多臺機組作為黑啟動電源同時啟動設計方案剖析

梁國輝

（國網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計方案剖析

梁國輝

（國網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電機供電方式，勵磁系統起勵方式為直流系統起勵方式；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、變組單元接線，變壓器(2B、3B、4B)為100 MVA有載調壓變壓器，發、變、組之間設有斷路器，G3、G4兩臺機機端接有42B廠用變壓器，變壓器高壓側電壓等級為220 kV。電站220 kV系統接線方式為雙母線帶母聯（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，后經西鋪、津西、姜家營、常莊、車軸山，送電至豐潤電廠公用側，啟動該廠機組；再通過車軸山—韓城線路，恢復唐山市區供電。

1 機組啟動臺數設計

充電方案路徑參數如表1：

表1 方案一路徑線路參數及充電無功情況

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*，不產生自勵磁的判據不成立。

所以從潘家口蓄能電廠空充至唐豐熱電,可能會有發電機自勵磁問題出現。

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*，不產生自勵磁的判據成立。

所以從潘家口蓄能電廠至遵化變電站不會有發電機自勵磁問題出現。

但繼續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生的自勵磁?？紤]到機組參數、線路參數的誤差因素需要給自勵磁判據留有足夠的裕度，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*，不產生自勵磁的判據成立。

從計算結果分析，2臺機的WN僅僅比Qc與Xd*的乘積大2.23%，即使從判據上看不會產生自勵磁，但是考慮到機組參數、線路參數的誤差，不產生自勵磁的判據裕度太小，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增加1臺9 Mvar低壓電抗器，則不產生自勵磁的判據成立，且不產生自勵磁的判據裕度較大。

（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*，不產生自勵磁的判據均成立。不產生自勵磁的判據裕度足夠大，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節性能的差異，特別是小系統運行期間，對潘家口機組的調頻、調壓能力要求較高。豐潤熱電機組并入小系統前，為防止潘家口與豐熱機組之間出現功率和電壓擺動,引發黑啟動子系統頻率、電壓振蕩，將潘家口機組調速器置自動狀態，勵磁調節器置手動狀態，豐潤熱電廠機組調速器置手動狀態，勵磁調節器置自動狀態的調節方式。

潘家口蓄能電廠黑啟動設計啟動流程為：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、調速器系統在電壓、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臺機組的勵磁系統需要在手動狀態下如何實現勵磁系統的同步控制更是一項技術難題，只能是通過不斷的進行試驗來進行驗證。

3 小結

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經驗。

[1]NB/T35004-2013水力發電廠自動化設計技術規范[S].

[2]Q/GDW1774-2013大中型水電站黑啟動試驗技術規程[S].

[3]DL/T 5065-2009水力發電廠計算機監控系統設計規范[S].

[4]GB/T7409.3-2007同步電機勵磁系統大、中型同步發電機勵磁系統技術要求[S].

[5]李基成.現代同步發電機整流器勵磁系統[M].北京：水利電力出版社，1987.

[6]李基成.現代同步發電機勵磁系統設計及應用[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，從事電氣設備自動控制工作。