浅析9E级燃机黑启动过程

引言

近年来国际上发生了多次大面积停电事故,如2019年7月14日美国纽约的大面积停电事故,2019年8月9日英国伦敦的大面积停电事故,2019年8月4日印尼雅加达的大面积停电事故,均造成了灾难性后果。若发生电网故障后能紧急恢复电网供电能力,可大大减少损失。

电力系统黑启动是指整个系统因故障停运后,无需依赖其他网络的帮助,通过系统中具有自启能力的机组,带动无自启能力的机组启动,从而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。

上海奉贤燃机发电有限公司(以下简称"奉贤燃机"）9E级燃气一蒸汽联合循环发电机组引进美国GE公司PG9171E型双轴联合循环发电机组,是天然气、柴油双燃料型机组,且辅机容量小,适合使用黑启动柴发机组,故上海电网在奉贤燃机内增设了黑启动点。本文旨在通过分析奉贤燃机黑启动反事故演习的过程,简述9E级燃机黑启动过程各阶段注意事项,以期缩短上海电网全黑时的恢复时间。

1黑启动过程简介

奉贤燃机黑启动柴发机组分为柴油机和发电机两部分,柴油机为德国MAN公司18V32/28S型中速柴油机,发电机为美国AVK公司的ZFNLo22-225型发电机。该柴发机组具有启动迅速、负荷适应能力强、设备一键启停等特点。奉贤燃机自备两个2000m3的储油罐,黑启动柴发可通过油罐静压方式获取燃油。在电网全黑后,小柴发(应急柴油发电机）可在数秒内启动,带动大柴发的400V负荷,再启动大柴发输出至6kV备用段,使6kV厂用电系统受电,并带9E燃机辅机启动,随后可启动任意一台9E燃机,最后通过架空线路送出负荷,恢复电网供电。整体启动过程如图1所示。

2黑启动重要阶段及注意事项

奉贤燃机黑启动反事故演习的过程主要分为黑启动柴油机启动、充电6kV带动9E燃机启动、9E燃机孤网运行三个阶段,下面将详细介绍这三个阶段及需要注意的事项。

2.1黑启动柴油机启动

2.1.1过程

(1）电网全黑后,市调下令立即启动柴油发电机并做好燃机并网准备。

(2）运行人员至就地启动应急柴油发电机,带动黑启动柴油发电机至空载运行。

(3）调整黑启动柴发出口开关至热备用状态。

(4）按黑启动准备方式调整220kV运行方式:#11主变220kV侧正一母运行,1号高备变220kV正一母运行,6kV开关合上:#21主变220kV侧正一母热备用:奉惠4193线路220kV正二母热备用:220kV1、2号母联,220kV正、副母分段开关均合上,其他220kV开关均断开。奉贤燃机电气一次系统图如图2所示。

图2奉贤燃机电气一次系统图

2.1.2阶段注意事项

(1）做好黑启动机组在备用期间的备用工作,可大幅缩短黑启动时间,尤其是暖缸的高温冷却水和启动用的压缩空气。高温冷却水由室温加热至要求的50℃需15min,若冬季则时间更长。压缩空气罐由空罐加压至要求的2.4MPa需40min。故备用期间高温冷却水预热器开关应放至自动位置,随时为高温冷却水进行加热、保温,空压机也应打至自动位置,维持储气罐内空气相应的压力。

(2）下令开启黑启动柴发,应同时按黑启动准备方式调整

220kV运行方式,为后期9E燃机孤网运行、输出负荷做准备。

2.2充电6kV带动9E级燃机启动

2.2.1过程

(1）6kV段通过黑启动柴发送电,恢复1号机组厂用电。

(2）启动11号燃机盘车系统以及相关辅机,11号燃机做好启动准备。

(3）启动11号燃机至3000r/min,做好并网准备。

2.2.2阶段注意事项

9E级燃机的辅机设备按照专业类型可以分为化学、汽机、锅炉和燃机4个方面。化学侧负载约为85kw,汽机侧约为105kw,锅炉侧约为1155kw,燃机侧约为1355kw,其中燃机启动马达的额定功率为1000kw。在启动辅机设备时,黑启动柴发出口电压会出现暂时下降,随后电压恢复并趋于平稳,而启动马达功率较大,可在启动马达开启前将黑启动出口电压暂时升高,以避免启动马达启动后电压降幅过大,引发厂用电装置低电压保护动作。启动马达启动过程中黑启动柴发出口电压暂降曲线如图3所示。

2.39E级燃机孤网运行

2.3.1过程

(1）11号机运行正常后,合上220kV主变开关(用于正一母）,空充220kV母线。

(2）合上#1高备变220kV开关,#1高备变低压开关与黑启动柴发同期合闸,11号燃机与黑启动柴发并列运行,有功功率转移过程如图4所示,无功功率转移过程如图5所示。

图411号燃机与柴油发电机的负荷转移过程(有功功率）

(3）退出黑启动柴发负荷并解列,11号燃机进入单机孤网运行模式。

(4）11号燃机能够在单机孤网运行后空充厂内其他主变,或空充线路主变并输出负荷。

2.3.2阶段注意事项

(1）如图4、图5所示,在黑启动柴发和9E级燃机的有功和无功转移过程中,燃机运行方式应采用恒转速方式,该方式有利于黑启动电源点的巩固和扩大,且双台燃机并网同期合闸时,可避免抢无功现象,利于有功合理分配。

图511号燃机与柴油发电机的负荷转移过程(无功功率）

(2）在利用11号燃机空充线路主变时,应当充分考虑和应涌流对孤网系统电压的冲击,避免因电压跌落时间较长导致保护装置动作,影响正常黑启动过程。

(3）黑启动空充线路主变输出负荷时,可适当降低燃机机端电压,以有效避免过电压和励磁涌流过大情况的发生。

2.4黑启动耗时

根据奉贤燃机黑启动反事故演习数据,从下达黑启动命令到9E燃机孤网运行共耗时53min,其中黑启动过程各阶段耗时如表1所示。

表1黑启动过程各阶段耗时统计

3结语

本文只对黑启动反事故演习过程中的各阶段进行分析,当电网实际发生停电事故时,还需要考虑到9E燃机的备用情况,包括电气一次系统的状态、锅炉汽包的水位、天气情况等因素。各厂也应多组织演习,一方面可以提高电厂运行人员的事故处理能力,另一方面当电力系统发生大停电事故时,电厂人员能有条不紊地恢复电力供应,使事故损失降到最低。