淺析9E級燃機(jī)黑啟動(dòng)過程

引言

近年來國際上發(fā)生了多次大面積停電事故,如2019年7月14日美國紐約的大面積停電事故,2019年8月9日英國倫敦的大面積停電事故,2019年8月4日印尼雅加達(dá)的大面積停電事故,均造成了災(zāi)難性后果。若發(fā)生電網(wǎng)故障后能緊急恢復(fù)電網(wǎng)供電能力,可大大減少損失。

電力系統(tǒng)黑啟動(dòng)是指整個(gè)系統(tǒng)因故障停運(yùn)后,無需依賴其他網(wǎng)絡(luò)的幫助,通過系統(tǒng)中具有自啟能力的機(jī)組,帶動(dòng)無自啟能力的機(jī)組啟動(dòng),從而逐步擴(kuò)大電力系統(tǒng)的恢復(fù)范圍,最終實(shí)現(xiàn)整個(gè)電力系統(tǒng)的恢復(fù)。

上海奉賢燃機(jī)發(fā)電有限公司(以下簡稱"奉賢燃機(jī)"）9E級燃?xì)庖徽羝?lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組引進(jìn)美國GE公司PG9171E型雙軸聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組,是天然氣、柴油雙燃料型機(jī)組,且輔機(jī)容量小,適合使用黑啟動(dòng)柴發(fā)機(jī)組,故上海電網(wǎng)在奉賢燃機(jī)內(nèi)增設(shè)了黑啟動(dòng)點(diǎn)。本文旨在通過分析奉賢燃機(jī)黑啟動(dòng)反事故演習(xí)的過程,簡述9E級燃機(jī)黑啟動(dòng)過程各階段注意事項(xiàng),以期縮短上海電網(wǎng)全黑時(shí)的恢復(fù)時(shí)間。

1黑啟動(dòng)過程簡介

奉賢燃機(jī)黑啟動(dòng)柴發(fā)機(jī)組分為柴油機(jī)和發(fā)電機(jī)兩部分,柴油機(jī)為德國MAN公司18V32/28S型中速柴油機(jī),發(fā)電機(jī)為美國AVK公司的ZFNLo22-225型發(fā)電機(jī)。該柴發(fā)機(jī)組具有啟動(dòng)迅速、負(fù)荷適應(yīng)能力強(qiáng)、設(shè)備一鍵啟停等特點(diǎn)。奉賢燃機(jī)自備兩個(gè)2000m3的儲油罐,黑啟動(dòng)柴發(fā)可通過油罐靜壓方式獲取燃油。在電網(wǎng)全黑后,小柴發(fā)(應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)）可在數(shù)秒內(nèi)啟動(dòng),帶動(dòng)大柴發(fā)的400V負(fù)荷,再啟動(dòng)大柴發(fā)輸出至6kV備用段,使6kV廠用電系統(tǒng)受電,并帶9E燃機(jī)輔機(jī)啟動(dòng),隨后可啟動(dòng)任意一臺9E燃機(jī),最后通過架空線路送出負(fù)荷,恢復(fù)電網(wǎng)供電。整體啟動(dòng)過程如圖1所示。

2黑啟動(dòng)重要階段及注意事項(xiàng)

奉賢燃機(jī)黑啟動(dòng)反事故演習(xí)的過程主要分為黑啟動(dòng)柴油機(jī)啟動(dòng)、充電6kV帶動(dòng)9E燃機(jī)啟動(dòng)、9E燃機(jī)孤網(wǎng)運(yùn)行三個(gè)階段,下面將詳細(xì)介紹這三個(gè)階段及需要注意的事項(xiàng)。

2.1黑啟動(dòng)柴油機(jī)啟動(dòng)

2.1.1過程

(1）電網(wǎng)全黑后,市調(diào)下令立即啟動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)并做好燃機(jī)并網(wǎng)準(zhǔn)備。

(2）運(yùn)行人員至就地啟動(dòng)應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī),帶動(dòng)黑啟動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)至空載運(yùn)行。

(3）調(diào)整黑啟動(dòng)柴發(fā)出口開關(guān)至熱備用狀態(tài)。

(4）按黑啟動(dòng)準(zhǔn)備方式調(diào)整220kV運(yùn)行方式:#11主變220kV側(cè)正一母運(yùn)行,1號高備變220kV正一母運(yùn)行,6kV開關(guān)合上:#21主變220kV側(cè)正一母熱備用:奉惠4193線路220kV正二母熱備用:220kV1、2號母聯(lián),220kV正、副母分段開關(guān)均合上,其他220kV開關(guān)均斷開。奉賢燃機(jī)電氣一次系統(tǒng)圖如圖2所示。

圖2奉賢燃機(jī)電氣一次系統(tǒng)圖

2.1.2階段注意事項(xiàng)

(1）做好黑啟動(dòng)機(jī)組在備用期間的備用工作,可大幅縮短黑啟動(dòng)時(shí)間,尤其是暖缸的高溫冷卻水和啟動(dòng)用的壓縮空氣。高溫冷卻水由室溫加熱至要求的50℃需15min,若冬季則時(shí)間更長。壓縮空氣罐由空罐加壓至要求的2.4MPa需40min。故備用期間高溫冷卻水預(yù)熱器開關(guān)應(yīng)放至自動(dòng)位置,隨時(shí)為高溫冷卻水進(jìn)行加熱、保溫,空壓機(jī)也應(yīng)打至自動(dòng)位置,維持儲氣罐內(nèi)空氣相應(yīng)的壓力。

