燃气轮机发电机的孤岛运行控制-中国能源网Word格式.docx

1、中图分类号 ： TM611.24文献标识码 ： B文章编号：1009-2889（2012）01-0000-00Discussions on Black Start of Gas Turbine Generator UnitYU Xu-xiang1, Denicourt Franck2（1.Global Project Organization ,General Electric China co.LTD, Shanghai 201203，China; 2.Global Project Organization ,General Electric co.LTD,Belfort,France ）A

2、bstract: The Black Start schemes are various depending on different machine types and electricalconfigurations. However, the key considerations like black start load profile, black start diesel generator sizing, dead bus closure and island operation are commonly applicable with similar philosophy fo

3、r different projects. Basing on a successful black start case of 9E project, the paper introduces the key load sequence and an example of black start diesel generator sizing process. It also illustrates the philosophy of dead bus closure, island operation control, and other studies relevant to black

4、 start procedure. It also shares the valuable optimization practice and site experience, as well as highlights special aspects in order to provide reference for future black start scheme design.Key words：gas turbine; black start; diesel generator unit; dead bus closure; island operation黑启动是在黑网或丢失外部电

5、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

6、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） ，-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

7、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

8、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

9、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

10、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

11、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 *DCS（分布式控制系统） 电源以及电池充电机电站配电盘/不受控60/0.8/20余热锅炉阀的配电电站配电盘/DCS 控制15照明17控制室空调25开式循环冷却水泵和风机2/1500/0.8/6闭式循环冷却水泵和风机100/0.8/6.8燃料为天燃气的压缩机950/0.8/3.5（天燃气压缩机带软启动器 ）挡板门冷却风机22仪表气28消防泵3防冻伴热燃气轮机400/230VAC 配电变压器燃机马达控制中心/不受控40/0.8/15二氧化碳装置2.4必要的

12、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110就地燃气轮机控制室空调10燃气轮机蓄电池充电机488QA 辅助润滑油泵电动机燃机马达控制中心/轮控盘控制90/0.92/7.988HQ 辅助液压油泵电动机15/0.92/6.588TG盘车电动机（4% 全转速前运行）30/0.8/6.588TM 液力变扭器调节电动机1.588QV 油气分离器电燃机马达控制中18.5动机心/轮控盘控制88QB 发电机顶轴油泵电动机88VL 燃气模块通风机电动机88BT 轮间冷却风机电动机（14HR 0.31%全转速后运行）37/0.87/6.588VG 齿轮间冷却风机电动机688TK 燃气轮机框架冷却风机电动机2/245+45（2 号风机启动延后几秒）/0.92/6.6励磁变压器（当死母线合闸时去电）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