机启动马达功率1 MW,加装了变频装置之后,燃机启动马达的启动电流倍数约为额定电流的2倍[7]

      表 3  9E机组黑启动负荷计算

      Table 3.  Load calculation of black start of unit 9E

      名称额定容量/kW数量及运行方式计算功率/kW
      冷水泵751,连续75
      框架风机452,连续90
      顶轴油泵(首次加载)151,连续15
      透平风机151,连续15
      滑油泵(首次加载)901,连续90
      油雾分离机18.51,连续18.5
      液压油泵(首次加载)151,连续15
      盘车马达(首次加载)301,连续30
      空压机301,连续30
      负荷间风机18.51,连续18.5
      辅助循环水泵451,连续45
      其他低压负荷(首次加载)1081,连续108
      黑启动9E机组低压负荷550
      高压启动电机1 4501,连续1 450
      黑启动9E机组中压负荷1 450
    • 基于上述9E黑启动、9F保安电源的需求,考虑采用柴油发电机组作为启动电源。9E机组黑启动时,结合其他电厂经验,为高压启动电机设置变频启动装置,以防止黑启动阶段最大1台电机启动时母线上的电压降、电动机端电压降超过规定值。

      根据上述黑启动、保安电源的计算结果,9F机组停机交流事故保安电源为704 kW;9E机组黑启动每台机组低压负荷为550 kW,9E高压启动电机1.45 MW(考虑配置变频器,一拖二);9E机组黑启动时,9F机组2台机组停机后同时必须工作的保安负荷为680 kW。

      目前常用的黑启动电源配置为储能和柴发两种方案,由于储能投资造价远高于柴油机,且本工程不考虑参与调频市场,因此结合9E黑启动、9F保安需求,推荐采用柴油发电机组作为电源,柴油机设置考虑以下3个方案:

      方案一[8-10]:配置3台1.2 MW柴油发电机组,其中1台用于9E机组保安电源,另外两台用于9F机组保安电源。3台1.2 MW柴油发电机组联合作为9E黑启动电源。

      方案二[11-13]:9E机组单独设置1台额定容量2.6 MW,出口电压为6 kV的柴油发电机组。9F机组每台机组单独设1台1 MW的柴油机为事故保安电源供电,9E机组和9F机组的黑启动电源、保安电源完全分厂运行。

      方案三[14-16]:9F机组其中1台机组设置1台额定容量2.6 MW,出口电压为6 kV的快速启动柴油发电机组,柴油机段为6 kV段,同时设置1台保安干式变为事故保安PC段降压供电,另1台机组设1台额定容量1 MW,出口电压为380 V的柴油发电机组作为事故保安电源。如一期9E机组需要黑启动,由本期设置的2.6 MW柴油发电机作为启动电源。

      3个方案的柴油机选型对照表如表4所示:经分析,3个方案柴油机选型均满足要求。3种方案技术经济比较如表5表6所示:综合技术经济比较,方案一安全可靠性高,运维方便,且整体投资最少,因此推荐该方案。具体方案如下:配置3台1.2 MW柴油发电机组,其中1台用于9E机组保安电源,另外两台用于9F机组保安电源。3台1.2 MW柴油发电机组接至9E机组黑启动段,经黑启动变给9E机组备用段供电,联合作为9E黑启动电源,用于9E机组的启动马达及其他启动负荷,如图1所示。

      表 4  柴油机选型校验计算

      Table 4.  Check calculation for type selection of diesel generator units

      名称方案一方案二方案三
      变频启动电流倍数 2 2 2
      黑启动柴油机数量 3 1 1
      黑启动柴油机容量/kW 3 600 2 600 2 600
      柴油机额定容量选择Se/kVA 4 500 3 250 3 250
      黑启动合计容量/kVA,Sc=0.8*ΣP 1 920 1 440 1 440
      黑启动合计负荷/kW,Pc=0.86Sc 1 651 1 238 1 238
      起动最大一台电动机时,柴油发电机过负荷能力校验[Sc+(1.25Kq-K)Pdm]/KOLKq=2,K=0.8,KOL=1.5 2 413 2 093 2 093
      实际使用地点的环境条件不同于标准使用条件时,对柴油机输出功率的修正:Px=aPr (a=0.92) 3 312 2 392 2 392
      柴油机的首次加载能力校验要求柴油机的实际输出功率不小于2倍初始投入的起动功率
      Px>2.5Kq P"eDcosØ (kq=5 cosØ=0.4) P"eD=258 kW
      1 290 1 290 1 290
      柴油发电机母线段电压降 9.1% 12.2% 12.2%
      6 kV电缆压降 1.06% 1.25% 1.25%
      最大电动机(高压启动电机)起动时电动机端电压 83% 86.5% 86.5%

