罗晓芳
广州协鑫蓝天燃气热电有限公司，广东 广州 510700
摘 要：某电厂采用输出功率为2.5MW、容量为2.82MWh的储能系统配合厂内柴油发电机作为380V保安段应急电源及燃机黑启动电源，为躲过低压厂用变压器励磁涌流，将柴油发电机由建压后带负荷改为带低压厂用变建压，确保某电厂黑启动项目顺利完成。
关键词：黑启动；柴油发电机；建压；
0 前言
黑启动，是指整个系统因故障停运后，系统全部停电(不排除孤立小电网仍维持运行)，处于全“黑”状态，不依赖别的网络帮助，通过系统中具有自启动能力的发电机组启动，带动无自启动能力的发电机组，逐渐扩大系统恢复范围，最终实现整个电力系统的恢复供电。在电网大面积停电后，采取电网黑启动措施，将大大减少电网停电时间，尽快恢复电网的正常运行。
近年来，国内外发生了多起电力系统大停电事故，均造成了巨大经济损失和社会影响。不断发生的大停电事故表明，虽然电网安全稳定控制理论及技术在不断发生、电网控制手段在不断进步，但是电网大面积停电风险依然存在。
某电厂总装机容量为2x196MW燃气-蒸汽联合循环机组，燃机容量136MW，汽机容量60MW，燃机为南京汽轮电机(集团)有限责任公司生产的PG9171E型燃气轮机；厂用电系统采用 6.3kV 和 0.4kV 两级电压。厂内设置 2 台高压厂用变压器，分别作为 2套机组的厂用电源，高压厂用变压器电源引自燃机出口；每套机组设置一段 6.3kV高压段，高压备用电源引自起动/备用变压器，电源引自220KV 系统，主要作为机组起动电源的同时，兼作厂内备用电源。主厂房内及附近的高压电动机和低压变压器分别由各自的 6.3kV工作段母线供电；目前每套机组配置一台功率520kW柴油发电机作为380V保安段应急备用电源，可保障燃机、汽机安全停机以及停机后的盘车；燃机在启动过程中最大负荷为2069kW，两台柴油发电机无法满足燃机启动时负荷要求，只具备保障机组的安全停机能力，不具备黑启动能力。
应调度要求，某电厂开展机组增加黑启动能力的可靠性研究工作，目前电厂一般采用较大功率柴油发电机作为黑启动电源，本着创新原则，经研究决定采用输出功率为2.5MW、容量为2.5MWh的储能系统，配合厂内两台520kW柴油发电机，作为厂内380V保安段应急电源及燃机黑启动电源；储能系统通过共箱母排分别接入380V厂用PC 1A段、1号机组380V 1BA保安段、 380V厂用PC 2A段、2号机组380V 2BA保安段，燃机启动马达增加软启动回路，柴油发电机和储能系统之间（1A711/2A711开关）、燃机和6kV厂用电之间（6101/6201开关）增加同期点。
.png)
图1 一次系统图
1 改造必要性
全厂失电后，低压厂用变压器空载启动将产生励磁涌流，励磁涌流最大可达额定电流的6～8倍。厂内低压厂用变压器容量2000kVA，额定电流2886.7A，励磁涌流将达到17320.2A~23093.6A；储能系统过流保护定值4400A、延时0S；柴油发电机额定电流936A，过流保护采用热保护曲线方式，当电流达到1.1倍额定电流时，延时3.6秒跳闸；使用黑启动电源对低压厂用变压器进行空载启动，势必躲不过励磁涌流而跳闸。
解决措施：采用柴油发电机带低压厂用变压器进行启动建压，能有效解决变压器空载合闸产生励磁涌流问题。
黑启动操作过程（以#1机为例）：在全厂失电后，启动储能系统对380V 1BA保安段供电，恢复燃机和汽机盘车运行；合上380V厂用1A段1A低厂变高低压侧开关，合上其他低厂变高压开关，断开其他低厂变低压侧开关，合上#1柴油发电机出口1A321开关，#1柴油发电机带着380V厂用PC 1A段通过1A低厂变对6kVⅠ段启动建压，柴油发电机电压升致额定电压后，采用同期装置同期合上1A711开关将#1柴油发电机并入储能系统运行，启动#1燃机运行并建压，采用同期装置同期合上6101开关将#1燃机并入6kV厂用系统，退出#1柴油发电机和储能系统运行，#1燃机进入孤网运行，手动合上#1主变变高2201开关对220kV母线进行充电，合上220kV线路开关对对侧站220kV母线进行充电，#1燃机带负荷后启动#2汽机运行，恢复供热，根据调度要求恢复#2机组运行。
