新聞主題	柴油發(fā)電機組的黑啟動(dòng)原理

 

所謂黑啟動(dòng)，是指在重大系統故障或全系統范圍停電的情況下，在沒(méi)有電網(wǎng)支持的情況下重啟無(wú)自啟動(dòng)能力的發(fā)電機組，逐漸擴大系統恢復范圍，最終實(shí)現整個(gè)系統的恢復。簡(jiǎn)單來(lái)講黑啟動(dòng)的目的就是以最快速度啟動(dòng)更多發(fā)電電源，從而恢復更多的發(fā)電能力。業(yè)內部分人士將“黑啟動(dòng)”形象的比喻為電網(wǎng)的“打火機”。

 

一、保安電源

 

發(fā)電廠(chǎng)按使用能源劃分有下述基本類(lèi)型：火力發(fā)電廠(chǎng)（火電廠(chǎng)）、水力發(fā)電廠(chǎng)以（水電站）及核能發(fā)電廠(chǎng)（核電站）等等?；鹆Πl(fā)電廠(chǎng)的發(fā)電機組按照原動(dòng)機的形式，又可分成燃煤的汽輪發(fā)電機組、燃氣輪機發(fā)電機組，兩者優(yōu)點(diǎn)的高效率的燃氣輪機-汽輪機聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組。由于600MW級及1000MW級的超臨界燃煤汽輪發(fā)電機組的國產(chǎn)化技術(shù)成熟，效率明顯高于300MW級及以下的小功率發(fā)電機組，相應排放也優(yōu)于小功率發(fā)電機組，國家出臺了燃煤火力發(fā)電廠(chǎng)“上大壓小”的政策，按照該政策，除非是分布式能源配套項目、熱電聯(lián)產(chǎn)發(fā)電機組或者鋼鐵廠(chǎng)等用電大戶(hù)的自備電廠(chǎng)等項目，新建的燃煤火力發(fā)電廠(chǎng)只核建600MW級及以上汽輪發(fā)電機組。

另外，隨著(zhù)環(huán)境壓力的日益嚴峻，新建的燃煤火力發(fā)電廠(chǎng)需要同步配套建設脫硫、脫硝以及除塵等環(huán)保設施，國家電廠(chǎng)上網(wǎng)電價(jià)政策中，也考慮到了電廠(chǎng)的環(huán)保成本并進(jìn)行相應補貼。我國煤炭資源豐富，因此火力發(fā)電廠(chǎng)占有發(fā)電市場(chǎng)絕大部分份額，近年來(lái)隨著(zhù)太陽(yáng)能板價(jià)格的下降帶來(lái)發(fā)電成本的下降，新能源發(fā)電競爭力的提高，以及國家對節能減排和環(huán)保問(wèn)題的重視，將大力發(fā)展清潔能源和可再生能源，燃煤火力發(fā)電廠(chǎng)的份額持續下降，而燃氣火力發(fā)電廠(chǎng)，水力發(fā)電廠(chǎng)，核能發(fā)電廠(chǎng)以及其他可再生能源類(lèi)型的發(fā)電廠(chǎng)，包括地熱發(fā)電廠(chǎng)、潮汐發(fā)電廠(chǎng)和太陽(yáng)能發(fā)電廠(chǎng)等占有的發(fā)電市場(chǎng)份額在不斷提高。其中，火力發(fā)電廠(chǎng)，水力發(fā)電廠(chǎng)，核能發(fā)電廠(chǎng)由于事關(guān)人身安全和設備安全的設備眾多，相關(guān)規范和標準一直都有配套后備保安柴油發(fā)電機組的要求，特別是2011年日本大地震引發(fā)海嘯導致的福島第一核電站事故，對電廠(chǎng)保安柴油發(fā)電機組的重要性敲響了警鐘，各國對保安柴油發(fā)電機組的重視程度空前提高，在國內核電站的安全應對措施中有一個(gè)PF項目（Post Fukushima nuclear power plant accident），其中很重要的一項就包括對核電站配套的后備柴油發(fā)電機組的結構形式、冗余備份程度、機動(dòng)能力和容量進(jìn)行重新評估，在原來(lái)已經(jīng)配置的機房安裝的固定式后備柴油發(fā)電機組和大容量?jì)δ苄铍姵氐幕A上，增加移動(dòng)式后備柴油發(fā)電機組以及集中存放，具備直升機投放、快速機動(dòng)能力的移動(dòng)式后備柴油發(fā)電機組。

