多台机组作为黑启动电源同时启动设计方案剖析

梁国辉

（国网新源控股有限公司潘家口蓄能电厂，河北唐山064309）

多台机组作为黑启动电源同时启动设计方案剖析

梁国辉

（国网新源控股有限公司潘家口蓄能电厂，河北唐山064309）

潘家口蓄能电厂黑启动交流电源采用的是柴油发电机供电方式，励磁系统起励方式为直流系统起励方式；但是由于潘家口蓄能电厂机组容量较小，并且黑启动需要充母线至丰润热电厂，线路过长存在自励磁过电压风险，所以潘家口蓄能电厂1台机组无法满足黑启动的需求，黑启动过程中需要潘家口蓄能电厂至少2台或者3台机组同时启动作为黑启动电源，才能满足黑启动的正常需求。

黑启动；自励磁；过电压

0 引言

潘家口蓄能电厂安装有3台抽水蓄能机组，每台机组容量为91 MVA，机端电压为13.8 kV,采用发、变组单元接线，变压器(2B、3B、4B)为100 MVA有载调压变压器，发、变、组之间设有断路器，G3、G4两台机机端接有42B厂用变压器，变压器高压侧电压等级为220 kV。电站220 kV系统接线方式为双母线带母联（兼做出线旁路）接线，出线2回，均送往遵化变电站。

潘家口蓄能电厂空充至唐丰热电路径为：从潘家口蓄能电厂机组零起升压后向遵化方向充电，后经西铺、津西、姜家营、常庄、车轴山，送电至丰润电厂公用侧，启动该厂机组；再通过车轴山—韩城线路，恢复唐山市区供电。

1 机组启动台数设计

充电方案路径参数如表1：

表1 方案一路径线路参数及充电无功情况

黑启动过程中对于机组而言存在的主要风险为自励磁过电压，为了躲避机组自励磁风险，对机组启动情况分别进行了校验计算，结果如下：

（1）潘家口开1台机

1）从潘家口蓄能电厂空充至唐丰热电

WN＜QC1×Xd*，不产生自励磁的判据不成立。

所以从潘家口蓄能电厂空充至唐丰热电,可能会有发电机自励磁问题出现。

2）从潘家口蓄能电厂空充至遵化变电站,在遵化变电站增加感性补偿

由上述可知,本文所提出的DFT电路的面积开销为0.06%左右。需要注意的是,我们没有计入受控逻辑和I/O电路,并且这些电路的面积与单元阵列相比较小。

WN＞Qc×Xd*，不产生自励磁的判据成立。

所以从潘家口蓄能电厂至遵化变电站不会有发电机自励磁问题出现。

但继续由遵化变电站空充至丰润热电,则会有自励磁问题，需在遵化变电站投入感性补偿抑制空充产生的自励磁。考虑到机组参数、线路参数的误差因素需要给自励磁判据留有足够的裕度，故建议遵化站投入3组（单组容量9 Mvar）低压电抗器。

（2）潘家口开2台机

2台机WN＝182 MVA

Qc1＝34.89 MVA

2台机Xd*=10.2÷2=5.1

Qc1×Xd*=177.94 MVA

WN＞Qc1×Xd*，不产生自励磁的判据成立。

从计算结果分析，2台机的WN仅仅比Qc与Xd*的乘积大2.23%，即使从判据上看不会产生自励磁，但是考虑到机组参数、线路参数的误差，不产生自励磁的判据裕度太小，仍然存在一定的自励磁过电压风险。如果考虑在遵化变电站主变低压侧增加1台9 Mvar低压电抗器，则不产生自励磁的判据成立，且不产生自励磁的判据裕度较大。

（3）潘家口开3台机

3台机WN＝273 MVA

Qc1＝34.89 MVA

3台机Xd*=10.2÷3=3.4

Qc1×Xd*=118.63 MVA

WN＞Qc1×Xd*，不产生自励磁的判据均成立。不产生自励磁的判据裕度足够大，不存在自励磁过电压的风险。

综上所述，潘家口蓄能电厂3台机组全开可避免自励磁风险。

2 多台机组同时黑启动控制难点分析

水电机组和火电机组调节性能的差异，特别是小系统运行期间，对潘家口机组的调频、调压能力要求较高。丰润热电机组并入小系统前，为防止潘家口与丰热机组之间出现功率和电压摆动,引发黑启动子系统频率、电压振荡，将潘家口机组调速器置自动状态，励磁调节器置手动状态，丰润热电厂机组调速器置手动状态，励磁调节器置自动状态的调节方式。

潘家口蓄能电厂黑启动设计启动流程为：潘家口蓄能电厂的3台机组同时带2回，零起升压至额定220 kV电压，电压稳定后合上潘遵双回线断路器向线路充电并输送功率。由于3台机组和3台主变的电气特性存在一定的差异，3台机组带双回母线升压过程中的励磁系统、调速器系统在电压、有功功率以及无功功率的合理分配控制策略为启动过程中的控制难点，尤其是3台机组的励磁系统需要在手动状态下如何实现励磁系统的同步控制更是一项技术难题，只能是通过不断的进行试验来进行验证。

3 小结

多台机组作为黑启动电源同时启动还没有成功的启动案例，启动过程中的技术难点还需要通过试验来验证，最终找出完美的解决方案，这种启动方式还有很多技术难题需要解决，一旦这种方式启动成功，也将为黑启动方式积累宝贵的技术经验。

[1]NB/T35004-2013水力发电厂自动化设计技术规范[S].

[2]Q/GDW1774-2013大中型水电站黑启动试验技术规程[S].

[3]DL/T 5065-2009水力发电厂计算机监控系统设计规范[S].

[4]GB/T7409.3-2007同步电机励磁系统大、中型同步发电机励磁系统技术要求[S].

[5]李基成.现代同步发电机整流器励磁系统[M].北京：水利电力出版社，1987.

[6]李基成.现代同步发电机励磁系统设计及应用[M].北京：中国电力出版社，2009.03.

TV743

A

1672-5387（2017）12-0003-02

10.13599/j.cnki.11-5130.2017.12.002

2017-11-01

梁国辉（1987-），男，工程师，从事电气设备自动控制工作。