      表 5  技术比较

      Table 5.  Technical comparison

      名称方案一方案二方案三
      可靠安全性 (1)停机:当9F/9E燃机停机时,可快速启动柴油机机组为9F/9E机组安全停机等重要负荷供电。提高了9E机组停机的安全可靠性;(2)黑启动:保证9F/9E机组安全停机后,根据调度要求3台低压柴油机联合运行作为黑启动电源,能同时保证黑启动及9F机组停机后保安负荷供电,可靠性高;(3)9E及9F机组控制逻辑较简单,可靠性较高。 (1)停机:当9F燃机停机时,可快速启动柴油机机组为9F机组安全停机等重要负荷供电,可靠性高;(2)黑启动:根据调度要求9E机组中压柴油机运行作为黑启动电源。9E与9F机组完全独立;(3)9E机组控制逻辑简单,可靠性高。 (1)停机:当9F燃机停机时,可快速启动柴油机机组为机组安全停机等重要负荷供电,可靠性较高。但高压柴油机需快速启动功能,设备要求较高;(2)黑启动:根据调度要求9F机组中压柴油机运行作为黑启动电源。但如对应9F机组故障事故停机时,容量无法同时满足两者要求,需采取应急措施优先保证9F机组停机后,再实现9E黑启动;(3)机组保安段设置未保持一致性,控制逻辑复杂,可靠性低。
      运维管理 (1)机组相对独立,只在黑启动时需要联合3台运行管理;(2)柴油发电机组机型完全一致,方便维护检修;(3)柴油发电机组备用容量较小,维护成本低。 (1)机组完全独立,运行管理方便;(2)柴油发电机组机型不一致,维护检修困难;(3)柴油发电机组备用容量较大,维护成本高。 (1)9F机组的1台高压柴油发电机组,同时兼做黑启动使用,独立性较差;(2)柴油发电机组机型不一致,维护检修困难;(3)柴油发电机组备用容量较小,维护成本低。

      表 6  经济比较

      Table 6.  Economic comparison 万元

      设备名称方案一方案二方案三
      低压快速启动柴油发电机(1 MW) 140×2 150
      低压快速启动柴油发电机(1.2 MW) 160×3
      高压快速启动柴油发电机(2.6 MW) 550
      高压普通型柴油发电机(2.6 MW) 450
      黑启动升压干式变(3.15 MVA)(台) 28
      保安变(1.250 MVA) 12.5
      中低压开关柜 30 12 12
      变频启动装置(一拖二) 100 100 100
      投资 638 842 824.5
      投资差 +204 +186.5

      图  1  黑启动原理接线图

      Figure 1.  Elementary wiring diagram of black start

    • 以下为#5机组保安段控制逻辑,燃机#6机组控制类同。如图1所示,假设5K3为工作电源,5K4为备用电源,反之亦可。

      1)正常工况

      #5机保安段由#5机组400/230 V工作A段(B段)供电,即:5K3(5K4)、K53、K54处于合闸状态,5K4(5K3)处于分闸状态;#6机同理。#5K1/6K1开关处于常闭状态,5K2/6K2开关处于分闸状态,5K0/6K0处于分闸状态。

      2)事故切换

      当#5机保安段备自投装置检测到母线失压,即进线一(5K3)回路失电,备自投装置检测到进线二(5K4)有电压,则备自投装置动作出口跳5K3,然后合闸5K4,同时向柴油发电机组控制屏发出起柴油发电机组指令。当5K3、5K4进线回路均失电,则备自投装置发5K3、5K4跳闸指令,待收到开关位置信号反馈后,发出5K2合闸指令。柴油发电机组收到起动指令启动完成具备条件后,柴油发电机组控制柜自动发出5K0合闸指令,5K0合闸后向#5机组保安段负荷供电。#6机保安段失压同理。

      3)市电恢复

      当#5机保安段厂用电恢复需要退出柴油发电机组供电时,采取并联切换(经柴发控制器)的方式,先由DCS或人工依次发出合K53(K54)指令,备自投检同期满足条件后,合5K3(5K4)指令,分5K2指令,柴油发电机组断开5K0开关,再经可调延时停机。#6机同理。