現階段火力發(fā)電廠(chǎng)、水力發(fā)電廠(chǎng)、核能發(fā)電廠(chǎng)針對保安柴油發(fā)電機組分別出臺了相關(guān)規范及標準，包括適用于火力發(fā)電廠(chǎng)的《GB 50660-2011大中型火力發(fā)電廠(chǎng)設計規范》、《DL／T5153-2014火力發(fā)電廠(chǎng)廠(chǎng)用電設計技術(shù)規程》，適用于水力發(fā)電廠(chǎng)的《NB／T 35044-2014水力發(fā)電廠(chǎng)廠(chǎng)用電設計規程》和適用于核能發(fā)電廠(chǎng)的《EJ／T625-2004核電廠(chǎng)備用電源用柴油發(fā)電機組準則》、《GB／T 12788-2000核電廠(chǎng)安全級電力系統準則》以及《EJ／T639-1992核電廠(chǎng)安全級電力系統及設備保護準則》，對不同類(lèi)型發(fā)電廠(chǎng)的保安柴油發(fā)電機組的技術(shù)指標、控制功能、容量和選型都提出了具體的要求。

 

保安電源柴油發(fā)電機組系統圖

 

 

二、黑啟動(dòng)的定義

 

除配置前述的保安柴油發(fā)電機組外，在一些電網(wǎng)調度指定的個(gè)別需要具備黑啟動(dòng)功能的發(fā)電廠(chǎng)，還需要配置黑啟動(dòng)柴油發(fā)電機組，當然也可以通過(guò)優(yōu)化電氣主接線(xiàn)，將上述保安柴油發(fā)電機組和黑啟動(dòng)柴油發(fā)電機組合二為一，統一考慮容量及選型，合并設置一臺具備黑啟動(dòng)能力的保安柴油發(fā)電機組。

所謂黑啟動(dòng)，是指大面積停電后的系統自恢復，整個(gè)系統因故障停運后，系統全部停電（不排除孤立小電網(wǎng)仍維持運行），處于全“黑”狀態(tài)，不依賴(lài)別的網(wǎng)絡(luò )幫助，通過(guò)系統中具有自啟動(dòng)能力的發(fā)電機組啟動(dòng)，帶動(dòng)無(wú)自啟動(dòng)能力的發(fā)電機組，逐漸擴大系統恢復范圍，最終實(shí)現整個(gè)系統的恢復。由于燃煤發(fā)電廠(chǎng)啟動(dòng)工藝流程復雜，輔助設備功率較大，需要的廠(chǎng)用電量較大，對具有自啟動(dòng)能力的發(fā)電機組要求非常高，因此常采用柴油發(fā)電機組作為燃煤發(fā)電廠(chǎng)的黑啟動(dòng)電源。發(fā)電機組具有黑啟動(dòng)功能不僅是電站在全廠(chǎng)失電情況下安全生產(chǎn)自救的必要措施，也是電網(wǎng)發(fā)展的需要。

 

 

黑啟動(dòng)柴油發(fā)電機組技術(shù)

柴油發(fā)電機組黑啟動(dòng)監控系統

 

 

三、黑啟動(dòng)發(fā)電機組設計選型

 

1、 發(fā)電機組類(lèi)型

黑啟動(dòng)柴油機應為四沖程，其優(yōu)勢在于簡(jiǎn)單可靠的潤滑油系統。

2、建議采用并機模式

發(fā)電機的穩定穩定可靠經(jīng)濟性好。

3、發(fā)電機組動(dòng)力源可靠性

選擇發(fā)電機組廠(chǎng)家，有做過(guò)發(fā)電機組黑啟動(dòng)的作為首先推薦。因為黑啟動(dòng)電源一般都是高壓發(fā)電機組。必須經(jīng)過(guò)高壓測試。而當前發(fā)電機組制造商水平層次不齊。

 

四、黑啟動(dòng)機組配置類(lèi)型

 

由于黑啟動(dòng)柴油發(fā)電機組價(jià)格比較昂貴，所以設計中盡可能地減小容量和優(yōu)化配置以節約費用，主要途徑有：

1、發(fā)電機kVA容量盡量大于柴油機容量

由于柴油機容量在費用上的影響大于發(fā)電機，而且，在選型中往往柴油機容量能滿(mǎn)足啟動(dòng)和持續有功功率要求而發(fā)電機不能滿(mǎn)足電壓降的kVA要求，我們可以發(fā)電機kVA容量盡量大于柴油機容量，而不是標準的配套配置。

