燃气轮机发电机的孤岛运行控制-中国能源网.docx
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燃气轮机发电机组黑启动方案探讨
余旭翔1,DenicourtFranck2
（1. 通用电气中国有限公司全球项目部,上海,201203;2.通用电气有限公司全球项目部,贝尔福,法国）
摘要:
不同电厂的黑启动方案由于机型和系统接线的差异而千差万别。
但黑启动过程设计中的关键因素如黑启动负荷加载顺序、黑启动柴油发电机组选型、死母线合闸、孤岛运行控制等却有着原理一致性和可归纳性。
基于9E机组的黑启动成功案例，阐述燃气轮机发电机电厂黑启
动必须考虑的重要负荷顺序以及黑启动柴油机的选型计算过程。
对死母线合闸、孤岛运行控制等黑启动方案中关键步骤进行原理描述和经验总结，并介绍了优化方法和现场经验，提醒需要注意的特殊环节，为今后黑启动方案设计提供参考和借鉴。
关键词：
燃气轮机;黑启动;柴油发电机组;死母线合闸;孤岛运行
中图分类号：
TM611.24 文献标识码：
B 文章编号：
1009-2889（2012）01-0000-00
DiscussionsonBlackStartofGasTurbineGeneratorUnit
YUXu-xiang1,DenicourtFranck2
（1.GlobalProjectOrganization,GeneralElectricChinaco.LTD,Shanghai201203，China;2.GlobalProjectOrganization,GeneralElectricco.LTD,Belfort,France）
Abstract:
TheBlackStartschemesarevariousdependingondifferentmachinetypesandelectrical
configurations.However,thekeyconsiderationslikeblackstartloadprofile,blackstartdieselgeneratorsizing,deadbusclosureandislandoperationarecommonlyapplicablewithsimilarphilosophyfordifferentprojects.Basingonasuccessfulblackstartcaseof9Eproject,thepaperintroducesthekeyloadsequenceandanexampleofblackstartdieselgeneratorsizingprocess.Italsoillustratesthephilosophyofdeadbusclosure,islandoperationcontrol,andotherstudiesrelevanttoblackstartprocedure.Italsosharesthevaluableoptimizationpracticeandsiteexperience,aswellashighlightsspecialaspectsinordertoprovidereferenceforfutureblackstartschemedesign.
Keywords：
gasturbine;blackstart;dieselgeneratorunit;deadbusclosure;islandoperation
黑启动是在黑网或丢失外部电力的情况下以恢复电站供电的过程。
其作为紧急方案来给区域电网恢复供电。
电网的大面积黑电事故使电网对电厂的黑启动能力日益重视。
由于电网在黑启动机组的启动时间、加载限制和辅助系统上的额外要求,不是所有的机型都适合黑启动。
燃气轮机能够快速启动、宽幅加载和灵敏响应，电站设计上稍加改进就可以成为合格的黑启动电站。
在紧急情况下，可由就地的黑启动柴油发电机发电来提供必要厂用电源以实现燃气轮机启动。
由于燃气轮机机型众多，同一机型也有单轴多轴等不同配置，同时系统接线方式也不相同，所以不同电厂的黑启动方案间千差万别而缺少系统性总结和归纳。
但黑启动方案中的关键因素如负荷清单和加载顺序、黑启动柴油机的选型和计算、死母线合闸、孤岛运行控制等却有着原理一致性和可归纳性。
以下逐一阐述几个方面。
收稿日期：
2011-09-26改稿日期：
2011-10-15
作者简介：
余旭翔（1975-），男，主任工程师，硕士，电话：
02138777253），Ｅ-mail:
xuxiang.yu@。
1电厂黑启动负荷
一般的燃气轮机电厂都需要黑启动柴油发电机在外部黑网时来提供电力给辅助电气设备以
保证燃气轮机的顺利启动。
考虑到柴油发电机组的经济性，不可能所有负荷都联接到黑启动电源上。
往往要进行筛选而只留下关键负荷即黑启动负荷，例如必要的燃料供给和冷却系统等。
由于机型和系统配置以及厂用电接线的差异，不同电厂的黑启动负荷差别很大。
例如，有
些使用电动机驱动燃气压缩机的电站,该电动机就占了很大负荷比重；对于需要氮清吹和置换的低热值燃气机组,需要考虑氮气系统负荷；对于单轴的燃气-蒸汽联合循环机组，还要考虑汽轮机启动时的冷却蒸汽系统负荷等等。
简而言之，黑启动负荷的选择必须因厂而异，其核心标准是必须满足燃气轮机启机时的工艺和控制要求。
1.1无需黑启动柴油发电机的6B系列燃气轮机
需要特别指出,由于6B系列燃气轮机可配备柴油机作为起动装置，而且配有蓄电池供电的
