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燃气轮机发电机组黑启动方案探讨(1)

北极星电力网技术频道    作者:佚名   2012/5/23 14:57:45   

  所属频道:  火力发电    关键词:  燃气轮机 黑启动 孤岛运行

摘要:不同电厂的黑启动方案由于机型和系统接线的差异而千差万别。但黑启动过程设计中的关键因素如黑启动负荷加载顺序、黑启动柴油发电机组选型、死母线合闸、孤岛运行控制等却有着原理一致性和可归纳性。基于9E机组的黑启动成功案例,阐述燃气轮机发电机电厂黑启动必须考虑的重要负荷顺序以及黑启动柴油机的选型计算过程。对死母线合闸、孤岛运行控制等黑启动方案中关键步骤进行原理描述和经验总结,并介绍了优化方法和现场经验,提醒需要注意的特殊环节,为今后黑启动方案设计提供参考和借鉴。

黑启动是在黑网或丢失外部电力的情况下以恢复电站供电的过程。其作为紧急方案来给区域电网恢复供电。电网的大面积黑电事故使电网对电厂的黑启动能力日益重视。由于电网在黑启动机组的启动时间、加载限制和辅助系统上的额外要求,不是所有的机型都适合黑启动。

燃气轮机能够快速启动、宽幅加载和灵敏响应,电站设计上稍加改进就可以成为合格的黑启动电站。在紧急情况下,可由就地的黑启动柴油发电机发电来提供必要厂用电源以实现燃气轮机启动。

由于燃气轮机机型众多,同一机型也有单轴多轴等不同配置,同时系统接线方式也不相同,所以不同电厂的黑启动方案间千差万别而缺少系统性总结和归纳。但黑启动方案中的关键因素如负荷清单和加载顺序、黑启动柴油机的选型和计算、死母线合闸、孤岛运行控制等却有着原理一致性和可归纳性。以下逐一阐述几个方面。

1 电厂黑启动负荷

一般的燃气轮机电厂都需要黑启动柴油发电机在外部黑网时来提供电力给辅助电气设备以保证燃气轮机的顺利启动。考虑到柴油发电机组的经济性,不可能所有负荷都联接到黑启动电源上。往往要进行筛选而只留下关键负荷即黑启动负荷,例如必要的燃料供给和冷却系统等。

由于机型和系统配置以及厂用电接线的差异,不同电厂的黑启动负荷差别很大。例如,有些使用电动机驱动燃气压缩机的电站,该电动机就占了很大负荷比重;对于需要氮清吹和置换的低热值燃气机组,需要考虑氮气系统负荷;对于单轴的燃气-蒸汽联合循环机组,还要考虑汽轮机启动时的冷却蒸汽系统负荷等等。

简而言之,黑启动负荷的选择必须因厂而异,其核心标准是必须满足燃气轮机启机时的工艺和控制要求。

1.1 无需黑启动柴油发电机的6B系列燃气轮机

需要特别指出,由于6B系列燃气轮机可配备柴油机作为起动装置,而且配有蓄电池供电的直流盘车棘轮泵、直流润滑油泵、及黑启动逆变器以提供点火器电源;因此,即使在不配备柴油发电机的情况下,6B 燃气轮机仍然可以独自实现从低速盘车到高速盘车一直到点火加速的一系列黑启动过程。

由于配有蓄电池供电的直流盘车棘轮泵,6B 燃气轮机可以在黑网情况下保持低速盘车并随时启机。但在黑启动情况下,必须通过调节直流润滑油泵的可调励磁电阻来提高油压,使之高于压力开关63QT (润滑油压力低跳闸)。同时启动程序也必须进行相应修改,使燃气轮机黑启动依托于应急直流润滑油泵,而不是正常的辅助交流润滑油泵。

配备柴油机作为起动装置的6B系列燃气轮机由于不需要黑启动柴油机,而使黑启动方案更加经济和方便。在必要时该型燃气轮机也可作为黑启动电厂的黑启动电源,以替代大容量的黑启动柴油发电机。

1.2 黑启动柴油发电机

除了上文提及的使用柴油机作为起动装置的6B系列燃气轮机外,其他类型燃气轮机都需要黑启动柴油发电机来提供电力给中压启动装置和重要的低压负荷如润滑油、密封油及必要的风机等实现黑启动。由于费用原因,黑启动柴油发电机不宜设计过大,但必须满足重要辅助设备运行要求。

客户往往希望燃气轮机控制系统能限制某些不必要的燃气轮机负荷如风机等在黑启动过程运行来减少黑启动柴油发电机的耗电,从而能使用经济节省的柴油发电机。但燃气轮机控制系统不会为此而另外设计整个燃气轮机发电机组的启动程序。不过,我们可以人为地或利用DCS来操控某些负荷使之成为不同的时间序列,以避免启动电流的叠加,由此来减少柴油发电机的尖峰负荷。

1.2.1 负荷顺序表

以下为整个电厂的负荷顺序表:

顺序 0: 已在线的不受控负荷,和母线同时带电 ;

顺序1: 母线带电后10s内投入;

顺序2: 母线带电后10s到1min内投入;

顺序3: 燃气轮机马达控制中心已存在的负荷,和母线同时带电;

顺序4: 轮控盘控制的负荷,启动令时立即启动;

顺序5: 轮控盘控制的负荷,点火时立即启动;

顺序6: 轮控盘控制的负荷,转速达到14HS (95% 满转速)时立即启动。

1.2.2黑启动必要的电站负荷

在燃气轮机所带的辅助负荷之外,黑启动还必须考虑必要的电厂辅助负荷。表1为典型9E多轴联合循环电站的黑启动负荷(低压)清单。注意:燃气轮机马达控制中心(MCC)提供的负荷为燃气轮机所带的辅助负荷。在该方案中,电厂的必要设备在燃气轮机MCC受电前先受电。

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