燃气轮机发电机组黑启动方案探讨.doc
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1、wd收稿日期:20xx-09-26 改稿日期:20xx-10-15 作者简介:余旭翔(1975-),男,主任工程师,硕士, :02138777253) ,-mail:xuxiang.yuge 。燃气轮机发电机组黑启动方案探讨余旭翔1,Denicourt Franck2(1. 通用电气中国全球工程部,上海,20xx03; 2.通用电气全球工程部,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
2、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展原理描述和经历总结,并介绍了优化方法和现场经历,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:1009-288920xx01-0000-00Discussions on Black Start of Gas Turbine Generator UnitYU Xu-xiang1,Denicourt Franck2(1.Global Project O
3、rganization,General Electric China co.LTD,Shanghai20xx03,China;2.Global Project Organization ,General Electric co.LTD,Belfort,France )Abstract:TheBlack Start schemes are various depending on different machine types and electrical configurations. However, the key considerations like black start load
4、profile,black start diesel generator sizing, dead bus closure and island operation are commonly applicable with similar philosophyfor 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 si
5、zing process. It also illustrates the philosophy of dead bus closure, island operation control, and other studies relevant to black 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 bl
6、ack start scheme design.Key words:gas turbine; black start; diesel generator unit; dead bus closure; island operation 黑启动是在黑网或丧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,电站设计上稍加改良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
7、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一样,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。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。往往要进展筛选而只留下关键负荷即黑启动负荷,例如必要的燃料供应和冷却系统等。由于机型
8、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异很大。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。11 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
9、仍然可以单独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展相应修改,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。12 黑启动柴油发电机除了上文提及的使用柴油机
10、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,以防止启动电流的叠加,由此来减少柴油发电机的尖峰负荷。121 负荷顺序表以下为整个电厂的
11、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,转速到达14HS 95% 满转速时立即启动。122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
12、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 *0DCS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60/0.8/200余热锅炉阀的配电1电站配电盘/DCS控制150照明17电站配电盘/不受控150控制室空调2电站配电盘/不受控51开式循环冷却水泵和风机2/1电站配电盘/DCS控制500/0.8/61闭式循环冷却水泵和风机2/1电站配电盘/DCS控制100/0.8/6.82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
13、制22 2仪表气1电站配电盘/DCS控制282消防泵1电站配电盘/DCS控制32防冻伴热1电站配电盘/DCS控制53燃气轮机400/230VAC 配电变压器1燃机马达控制中心/不受控40/0.8/153二氧化碳装置燃机马达控制中心/不受控2.43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1103就地燃气轮机控制室空调2/1燃机马达控制中心/不受控103燃气轮机蓄电池充电机 2/1燃机马达控制中心/不受控15488QA 辅助润滑油泵电动机1燃机马达控制中心/轮控盘控制90/0.92/7.9488HQ 辅助液压油泵
14、电动机1燃机马达控制中心/轮控盘控制15/0.92/6.5488TG 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30/0.8/6.5488TM 液力变扭器调节电动机1燃机马达控制中心/轮控盘控制1.5488QV 油气别离器电动机1燃机马达控制中心/轮控盘控制18.5488QB 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18.5488VL 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4488BT 轮间冷却风机电动机(14HR 0.31% 全转速后运行)2/1燃机马达控制中心/轮控盘控制37/0.87/6.5588VG 齿轮间冷却风机电动机2/1燃机马
15、达控制中心/轮控盘控制18.5688TK 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 /6.66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。具体配备取决于燃气轮机的转动惯量和系统的扭矩要
16、求,见表。表2 各种机型启动装置配置表变频启动装置SFC(LCI)启动电机普通6B 系列燃气轮机6FA系列燃气轮机7FA系列燃气轮机9E 系列燃气轮机9E 带轴驱动的燃气压缩机9FA/B系列燃气轮机注:表中“为该机型所配置的起动装置。燃气轮机的启动装置负荷是电站的主要的,往往也是最大的电负荷,是黑启动柴油机的考虑重点和选型计算关键。131 中压启动电机88CR启动电机88CR 普遍应用于 6B 和 9E 型无轴驱动的燃气压缩机。下面以9E燃气轮机为例说明启动电机88CR的工作过程:在启动电机88CR和燃气轮机主轴间设有液力变扭器,通过调节液压油的压力及液力变扭器叶轮导角来调节传送的力矩,变扭器
17、叶轮导角初始位置在扭矩最大状态。在88CR带电两秒后延时目的是使电机无载启动,液力变扭器电磁阀20TU1带电使油注入液力变扭器,同时扭力传送到燃气轮机转子开场拖动。当到达清吹转速14HM10%全转速时,通过调节变扭器叶轮导角,使燃气轮机转速提高并维持在清吹转速来排出热通道的可燃烟气。清吹后20TU失电排去局部传动油。当转速跌至14HM以下时20TU再次带电然后机组开场升速,速度超过14HM时开场注油和点火。点火成功后,液力变扭器导叶翻开至适宜角度使燃气轮机加速至自持转速大约为燃气轮机额定转速的60%,此时,20TU失电液力变扭器泄油使燃气轮机和起动系统脱扣,启动电机退出工作。其余顺序不在此详述
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