2 方案确认和实施
改造前：柴油发电机型号520GF，额定功率520kW，频率50Hz；控制器型号DSE 8610，无调压和调频功能，柴油发电机输出并入380V保安段作为保安段应急备用电源。当全厂失电后，保安段备自投装置自动启动柴油发电机空载满速后，柴油发电机控制器自动合上出口开关，备自投装置检测到柴油发电机出口电压满足要求，自动合上保安段柴油发电机电源开关，恢复保安段负荷供电。
方案确认：将柴油发电机输出由保安段改接至380V厂用PCA段，柴油发电机建压后采用同期并入储能系统，在柴油发电机控制器增加调压和调频功能，增加1A711（2A711）开关接点开入，因柴油发电机原控制器无开入空位接入调压、调频、开关接点开入，将柴油发电机控制器型号更换为DSE8610 MKⅡ；柴油发电机建压前需先合上出口两个开关，因此需对控制器逻辑进行修改：建压前自动合上柴油发电机出口491/492开关，380V厂用PCA段1A321（2A321）开关未合闸时，柴油发电机不起动，柴油发电机控制器增加1A321（2A321）开关接点开入；柴油发电机与储能并列前采用恒频模式，并列后采用恒功率模式，运行人员根据运行情况增加负荷；柴油发电机取消自启动功能，保留远方启动和就地启动。
方案实施：①DCS后台增加柴油发电机调频和调压操作界面，与同期装置调频和调压回路并接入柴油发电机控制器；②解开备自投自动启动柴油发电机二次回路电缆线芯，增加1A711（2A711）和1A321（2A321）开关接点开入。
调试过程（以#1机为例）：断开6kV Ⅰ段工作电源和备用电源进线开关使#1机厂用电失电；380V 1BA保安段备自投出口启动储能系统，恢复1BA保安段所有负荷（含燃机滑油系统），投入发电机盘车；断开1B低厂变/1C公用变/1D化学变/1E循环水变低压侧开关、断开#1机组380V母联开关，合上6kV Ⅰ段备用电源进线开关、1A低厂变高低压侧开关，合上1B低厂变/1C公用变/1D化学变/1E循环水变/循环水泵变频器/给水泵变频器/凝结水泵变频器高压侧开关；DCS后台合上1A321开关，启动柴油发电机带着380V厂用PCA段母线、6kV 工作段、6kV备用0段母线和低压厂用变、高压变频器建压至额定电压；采用同期装置同期合上1A711开关，将柴油发电机并入储能系统，柴油发电机和储能共同带负荷启动燃机运行。
遇到问题：柴油发电机每月进行启动试运行定期工作，在380V厂用PC段带电情况下，无法启动。
解决方法：在柴油发电机控制器1A321/2A321开关接点开入处并接一个1极空开，模拟1A321/2A321开关辅助接点，当进行柴油发电机定期工作时，断开1A321/2A321断路器将柴油发电机与380V厂用PCA段隔离，合上1A321/2A321辅助接点空气开关，启动柴油发电机试运。
.png)
图2 柴油发电机启动曲线图
由图2可知，#1柴油发电机带低压厂变压器压器启动建压至额定电压最大电流为56.76A；#2柴油发电机带低压厂变压器压器启动建压至额定电压最大电流为58.36A。由此可见，柴油发电机带低压厂用变压器建可有效躲过低压厂用变压器的励磁流涌流。
3 结语
通过研究、提出可行性方案和实施，更换柴油发电机控制器，更改二次控制回路，增加调压和调频功能，将柴油发电机改为带低压厂用变压器启动建压，解决了直接启动不能躲过励磁流通流问题。柴油发电机与储能系统并列后，调频功能中增频转为增功率，减频转为减功率，运行人员通过DCS增频和减频按钮进行增减负荷，且柴油发电机自动跟踪储能系统频率，保持与储能系统频率一致。方案确定实施过程中，虽然遇到一些问题，提出解决方法，保证某电厂黑启动试验顺利完成。