某一拖一燃机机组黑启动柴油机组的选择

　　摘要：本文是针对某国外电站项目一拖一9E联合循环机组的黑启动要求，对机组的特点、黑启动负荷的特点、黑启动的负荷容量计算及黑启动电压的计算等实际应用问题进行了分析探讨，力求对类似的电站项目有一定的参考作用。

　　关键词：黑启动,柴油发电机组,联合循环机组

　　黑启动(Black-Start)：指整个电网或系统因故障停运后，不依赖别的其他网络的帮助，通过发电厂具有自启动能力的机组的启动，带动无自启动能力的机组，逐步扩大电力系统的恢复范围，最终实现整个电力系统的恢复。

　　黑启动最终是目的机组启动后将电送到电网，如何启动都需要详细的方案。在此主要介绍如何选择黑启动柴油发电机组。

　　燃机主要有以下几个特点：启动速度快、运行方式灵活，机动性能好、有极强的调峰能力，利于电网安全运行。因此国外的一些电站项目要求机组具有黑启动功能，设置黑启动柴油发电机组。黑启动柴油发电机主要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。黑启动柴油机组的选择将直接影响到联合循环电站的技术可靠性和经济性。

　　黑启动设计原则主要考虑能否满足运行要求及经济性。黑启动柴油发电机组的主要负荷为大功率的电动机，如燃机启动电机、循环水泵电机。通常电动机的启动电流约为额定电流的5?倍，启动期间系统电压将产生突降。因为柴油发电机组是一个独立的小容量的电网系统，该系统的次瞬态电抗(12?0%)要远高于市电电网(4?%)，因此在柴油发电机组供电时，电动机启动产生的电压突降将远大于电网供电时产生的电压突降。该电压突降除了对母线上的其他负载产生影响，也对电动机本身产生影响，如启动时间过长。电动机的输出扭矩与输入电压的平方成正比，如果电压下降过大，启动扭矩过低，不能克服或足够快地克服电动机的启动阻力矩，电动机将不能启动，甚至过热烧毁。

　　下面将针对某国外电站项目一拖一9E联合循环机组的黑启动要求，探讨如何选择合理的黑启动柴油发电机组。

　　1 某国外电站项目一拖一9E联合循环机组的特点

　　此项目的主机由1台燃油轮发电机组、1台余热锅炉和1台蒸汽轮发电机组构成，运行方式主要为联合循环方式，无简单循环要求。同时要求电气厂用电系统为机组单元接线，燃料为重油。

　　要满足此项目的黑启动要求，首先必须满足机组黑启动的负荷供电等要求，这就要选择能满足供电要求的黑启动柴油发电机组;而针对机组的黑启动来说，最小供电负荷的黑启动方式就是有效降低黑启动柴油发电机组容量并减少一次性投资的最佳选择。

　　在运行方式中，简单循环的单台燃机黑启动的负荷容量相对较小;从工艺角度看，因无旁路烟囱，虽可实现简单循环，但运行状况将根据余热锅炉的干烧能力确定。由此机组的黑启动条件确定为以油为燃料得简单循环的单台燃机黑启动方式。

　　2单台9E型燃机的黑启动负荷

　　燃机启动时，燃机黑启动过程中同时运行的最大功率负荷表参见表2-1。

　　客户往往希望燃气轮机控制系统能限制某些不必要的燃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。但燃机控制系统不会为此而另外设计启动程序。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。燃机黑启动过程中启动燃机启动电机时的峰值负荷表参见表2-2。

　　3黑启动柴油发电机组的选择及校验

　　3.1燃机的黑启动负荷计算

　　a) 燃机黑启动过程中同时运行的最大负荷功率参见表2-1。

　　∑P1 = 2985kW

　　b) 负荷计算

　　黑启动的计算负荷为：

　　Sc=K∑P1=0.8x 2985=2388

　　Pc=Sc×cosφc= 2388x0.86=2053.7

　　式中：

　　Sc —— 计算负荷(kVA)

　　∑P1 —— 同时运行的最大功率

　　K —— 换算系数，取0.8

　　Pc —— 有功功率(KW)

　　Cosφc —— 功率因数，取0.86

　　3.2黑启动柴油发电机组的容量选择

　　a) 发电机带负荷启动一台最大容量的电动机时短时过负荷能力校验

　　1.1×0.95×Pe≥∑P2=3474 (KW)

　　Pe≥3324 (KW)

　　式中：

　　Pe ——额定功率

　　1.1 ——配合系数

　　0.95 ——效率

　　∑P2 ——峰值功率

　　b) 黑启动柴油发电机组的容量选择

　　比较以上两种情况，容量较大为3324 (KW);

　　根据上述计算结果并考虑到大容量的柴油发电机组的单位成本较高，所以选择黑启动柴油发电机组的容量为1800kW共2台：

　　Se=4500kVA

　　Pe=3600kW

　　3.3柴油机输出容量的校验

　　持续1小时运行状态下输出功率校验：

　　式中：

　　Pc —— 有功功率(KW)

　　η —— 效率，不低于0.95

　　a —— 功率配合系数，取1.1

　　3.4最大电动机起动时母线上的电压水平校验：

　　a) 启动电机时,母线的计算电压为：

　　Um=Se/(Se+1.25KqPdm1Xd)= 4500/(4500+1.25X6.5X1000X0.2)=73.5%≤75%

　　式中：

　　Xd —— 暂态电抗(标幺值)，取0.2

　　Kq —— 最大电机的启动电流倍数

　　Pdm —— 启动电机功率

　　启动电压不满足母线电压的最低要求。

　　b) 为满足母线启动电压的要求，可对启动电机加装软启动器，降低启动电流倍数：

　　Um=Se/(Se+1.25KqPdmXd)= 4500/(4500+1.25X3.5X1000X0.2)=83.72%≥75%

　　启动电压满足母线电压的要求。

　　c) 下面校验功率第二大的冷却循环水泵的启动电压：

　　Um=Se/(Se+1.25KqPdmXd)= 4500/(4500+1.25X6.5X900X0.2)=75.5%≥75%

　　启动电压满足母线电压的要求。

　　4 黑启动注意问题

　　4.1保安厂用电源柴油机组和黑启动柴油机组应取自不同单元，避免相互影响;

　　4.2 线路的高频保护必须投跳;黑启动柴油机组加减处理视负荷送出情况而定，值班员应予密切关注并跟现场说明是黑启动，黑启动机组允许其调频、调压。

　　5结论

　　在前面的论述中，对黑启动柴油发电机组的选择应用可以总结概括为以下几个方面：

　　1)黑启动柴油发电机组的负荷计算要根据机组的情况，选择黑启动供电负荷最小的运行方式。

　　2)在主要负荷为电动机的场合，通常根据柴油机组电网系统的启动容量或启动功率，结合系统允许的最大电压突降来确定发电机组的容量。

　　3)当最大容量电动机起动时，如果母线上的电压水平校验不能满足相关规定的要求，可以采用加装软启动器的方式，提高电动机启动时的母线电压水。

　　参考文献

　　【1】 DL-T 5153-2002《火力发电厂厂用电设计技术规定》中华人民共和国电力行业标准2002

　　【2】 顾学宏 《黑启动柴油发电机组的选择应用》

　　【3】 余旭翔 《燃气轮机发电机组黑启动方案探讨》

《某一拖一燃机机组黑启动柴油机组的选择》

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