引言

近年來國際上發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日印尼雅加達的大面積停電事故,均造成了災難性后果。若發生電網故障后能緊急恢復電網供電能力,可大大減少損失。

電力系統黑啟動是指整個系統因故障停運后,無需依賴其他網絡的幫助,通過系統中具有自啟能力的機組,帶動無自啟能力的機組啟動,從而逐步擴大電力系統的恢復范圍,最終實現整個電力系統的恢復。

上海奉賢燃機發電有限公司(以下簡稱"奉賢燃機"）9E級燃氣一蒸汽聯合循環發電機組引進美國GE公司PG9171E型雙軸聯合循環發電機組,是天然氣、柴油雙燃料型機組,且輔機容量小,適合使用黑啟動柴發機組,故上海電網在奉賢燃機內增設了黑啟動點。本文旨在通過分析奉賢燃機黑啟動反事故演習的過程,簡述9E級燃機黑啟動過程各階段注意事項,以期縮短上海電網全黑時的恢復時間。

1黑啟動過程簡介

奉賢燃機黑啟動柴發機組分為柴油機和發電機兩部分,柴油機為德國MAN公司18V32/28S型中速柴油機,發電機為美國AVK公司的ZFNLo22-225型發電機。該柴發機組具有啟動迅速、負荷適應能力強、設備一鍵啟停等特點。奉賢燃機自備兩個2000m3的儲油罐,黑啟動柴發可通過油罐靜壓方式獲取燃油。在電網全黑后,小柴發(應急柴油發電機）可在數秒內啟動,帶動大柴發的400V負荷,再啟動大柴發輸出至6kV備用段,使6kV廠用電系統受電,并帶9E燃機輔機啟動,隨后可啟動任意一臺9E燃機,最后通過架空線路送出負荷,恢復電網供電。整體啟動過程如圖1所示。

2黑啟動重要階段及注意事項

奉賢燃機黑啟動反事故演習的過程主要分為黑啟動柴油機啟動、充電6kV帶動9E燃機啟動、9E燃機孤網運行三個階段,下面將詳細介紹這三個階段及需要注意的事項。

2.1黑啟動柴油機啟動

2.1.1過程

(1）電網全黑后,市調下令立即啟動柴油發電機并做好燃機并網準備。

(2）運行人員至就地啟動應急柴油發電機,帶動黑啟動柴油發電機至空載運行。

(3）調整黑啟動柴發出口開關至熱備用狀態。

(4）按黑啟動準備方式調整220kV運行方式:#11主變220kV側正一母運行,1號高備變220kV正一母運行,6kV開關合上:#21主變220kV側正一母熱備用:奉惠4193線路220kV正二母熱備用:220kV1、2號母聯,220kV正、副母分段開關均合上,其他220kV開關均斷開。奉賢燃機電氣一次系統圖如圖2所示。

圖2奉賢燃機電氣一次系統圖

2.1.2階段注意事項

(1）做好黑啟動機組在備用期間的備用工作,可大幅縮短黑啟動時間,尤其是暖缸的高溫冷卻水和啟動用的壓縮空氣。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熱器開關應放至自動位置,隨時為高溫冷卻水進行加熱、保溫,空壓機也應打至自動位置,維持儲氣罐內空氣相應的壓力。

(2）下令開啟黑啟動柴發,應同時按黑啟動準備方式調整

220kV運行方式,為后期9E燃機孤網運行、輸出負荷做準備。

2.2充電6kV帶動9E級燃機啟動

2.2.1過程

(1）6kV段通過黑啟動柴發送電,恢復1號機組廠用電。

(2）啟動11號燃機盤車系統以及相關輔機,11號燃機做好啟動準備。

(3）啟動11號燃機至3000r/min,做好并網準備。

2.2.2階段注意事項

9E級燃機的輔機設備按照專業類型可以分為化學、汽機、鍋爐和燃機4個方面。化學側負載約為85kw,汽機側約為105kw,鍋爐側約為1155kw,燃機側約為1355kw,其中燃機啟動馬達的額定功率為1000kw。在啟動輔機設備時,黑啟動柴發出口電壓會出現暫時下降,隨后電壓恢復并趨于平穩,而啟動馬達功率較大,可在啟動馬達開啟前將黑啟動出口電壓暫時升高,以避免啟動馬達啟動后電壓降幅過大,引發廠用電裝置低電壓保護動作。啟動馬達啟動過程中黑啟動柴發出口電壓暫降曲線如圖3所示。

2.39E級燃機孤網運行

2.3.1過程

(1）11號機運行正常后,合上220kV主變開關(用于正一母）,空充220kV母線。

(2）合上#1高備變220kV開關,#1高備變低壓開關與黑啟動柴發同期合閘,11號燃機與黑啟動柴發并列運行,有功功率轉移過程如圖4所示,無功功率轉移過程如圖5所示。

圖411號燃機與柴油發電機的負荷轉移過程(有功功率）

(3）退出黑啟動柴發負荷并解列,11號燃機進入單機孤網運行模式。

(4）11號燃機能夠在單機孤網運行后空充廠內其他主變,或空充線路主變并輸出負荷。

2.3.2階段注意事項

(1）如圖4、圖5所示,在黑啟動柴發和9E級燃機的有功和無功轉移過程中,燃機運行方式應采用恒轉速方式,該方式有利于黑啟動電源點的鞏固和擴大,且雙臺燃機并網同期合閘時,可避免搶無功現象,利于有功合理分配。

圖511號燃機與柴油發電機的負荷轉移過程(無功功率）

(2）在利用11號燃機空充線路主變時,應當充分考慮和應涌流對孤網系統電壓的沖擊,避免因電壓跌落時間較長導致保護裝置動作,影響正常黑啟動過程。

(3）黑啟動空充線路主變輸出負荷時,可適當降低燃機機端電壓,以有效避免過電壓和勵磁涌流過大情況的發生。

2.4黑啟動耗時

根據奉賢燃機黑啟動反事故演習數據,從下達黑啟動命令到9E燃機孤網運行共耗時53min,其中黑啟動過程各階段耗時如表1所示。

表1黑啟動過程各階段耗時統計

3結語

本文只對黑啟動反事故演習過程中的各階段進行分析,當電網實際發生停電事故時,還需要考慮到9E燃機的備用情況,包括電氣一次系統的狀態、鍋爐汽包的水位、天氣情況等因素。各廠也應多組織演習,一方面可以提高電廠運行人員的事故處理能力,另一方面當電力系統發生大停電事故時,電廠人員能有條不紊地恢復電力供應,使事故損失降到最低。