多臺機組作為黑啟動電源同時啟動設(shè)計方案剖析

梁國輝

（國網(wǎng)新源控股有限公司潘家口蓄能電廠，河北唐山064309）

多臺機組作為黑啟動電源同時啟動設(shè)計方案剖析

梁國輝

（國網(wǎng)新源控股有限公司潘家口蓄能電廠，河北唐山064309）

潘家口蓄能電廠黑啟動交流電源采用的是柴油發(fā)電機供電方式，勵磁系統(tǒng)起勵方式為直流系統(tǒng)起勵方式；但是由于潘家口蓄能電廠機組容量較小，并且黑啟動需要充母線至豐潤熱電廠，線路過長存在自勵磁過電壓風險，所以潘家口蓄能電廠1臺機組無法滿足黑啟動的需求，黑啟動過程中需要潘家口蓄能電廠至少2臺或者3臺機組同時啟動作為黑啟動電源，才能滿足黑啟動的正常需求。

黑啟動；自勵磁；過電壓

0 引言

潘家口蓄能電廠安裝有3臺抽水蓄能機組，每臺機組容量為91 MVA，機端電壓為13.8 kV,采用發(fā)、變組單元接線，變壓器(2B、3B、4B)為100 MVA有載調(diào)壓變壓器，發(fā)、變、組之間設(shè)有斷路器，G3、G4兩臺機機端接有42B廠用變壓器，變壓器高壓側(cè)電壓等級為220 kV。電站220 kV系統(tǒng)接線方式為雙母線帶母聯(lián)（兼做出線旁路）接線，出線2回，均送往遵化變電站。

潘家口蓄能電廠空充至唐豐熱電路徑為：從潘家口蓄能電廠機組零起升壓后向遵化方向充電，后經(jīng)西鋪、津西、姜家營、常莊、車軸山，送電至豐潤電廠公用側(cè)，啟動該廠機組；再通過車軸山—韓城線路，恢復唐山市區(qū)供電。

1 機組啟動臺數(shù)設(shè)計

充電方案路徑參數(shù)如表1：

表1 方案一路徑線路參數(shù)及充電無功情況

黑啟動過程中對于機組而言存在的主要風險為自勵磁過電壓，為了躲避機組自勵磁風險，對機組啟動情況分別進行了校驗計算，結(jié)果如下：

（1）潘家口開1臺機

1）從潘家口蓄能電廠空充至唐豐熱電

WN＜QC1×Xd*，不產(chǎn)生自勵磁的判據(jù)不成立。

所以從潘家口蓄能電廠空充至唐豐熱電,可能會有發(fā)電機自勵磁問題出現(xiàn)。

2）從潘家口蓄能電廠空充至遵化變電站,在遵化變電站增加感性補償

由上述可知,本文所提出的DFT電路的面積開銷為0.06%左右。需要注意的是,我們沒有計入受控邏輯和I/O電路,并且這些電路的面積與單元陣列相比較小。

WN＞Qc×Xd*，不產(chǎn)生自勵磁的判據(jù)成立。

所以從潘家口蓄能電廠至遵化變電站不會有發(fā)電機自勵磁問題出現(xiàn)。

但繼續(xù)由遵化變電站空充至豐潤熱電,則會有自勵磁問題，需在遵化變電站投入感性補償抑制空充產(chǎn)生的自勵磁。考慮到機組參數(shù)、線路參數(shù)的誤差因素需要給自勵磁判據(jù)留有足夠的裕度，故建議遵化站投入3組（單組容量9 Mvar）低壓電抗器。