直流盘车棘轮泵、直流润滑油泵、及黑启动逆变器以提供点火器电源；因此，即使在不配备柴油发电机的情况下，6B燃气轮机仍然可以独自实现从低速盘车到高速盘车一直到点火加速的一系列黑启动过程。
由于配有蓄电池供电的直流盘车棘轮泵，6B燃气轮机可以在黑网情况下保持低速盘车并随时启机。
但在黑启动情况下，必须通过调节直流润滑油泵的可调励磁电阻来提高油压，使之高于压力开关63QT（润滑油压力低跳闸）。
同时启动程序也必须进行相应修改，使燃气轮机黑启动依托于应急直流润滑油泵，而不是正常的辅助交流润滑油泵。
配备柴油机作为起动装置的6B系列燃气轮机由于不需要黑启动柴油机，而使黑启动方案更加经济和方便。
在必要时该型燃气轮机也可作为黑启动电厂的黑启动电源，以替代大容量的黑启动柴油发电机。
1.2黑启动柴油发电机
除了上文提及的使用柴油机作为起动装置的6B系列燃气轮机外，其他类型燃气轮机都需
要黑启动柴油发电机来提供电力给中压启动装置和重要的低压负荷如润滑油、密封油及必要的风机等实现黑启动。
由于费用原因，黑启动柴油发电机不宜设计过大，但必须满足重要辅助设备运行要求。
客户往往希望燃气轮机控制系统能限制某些不必要的燃气轮机负荷如风机等在黑启动过程运行来减少黑启动柴油发电机的耗电,从而能使用经济节省的柴油发电机。
但燃气轮机控制系统不会为此而另外设计整个燃气轮机发电机组的启动程序。
不过，我们可以人为地或利用DCS来操控某些负荷使之成为不同的时间序列，以避免启动电流的叠加，由此来减少柴油发电机的尖峰负荷。
1.2.1负荷顺序表
以下为整个电厂的负荷顺序表：
顺序0:
已在线的不受控负荷，和母线同时带电；顺序1:
母线带电后10s内投入；
顺序2:
母线带电后10s到1min内投入；
顺序3:
燃气轮机马达控制中心已存在的负荷，和母线同时带电；
顺序4:
轮控盘控制的负荷，启动令时立即启动；
顺序5:
轮控盘控制的负荷，点火时立即启动；
顺序6:
轮控盘控制的负荷，转速达到14HS（95%满转速）时立即启动。
1.2.2黑启动必要的电站负荷
在燃气轮机所带的辅助负荷之外，黑启动还必须考虑必要的电厂辅助负荷。
表1为典型
9E多轴联合循环电站的黑启动负荷（低压）清单。
注意：
燃气轮机马达控制中心（MCC）提供
的负荷为燃气轮机所带的辅助负荷。
在该方案中，电厂的必要设备在燃气轮机MCC受电前先受电。
表1典型9E多轴联合循环电厂黑启动负荷清单
顺序
设备描述
配备数量/运行数量
供电方/控制方
功率/kW*
0
DCS（分布式控制系统）电源以及电池充电机
1
电站配电盘/不受控
60/0.8/20
0
余热锅炉阀的配电
1
电站配电盘/DCS控制
15
0
照明
17
电站配电盘/不受控
15
0
控制室空调
2
电站配电盘/不受控
5
1
开式循环冷却水泵和风机
2/1
电站配电盘/DCS控制
500/0.8/6
1
闭式循环冷却水泵和风机
2/1
电站配电盘/DCS控制
100/0.8/6.8
2
燃料为天燃气的压缩机
1
电站配电盘/DCS控制
950/0.8/3.5 （天燃气压缩机带软启动器）
2
挡板门冷却风机
2/1
电站配电盘/DCS控制
22
2
仪表气
1
电站配电盘/DCS控制
28
2
消防泵
1
电站配电盘/DCS控制
3
2
防冻伴热
1
电站配电盘/DCS控制
5
3
燃气轮机
400/230VAC配电变压器
1
燃机马达控制中心/不受控
40/0.8/15
3
二氧化碳装置
燃机马达控制中心/不受控
2.4
3
必要的加热器滑油加热器23QT,辅机间加热器23HAs,发电机加热器23HGs以及管道伴热
多个
燃机马达控制中心/不受控
110
3
就地燃气轮机控制室空调
2/1
燃机马达控制中心/不受控
10
3
燃气轮机蓄电池充电机
2/1
燃机马达控制中心/不受控
15
4
88QA辅助润滑油泵电动机
1
燃机马达控制中心/轮控盘控制
90/0.92/7.9
4
88HQ辅助液压油泵电动机
1
燃机马达控制中心/轮控盘控制
15/0.92/6.5
4
88TG 盘车电动机
（4%全转速前运行）
1
燃机马达控制中心/轮控盘控制
30/0.8/6.5
4
88TM液力变扭器调节电动机
1
燃机马达控制中心/轮控盘控制
1.5
4
88QV油气分离器电
1
燃机马达控制中
18.5
动机
心/轮控盘控制
4
88QB发电机顶轴油泵电动机
2/1
燃机马达控制中心/轮控盘控制
18.5
4
88VL燃气模块通风机电动机
2/1
燃机马达控制中心/轮控盘控制
4
4
88BT轮间冷却风机电动机（14HR0.31%
全转速后运行）
2/1
燃机马达控制中心/轮控盘控制
37/0.87/6.5
5
88VG齿轮间冷却风机电动机
2/1
燃机马达控制中心/轮控盘控制
18.5
6
88TK燃气轮机框架冷却风机电动机
2/2
燃机马达控制中心/轮控盘控制
45+45（2号风机启动延后几秒）/0.92
/6.6
6
励磁变压器 （当死母线合闸时去电）
1
燃机马达控制中心/轮控盘控制
5
注：
*对于30kW以上负荷须标明功率因数和启动电流倍数（PF和Is/In）
表中未含中压（6kV）启动电机88CR负荷。
1.3燃气轮机的启动装置类型
一般来说,6FA、7FA、9E、9FA/B系列燃气轮机都配备变频启动器或中压启动电机来辅助燃气轮机在脱扣前能高速盘车，6B系列燃气轮机一般配置中压启动电机或柴油机作为启动装置
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