(2）下令開啟黑啟動(dòng)柴發(fā),應(yīng)同時(shí)按黑啟動(dòng)準(zhǔn)備方式調(diào)整

220kV運(yùn)行方式,為后期9E燃機(jī)孤網(wǎng)運(yùn)行、輸出負(fù)荷做準(zhǔn)備。

2.2充電6kV帶動(dòng)9E級燃機(jī)啟動(dòng)

2.2.1過程

(1）6kV段通過黑啟動(dòng)柴發(fā)送電,恢復(fù)1號機(jī)組廠用電。

(2）啟動(dòng)11號燃機(jī)盤車系統(tǒng)以及相關(guān)輔機(jī),11號燃機(jī)做好啟動(dòng)準(zhǔn)備。

(3）啟動(dòng)11號燃機(jī)至3000r/min,做好并網(wǎng)準(zhǔn)備。

2.2.2階段注意事項(xiàng)

9E級燃機(jī)的輔機(jī)設(shè)備按照專業(yè)類型可以分為化學(xué)、汽機(jī)、鍋爐和燃機(jī)4個(gè)方面?；瘜W(xué)側(cè)負(fù)載約為85kw,汽機(jī)側(cè)約為105kw,鍋爐側(cè)約為1155kw,燃機(jī)側(cè)約為1355kw,其中燃機(jī)啟動(dòng)馬達(dá)的額定功率為1000kw。在啟動(dòng)輔機(jī)設(shè)備時(shí),黑啟動(dòng)柴發(fā)出口電壓會(huì)出現(xiàn)暫時(shí)下降,隨后電壓恢復(fù)并趨于平穩(wěn),而啟動(dòng)馬達(dá)功率較大,可在啟動(dòng)馬達(dá)開啟前將黑啟動(dòng)出口電壓暫時(shí)升高,以避免啟動(dòng)馬達(dá)啟動(dòng)后電壓降幅過大,引發(fā)廠用電裝置低電壓保護(hù)動(dòng)作。啟動(dòng)馬達(dá)啟動(dòng)過程中黑啟動(dòng)柴發(fā)出口電壓暫降曲線如圖3所示。

2.39E級燃機(jī)孤網(wǎng)運(yùn)行

2.3.1過程

(1）11號機(jī)運(yùn)行正常后,合上220kV主變開關(guān)(用于正一母）,空充220kV母線。

(2）合上#1高備變220kV開關(guān),#1高備變低壓開關(guān)與黑啟動(dòng)柴發(fā)同期合閘,11號燃機(jī)與黑啟動(dòng)柴發(fā)并列運(yùn)行,有功功率轉(zhuǎn)移過程如圖4所示,無功功率轉(zhuǎn)移過程如圖5所示。

圖411號燃機(jī)與柴油發(fā)電機(jī)的負(fù)荷轉(zhuǎn)移過程(有功功率）

(3）退出黑啟動(dòng)柴發(fā)負(fù)荷并解列,11號燃機(jī)進(jìn)入單機(jī)孤網(wǎng)運(yùn)行模式。

(4）11號燃機(jī)能夠在單機(jī)孤網(wǎng)運(yùn)行后空充廠內(nèi)其他主變,或空充線路主變并輸出負(fù)荷。

2.3.2階段注意事項(xiàng)

(1）如圖4、圖5所示,在黑啟動(dòng)柴發(fā)和9E級燃機(jī)的有功和無功轉(zhuǎn)移過程中,燃機(jī)運(yùn)行方式應(yīng)采用恒轉(zhuǎn)速方式,該方式有利于黑啟動(dòng)電源點(diǎn)的鞏固和擴(kuò)大,且雙臺燃機(jī)并網(wǎng)同期合閘時(shí),可避免搶無功現(xiàn)象,利于有功合理分配。

圖511號燃機(jī)與柴油發(fā)電機(jī)的負(fù)荷轉(zhuǎn)移過程(無功功率）

(2）在利用11號燃機(jī)空充線路主變時(shí),應(yīng)當(dāng)充分考慮和應(yīng)涌流對孤網(wǎng)系統(tǒng)電壓的沖擊,避免因電壓跌落時(shí)間較長導(dǎo)致保護(hù)裝置動(dòng)作,影響正常黑啟動(dòng)過程。

(3）黑啟動(dòng)空充線路主變輸出負(fù)荷時(shí),可適當(dāng)降低燃機(jī)機(jī)端電壓,以有效避免過電壓和勵(lì)磁涌流過大情況的發(fā)生。

2.4黑啟動(dòng)耗時(shí)

根據(jù)奉賢燃機(jī)黑啟動(dòng)反事故演習(xí)數(shù)據(jù),從下達(dá)黑啟動(dòng)命令到9E燃機(jī)孤網(wǎng)運(yùn)行共耗時(shí)53min,其中黑啟動(dòng)過程各階段耗時(shí)如表1所示。

表1黑啟動(dòng)過程各階段耗時(shí)統(tǒng)計(jì)

3結(jié)語

本文只對黑啟動(dòng)反事故演習(xí)過程中的各階段進(jìn)行分析,當(dāng)電網(wǎng)實(shí)際發(fā)生停電事故時(shí),還需要考慮到9E燃機(jī)的備用情況,包括電氣一次系統(tǒng)的狀態(tài)、鍋爐汽包的水位、天氣情況等因素。各廠也應(yīng)多組織演習(xí),一方面可以提高電廠運(yùn)行人員的事故處理能力,另一方面當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生大停電事故時(shí),電廠人員能有條不紊地恢復(fù)電力供應(yīng),使事故損失降到最低。