（2）潘家口開2臺機

2臺機WN＝182 MVA

Qc1＝34.89 MVA

2臺機Xd*=10.2÷2=5.1

Qc1×Xd*=177.94 MVA

WN＞Qc1×Xd*，不產(chǎn)生自勵磁的判據(jù)成立。

從計算結(jié)果分析，2臺機的WN僅僅比Qc與Xd*的乘積大2.23%，即使從判據(jù)上看不會產(chǎn)生自勵磁，但是考慮到機組參數(shù)、線路參數(shù)的誤差，不產(chǎn)生自勵磁的判據(jù)裕度太小，仍然存在一定的自勵磁過電壓風險。如果考慮在遵化變電站主變低壓側(cè)增加1臺9 Mvar低壓電抗器，則不產(chǎn)生自勵磁的判據(jù)成立，且不產(chǎn)生自勵磁的判據(jù)裕度較大。

（3）潘家口開3臺機

3臺機WN＝273 MVA

Qc1＝34.89 MVA

3臺機Xd*=10.2÷3=3.4

Qc1×Xd*=118.63 MVA

WN＞Qc1×Xd*，不產(chǎn)生自勵磁的判據(jù)均成立。不產(chǎn)生自勵磁的判據(jù)裕度足夠大，不存在自勵磁過電壓的風險。

綜上所述，潘家口蓄能電廠3臺機組全開可避免自勵磁風險。

2 多臺機組同時黑啟動控制難點分析

水電機組和火電機組調(diào)節(jié)性能的差異，特別是小系統(tǒng)運行期間，對潘家口機組的調(diào)頻、調(diào)壓能力要求較高。豐潤熱電機組并入小系統(tǒng)前，為防止潘家口與豐熱機組之間出現(xiàn)功率和電壓擺動,引發(fā)黑啟動子系統(tǒng)頻率、電壓振蕩，將潘家口機組調(diào)速器置自動狀態(tài)，勵磁調(diào)節(jié)器置手動狀態(tài)，豐潤熱電廠機組調(diào)速器置手動狀態(tài)，勵磁調(diào)節(jié)器置自動狀態(tài)的調(diào)節(jié)方式。

潘家口蓄能電廠黑啟動設(shè)計啟動流程為：潘家口蓄能電廠的3臺機組同時帶2回，零起升壓至額定220 kV電壓，電壓穩(wěn)定后合上潘遵雙回線斷路器向線路充電并輸送功率。由于3臺機組和3臺主變的電氣特性存在一定的差異，3臺機組帶雙回母線升壓過程中的勵磁系統(tǒng)、調(diào)速器系統(tǒng)在電壓、有功功率以及無功功率的合理分配控制策略為啟動過程中的控制難點，尤其是3臺機組的勵磁系統(tǒng)需要在手動狀態(tài)下如何實現(xiàn)勵磁系統(tǒng)的同步控制更是一項技術(shù)難題，只能是通過不斷的進行試驗來進行驗證。

3 小結(jié)

多臺機組作為黑啟動電源同時啟動還沒有成功的啟動案例，啟動過程中的技術(shù)難點還需要通過試驗來驗證，最終找出完美的解決方案，這種啟動方式還有很多技術(shù)難題需要解決，一旦這種方式啟動成功，也將為黑啟動方式積累寶貴的技術(shù)經(jīng)驗。

[1]NB/T35004-2013水力發(fā)電廠自動化設(shè)計技術(shù)規(guī)范[S].

[2]Q/GDW1774-2013大中型水電站黑啟動試驗技術(shù)規(guī)程[S].

[3]DL/T 5065-2009水力發(fā)電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范[S].

[4]GB/T7409.3-2007同步電機勵磁系統(tǒng)大、中型同步發(fā)電機勵磁系統(tǒng)技術(shù)要求[S].

[5]李基成.現(xiàn)代同步發(fā)電機整流器勵磁系統(tǒng)[M].北京：水利電力出版社，1987.

[6]李基成.現(xiàn)代同步發(fā)電機勵磁系統(tǒng)設(shè)計及應用[M].北京：中國電力出版社，2009.03.

TV743

A

1672-5387（2017）12-0003-02

10.13599/j.cnki.11-5130.2017.12.002

2017-11-01

梁國輝（1987-），男，工程師，從事電氣設(shè)備自動控制工作。