300MW燃煤機(jī)組黑啟動控制方案研究

秦崗

【摘 要】為滿足區(qū)域電網(wǎng)運(yùn)行的要求，某2×300MW燃煤電廠通過改造增加了黑啟動系統(tǒng)。本文介紹了本工程黑啟動的控制方案，并分析了在各種工況下黑啟動的控制邏輯，可為同類型工程提供了思路和參考。

【關(guān)鍵詞】區(qū)域電網(wǎng)；黑啟動；控制方案；DCS

中圖分類號： X773 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）31-0027-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.31.013

【Abstract】In order to meet the requirements of regional power grid operation， a 2×300 MW coal-fired power plant has added black start system through transformation. This paper introduces the control scheme of black start in this project， and analyses the control logic of black start in various working conditions， which can provide ideas and references for similar projects.

【Key words】Regional power grid；Black start；Control scheme；DCS

1 工程概況

某地方電力集團(tuán)所屬電廠現(xiàn)有2臺300MW燃煤機(jī)組，接入該集團(tuán)自建的區(qū)域電網(wǎng)。根據(jù)區(qū)域電網(wǎng)的運(yùn)行要求，該電廠需具備黑啟動能力，以便在外部電源完全中斷的條件下盡快啟動以恢復(fù)區(qū)域電網(wǎng)。

黑啟動是指整個系統(tǒng)因故障停運(yùn)后，系統(tǒng)全部停電，處于全“黑”狀態(tài)，不依賴別的網(wǎng)絡(luò)幫助，通過系統(tǒng)中具有自啟動能力的發(fā)電機(jī)組啟動，帶動無自啟動能力的發(fā)電機(jī)組，逐漸擴(kuò)大系統(tǒng)恢復(fù)范圍，最終實(shí)現(xiàn)整個系統(tǒng)的恢復(fù)[1]。

由于本電廠現(xiàn)有兩臺機(jī)組本身不具備黑啟動能力，需對其進(jìn)行改造。黑啟動有多鐘方式，第一種采用水電機(jī)組去啟動其它火電機(jī)組的型式，如華北電網(wǎng)利用北京十三陵抽水蓄能電廠進(jìn)行過黑啟動石景山火電廠的試驗(yàn)，華東電網(wǎng)利用天荒坪抽水蓄能電廠啟動華東電網(wǎng)的黑啟動試驗(yàn)，廣東電網(wǎng)利用廠州蓄能水電廠進(jìn)行過黑啟動試驗(yàn)。以上幾次黑啟動試驗(yàn)都取得了一定的成功，積累了一定的經(jīng)驗(yàn)[2]。另一種是采用柴油發(fā)電機(jī)組就近啟動方式，也就是本電廠黑啟動改造工程所采用的方式。

本工程在廠外新建11臺1800kW的柴油發(fā)電機(jī)組作為該電廠的黑啟動電源，通過電纜接至兩臺機(jī)組的6kV工作段。本文將對本工程黑啟動的控制方案和控制邏輯進(jìn)行詳細(xì)介紹。

2 黑啟動系統(tǒng)簡介

本工程的11臺內(nèi)燃式柴油發(fā)電機(jī)組采用戶外集裝箱式，單臺功率1800kW，額定電壓 6.3kV，單臺燃料消耗為470L/H。燃料采用輕柴油，由電廠油罐區(qū)引至黑啟動廠區(qū)。

黑啟動設(shè)置1段6kV黑啟動母線段，11臺柴油發(fā)電機(jī)組全部接入黑啟動6kV母線段。設(shè)置兩回6kV電纜出線，至電廠主廠房后通過電纜分支箱變成四回6kV電纜出線，分別接入兩臺機(jī)組的6kV工作A（B）段，電廠現(xiàn)有的6kV廠用段需做相應(yīng)的改造。柴油發(fā)電機(jī)組及其輔助系統(tǒng)的電源取本工程的1臺6/0.4kV 廠用變壓器。

黑啟動采用集中控制方式，控制點(diǎn)設(shè)在電廠現(xiàn)有的集中控制室，現(xiàn)場不設(shè)控制點(diǎn)，僅保留供調(diào)試及維護(hù)使用的上位機(jī)，控制目標(biāo)如下：