2、多發(fā)電機組并行

黑啟動(dòng)柴油發(fā)電機組的費用不隨容量的變大呈正比例增長(cháng)，而是越大時(shí)增長(cháng)越快。所以可以采用小容量多發(fā)電機組并聯(lián)的方式。而且，小發(fā)電機組的啟動(dòng)成功率遠大于大發(fā)電機組。缺點(diǎn)是要考慮小發(fā)電機組并行的同期系統和負荷分配。

3、過(guò)載能力和強勵

由于交流發(fā)電機可以短時(shí)過(guò)載運行，也能承受短時(shí)高溫，可以采用其過(guò)負荷能力盡量減小柴油發(fā)電機組的容量。一般柴油機在冷機狀況下有120% 運行1h的過(guò)負荷能力。如果增加柴油機排氣冷卻器，可以在費用增加不多的情況下提高出力50%，也是一個(gè)不錯的選擇方案。

另外，使用快速可靠響應的勵磁控制系統（建議采用永磁機發(fā)電機組），在電壓降落時(shí)快速反應進(jìn)行強勵，從而改善電壓降和減小發(fā)電機需要容量，也是很好的經(jīng)濟型方案。該方案需要軟件模擬以確認其暫態(tài)調節能力。

 

 

五、電廠(chǎng)使用黑啟動(dòng)的原因

 

1、為什么大規模停電要持續很久不能修復呢？很久是多久，24小時(shí)恢復60%算不算久呢?

因為這些火電發(fā)電機組其實(shí)是要邊發(fā)電邊用電的，尤其是發(fā)電機組一旦停轉，啟動(dòng)過(guò)程可從幾十分鐘到幾個(gè)小時(shí)不等，這個(gè)過(guò)程中無(wú)法供應電量。

（1）一旦大停電事故，系統會(huì )開(kāi)始分割并形成小的電力孤島；

（2）然后各類(lèi)黑啟動(dòng)服務(wù)商：發(fā)電機組開(kāi)始發(fā)力，使各個(gè)電力孤島開(kāi)始內部運轉，讓區域內更多的負載亮起來(lái)；

（3）以及非黑啟動(dòng)發(fā)電機組通過(guò)從孤島電網(wǎng)獲得電力并重啟系統頻率回到穩定區間；

（4）更多的分布式發(fā)電機組也開(kāi)始發(fā)力多個(gè)孤島系統開(kāi)啟連接，最后回到大電網(wǎng)穩定運行的狀態(tài)。

2、黑啟動(dòng)發(fā)電機組案例

在電網(wǎng)大面積停電后，采取電網(wǎng)黑啟動(dòng)措施，將大大減少電網(wǎng)停電時(shí)間，盡快恢復電網(wǎng)的正常運行。

（1）案例一

某電廠(chǎng)由兩臺30MW汽輪發(fā)電機組成，以供熱、供氣、發(fā)電綜合運行。在電廠(chǎng)建設初期，用外部電網(wǎng)臨時(shí)將輔機帶起來(lái)，當電廠(chǎng)建成后，汽輪發(fā)電機由柴油發(fā)電機來(lái)啟動(dòng)，整個(gè)電廠(chǎng)形成一個(gè)完全獨立的自備電站。

 

柴油發(fā)電機組主要負載為高壓給水泵，高壓循環(huán)水泵、高壓引風(fēng)機，高壓送風(fēng)機，高壓負載根據工藝要求順序啟動(dòng)，因1000kW高壓給水泵啟動(dòng)容量較大，在柴油發(fā)電機已帶部分負載情況下，啟動(dòng)高壓給水泵會(huì )導致柴油發(fā)電機組較大的電壓跌落，因此對高壓給水泵采用變頻器的啟動(dòng)方式，不采用軟起動(dòng)器來(lái)啟動(dòng)是因為軟起動(dòng)器仍需較大起動(dòng)容量，而且啟動(dòng)力矩受限，存在諧波等問(wèn)題，采用變頻器啟動(dòng)容量小，啟動(dòng)力矩大，啟動(dòng)完成后，還可通過(guò)改變變頻器頻率進(jìn)行節能運行。

（2）案例二

 

2005年9月26日，受第18號臺風(fēng)“達維”的影響，海南省發(fā)生了罕見(jiàn)的全省范圍大面積停電，當時(shí)負責運營(yíng)處于孤島運行的海南電網(wǎng)的廣東電網(wǎng)公司子公司海南電網(wǎng)公司立即實(shí)施了黑啟動(dòng)方案，這是國內當時(shí)第一次實(shí)戰的“黑啟動(dòng)”。在正式下達“黑啟動(dòng)”命令后僅1h25min，就有電廠(chǎng)宣告“黑啟動(dòng)”成功，系統開(kāi)始逐步恢復供電。

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