      4)紧急启动和停止柴油发电机组

      柴油发电机组有传送至远方主控制室的报警信号及事故信号,运行人员根据运行工况的需要,可在就地操作紧急启动和停机按钮。

    • 1)9E机组黑启动前保安负荷

      当9E机组厂用电系统失电,运行人员手动合SK7以及SK8,DCS向#1柴油发电机组发起柴油发电机组指令,柴油发电机组收到起动指令启动完成具备条件后,柴油发电机组控制柜自动发出1K0合闸指令,柴油发电机组通过9E机组备用段为9E机组400 V厂用段等重要保安负荷供电。

      2)9E机组黑启动过程(以第1套机组为例,含#1、/#2机组,#3、/#4同理)

      当电网故障出现大面积停电,9F/9E燃机停机,正常自动模式启动#5、#6、#1机组柴油机分别为各自保安段等重要负荷供电。110 kV母线电压为零,101、102开关以及6 kV厂用电61A01、61B01开关均处于分闸位置。DCS或手动合#5K6及#6K6开关,DCS发送黑启动开机指令至#1柴油发电机组,收到指令后,柴油发电机组依次启动并入9E机组黑启动380/220 V段完成3台柴油发电机组并机控制。

      通过9E机组备用段以及变频器启动#1燃机启动电机,#1机组启动后合上对应变高侧断路器,实现110 kV母线带电。合上#1机组变高侧101开关,确认110 kV母线带电。向#2主变以及#1高厂变充电,确认#1高厂变运行正常后,选择“并联切换”方式,切换6 kV IA、IB段电源,确认61A01、61B01在合闸位,且61A02、61B02在分闸位后,断开60A05开关。至此,#1机组带厂用电孤岛运行,实现#1机组黑启动。

      3)跳机过程

      黑启动完成后,运行人员根据运行工况的需要,由并机控制屏完成3台柴发解列(依次分闸#5K5、#6K5开关),再由DCS或人工跳#5K6、#6K6开关。最后跳开#1K0开关。

    • 从全厂失电开始到燃机启动成功带厂用电运行,是衡量樟洋9E机组黑启动水平的重要指标。图2图3为南网电力科技黑启动试验过程中对柴油发电机组录波图。

      图  2  黑启动柴油发电机组带6 kV厂用电运行录波图

      Figure 2.  Recorded diagram of black start diesel generator units operating under 6 kV auxiliary power

      图  3  黑启动柴油发电机组带高压启动电机运行录波图

      Figure 3.  Recorded diagram of black start diesel generator units operating with HV starter motor

      由下图可知,在全厂失电后柴油发电机组成功启动并供厂用电运行的情况下,有功从0 kW加到524.4 kW,期间逐步恢复6 kV主要厂用负荷,最大负荷瞬间达到781.9 kW。用变频方式启高压启动电机,柴油机组最大有功功率达到1.997 MW。

      表7测试数据看,黑启动过程中,电压及频率均在标准±15%范围内,最大电流及最大有功在3台柴油机组额定电流、功率范围内[17-18],配置满足要求[19-20]

      表 7  黑启动时电气量数据

      Table 7.  Black start electrical data

      测试内容1燃机黑启动3燃机黑启动
      电压/kV最高6.53最高6.52
      最低5.98最低5.97
      电流/A最大349.66最大364.74
      有功功率/kW最大1 997最大2 189.7
      无功功率/kvar最大1 743.9最大1 908.6
      频率/Hz最高50.46最高50.71
      最低48.73最低48.81
    • 本文通过多方案比选后推荐配置3台1.2 MW柴油机发电机组,其中1台用于9E机组保安电源,另外两台用于9F机组保安电源,黑启动过程中3台柴油机发电机组并联作为9E机组黑启动电源方案,并就控制策略进行详细阐述。

      本方案保证本厂9F事故停机保安电源的同时,又可作为原9E机组黑启动电源和保安电源,为工程节约了大量成本,同时通过黑启动广东辅助服务经济补贴(30万/台套月),1~2 a内即可收回9E机组增设黑启动功能所增设柴油发电机组以及变频器设备投资。整个方案系统清晰,可靠性高,控制灵活,投资少。经南网电科院黑启动试验,2台机组实际启动时间为46 min和54 min,启动时间短,孤岛运行稳定,满足调度3 h内完成1台机组黑启动要求。结果表明电厂具备黑启动能力,可作为广东电网黑启动电源点。

参考文献 (20)

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