（1）在全部外部電源喪失情況下實(shí)現(xiàn)柴油發(fā)電機(jī)組自動啟動、負(fù)荷分配、管理并網(wǎng)等功能；

（2）每臺柴油發(fā)電機(jī)組負(fù)荷的全程自動調(diào)節(jié)。

3 控制方案

本工程作為電廠的黑啟動電源，主要為電廠在區(qū)域電網(wǎng)電力消失時提供電力，直至電廠啟動一臺機(jī)組后并完整帶廠用電穩(wěn)定運(yùn)行。為保障電廠在孤網(wǎng)帶廠用電運(yùn)行的安全穩(wěn)定性，必須保證黑啟動柴油機(jī)發(fā)電組的安全可靠和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，因此黑啟動采用遠(yuǎn)方分散控制系統(tǒng)（DCS）與就地PLC聯(lián)合控制的方案。

黑啟動廠區(qū)設(shè)置一套DCS，以遠(yuǎn)程I/O控制站的方式通過光纖接入電廠現(xiàn)有DCS公用網(wǎng)。在集中控制室的操作員站及工程師站增加黑啟動的相關(guān)畫面及相應(yīng)組態(tài)，實(shí)現(xiàn)在集中控制室內(nèi)對包括柴油發(fā)電機(jī)組和電氣系統(tǒng)在內(nèi)的整套黑啟動系統(tǒng)的運(yùn)行、操作及各種工況處理。 黑啟動DCS遠(yuǎn)程站配置一對冗余控制器，硬件和軟件與電廠現(xiàn)有DCS保持一致，實(shí)現(xiàn)一體化。

每臺柴油發(fā)電機(jī)均配有就地控制箱，箱內(nèi)設(shè)有PLC冗余控制器，實(shí)現(xiàn)每臺柴油機(jī)組的自動啟動、自動并機(jī)、自動加載、自動卸載、反同期、自動冷卻停機(jī)、自動保護(hù)等功能。柴油發(fā)電機(jī)控制箱通過硬接線接入黑啟動DCS遠(yuǎn)程站，通過DCS啟、停每臺柴油發(fā)電機(jī)，并監(jiān)視每臺柴油發(fā)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。

隨柴油發(fā)電機(jī)組配供一面PLC集中控制柜，控制器為冗余配置，實(shí)現(xiàn)對11臺柴油發(fā)電機(jī)組的負(fù)荷分配計算、單臺柴油發(fā)電機(jī)組的負(fù)荷管理、柴油發(fā)電機(jī)組序列啟動臺數(shù)及啟動順序管理等綜合自動化管理功能。集中控制柜通過硬接線的方式接入黑啟動DCS遠(yuǎn)程站，通過DCS聯(lián)鎖啟動柴油發(fā)電機(jī)組進(jìn)入黑啟動工況，監(jiān)視黑啟動柴油發(fā)電機(jī)組數(shù)量等狀態(tài)。集中控制柜設(shè)有與DCS的通訊接口。

每臺柴油機(jī)組集裝箱內(nèi)控制盤上設(shè)置少量緊急事故操作按鈕或開關(guān)，在DCS或PLC硬件發(fā)生全局性或重大故障時，確保柴油發(fā)電機(jī)組緊急安全停機(jī)。

低壓廠用電系統(tǒng)、6kV開關(guān)柜保護(hù)及控制信號均接入DCS。

柴油發(fā)電機(jī)組輔助燃油系統(tǒng)的控制設(shè)備和儀表以硬接線的方式接入黑啟動DCS遠(yuǎn)程站。

4 控制邏輯

黑啟動的控制邏輯主要為電氣廠用段電源回路的投切控制，電氣邏輯控制原理如圖1所示。

4.1 電廠發(fā)電機(jī)組正常運(yùn)行工況

（1）兩臺機(jī)組均正常供電

6kV工作段與兩臺機(jī)組高壓廠用變壓器連接的斷路器1DL、2DL、3DL、4DL均正常閉合，黑啟動6kV母線出線斷路器13DL及14DL保持長期閉合，運(yùn)行人員根據(jù)實(shí)際情況選定電廠6kV廠用段至黑啟動柴油機(jī)段出線斷路器5DL、6LD、7DL、8DL中的一個進(jìn)行手動合閘操作，對黑啟動6kV母線段上連接的6kV自用變壓器進(jìn)行供電。

（2）僅一臺機(jī)組正常供電

以1號機(jī)組正常供電、2號機(jī)組停運(yùn)為例：1DL、2DL正常閉合，3DL、4DL處于跳閘狀態(tài)，13DL及14DL保持長期閉合，運(yùn)行人員根據(jù)現(xiàn)場情況選定5DL、6DL中一個斷路器進(jìn)行手動合閘操作，對黑啟動6kV母線段上連接的6kV自用變壓器進(jìn)行供電。

（3）向黑啟動自用變供電的機(jī)組發(fā)生跳機(jī)失電

以1號機(jī)組發(fā)生跳機(jī)失電為例：運(yùn)行人員確認(rèn)1DL、2DL、5DL、6DL全部跳閘后，2號機(jī)組正常運(yùn)行時，13DL及14DL保持長期閉合，則運(yùn)行人員根據(jù)現(xiàn)場情況選定7DL、8DL中一個斷路器進(jìn)行手動合閘操作，對黑啟動6kV母線段上連接的6kV自用變進(jìn)行供電。

4.2 系統(tǒng)及電廠機(jī)組全失電，需要進(jìn)行黑啟動工況

以選擇啟動1號機(jī)組為例：首先運(yùn)行人員確認(rèn)1號機(jī)組6KV工作3A、3B段及2號機(jī)組6KV工作4A、4B段上所有斷路器均處于跳閘位置時，由DCS發(fā)命令給柴油發(fā)電機(jī)組集控屏，要求黑啟動。待柴油機(jī)組準(zhǔn)備好后，由柴油發(fā)電機(jī)組集控屏發(fā)"柴油機(jī)已備妥"信號給DCS。DCS合1號機(jī)組的5DL、6DL、GDL1后，陸續(xù)加載黑啟動負(fù)荷，待1號機(jī)組啟動成功后，由裝于5DL、6DL開關(guān)柜內(nèi)的柴油發(fā)電機(jī)成套配供的同期控制模塊實(shí)現(xiàn)同期合1DL及2DL。

根據(jù)調(diào)試確定的柴油發(fā)電機(jī)組降負(fù)荷速率及1號機(jī)組升負(fù)荷速率完成負(fù)荷轉(zhuǎn)移后，由機(jī)組DCS先發(fā)命令讓5DL、6DL全部跳閘，同時DCS向柴油發(fā)電機(jī)組集控屏發(fā)出跳閘命令，由柴油發(fā)電機(jī)組集控屏完成各臺柴油發(fā)電機(jī)組的跳閘邏輯。

4.3 特別說明

（1）除黑啟動工況時，1DL、2DL、3DL、4DL的同期合閘由柴油發(fā)電機(jī)成套配供IM-NT同期控制模塊實(shí)現(xiàn)外，1DL-12DL的遠(yuǎn)方控制由電廠機(jī)組DCS實(shí)現(xiàn)，GCB1-GCB11的遠(yuǎn)方控制由各對應(yīng)柴油機(jī)旁的就地控制箱實(shí)現(xiàn)。

（2）與黑啟動自用變壓器連接的斷路器的遠(yuǎn)方控制均由黑啟動DCS實(shí)現(xiàn)。

5 結(jié)束語

近年來國家發(fā)布了一系列的電力改革文件，包括《關(guān)于進(jìn)一步深化電力體制改革的若干意見》（9號文）及配套文件、《售電公司準(zhǔn)入與退出管理辦法》、《有序放開配電網(wǎng)業(yè)務(wù)管理辦法》，為各地成立售電公司構(gòu)建了比較完備的政策框架和外部環(huán)境。為扭轉(zhuǎn)火電機(jī)組常年以來虧損的困境，各地方電力集團(tuán)相應(yīng)國家政策開始建設(shè)區(qū)域電網(wǎng)，自行發(fā)電、自行售電。為節(jié)省投資，早期的火電機(jī)組在建設(shè)時往往不會配置黑啟動系統(tǒng)，因此為滿足區(qū)域電網(wǎng)的運(yùn)行要求，同時也為提升地方售電公司的競爭性，黑啟動系統(tǒng)的建設(shè)成為了一種需求。

本電廠的黑啟動系統(tǒng)已完成安裝并已進(jìn)行了調(diào)試，達(dá)到了預(yù)期的目的。300MW機(jī)組的黑啟動系統(tǒng)在國內(nèi)相對較少，本文可為同類型電廠黑啟動的控制提供思路及借鑒。

【參考文獻(xiàn)】

[1]張利.電力市場概論[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2014.

[2]楊軼.國外工程中火電廠黑啟動問題的研究[J].城市建設(shè)理論研究：電子版，2011（28）.