一种110kV系统辅助500kV系统火电机组黑启动系统及方法

摘要

本发明一种110kV系统辅助500kV系统火电机组黑启动系统及方法，包括110kV系统母线、500kV系统和火力发电机，所述110kV系统母线和500kV系统通过第一三绕组变压器和第二三绕组变压器连接。通过模拟500kV系统失电，投入火力发电机保安柴油发电机，使其处于热备用状态，火电机组通过程跳逆功率实现电跳机功能，进一步切换厂用电，保证火电机组厂用辅机的安全，火电机组凭借110kV系统母线提供电源，实施火电机组点火、冲转、定速、建压，并通过同期实现将火电机组通过6kV低压系统并网至110kV系统，随后断开110kV系统电源开关，实现火电自带厂用电稳定运行，进一步闭合500kV断路器，恢复500kV系统供电；110kV系统失电时，500kV系统通过第二三绕组变压器和第一三绕组变压器恢复110kV系统供电。

说明书

技术领域

本发明属于火电厂黑启动技术领域，具体涉及一种110kV系统辅助500kV系统火电机组黑启动系统及方法。

背景技术

水电、燃机凭借其独特的天然优势，现已成为我国电力系统黑启动的第一梯队黑启动电源点，但众所周知，第一梯队有限的水电、燃机不足以支撑巨大电网的负荷供应，电力系统第一梯队黑启动电源的主要目的一个是快速为全网恢复供电，恢复重要负荷供电，另一个目的就是点燃第二梯队的消耗一次能源的机组。在一次能源机组中占比最大的即为火电机组，通常来讲火电机组并不具备黑启动能力，部分火电机组通过FCB孤岛运行改造后，也就是电网失电后，火电机组迅速转为发电机自带厂用电运行，等待调令伺机送出电源，这种黑启动方式最主要的问题在于，火电机组控制复杂程度极高，如何实现FCB孤岛长期可靠运行条件极为苛刻，经实际数据统计，火电FCB孤岛长期稳定运行问题因其复杂的工艺存在失败的风险，部分试验已证明该问题。我国火电机组均配置备用电源，与机端送出电源连接至同一网络，因此在电网失电后会导致备用电源与送出电源线路同时失电，而火电机组的启动过程必须凭借备用电源提供能源，电网失电后，第一梯队的电源主要就是为第二梯队的备用电源供电，辅助其正常运转后才能顺利点火、冲转、建压。我国拥有两大电网系统，110kV系统和500kV系统，因地理环境不同，两大电网电源类型不同，两大电网同时失电的概率很低，几十年的运行时间内尚未发生同时失电的事故，利用两大电网的优点助力火电机组黑启动顺利实施，实现失电电网快速重建，即两大电网在黑启动情况下，未失电的一方帮助另一方恢复供电。目前公知的火电黑启动技术存在以下问题：(1)目前火电黑启动大都通过FCB自带厂用电孤岛运行方式实施，该种方式存在控制难度大，孤岛如何长期稳定运行等问题制约；(2)目前火电机组进行黑启动FCB孤岛运行时，大都通过锅炉旁路甩负荷方式实现，即火电机组从高负荷状态的情况失电后瞬间转为自带厂用电低负荷运行，尚未见到在黑启动情况下从低负荷往高负荷送出的案例；(3)目前尚未见到有关火电机组参与两大电网黑启动互相启动的相关文献资料。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种110kV系统辅助500kV系统火电机组黑启动系统及方法，实现两大电网失电情况下的黑启动配合，构建的电网稳定，降低电网停电产生的影响。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种110kV系统辅助500kV系统火电机组黑启动系统，包括110kV系统母线、第一三绕组变压器、第一6kV母线、第二三绕组变压器、火力发电机和500kV系统；

所述110kV系统母线一端与110kV系统连接，另一端依次经第一110kV刀闸、100kV断路器、第二110kV刀闸与所述第一三绕组变压器高压侧相连，所述第一三绕组变压器低压侧A分支经第一6kV开关与所述第一6kV母线相连，所述第一三绕组变压器低压侧B分支第二6kV开关与所述第二6kV母线相连；

所述第一6kV母线经第三6kV开关与所述第二三绕组变压器低压侧A分支相连，所述第二6kV母线经第四6kV开关与所述第二三绕组变压器低压侧B分支相连，所述第二三绕组变压器高压侧依次经主变压器、500kV断路器、500kV刀闸与所述500kV系统相连；

所述火力发电机输出端与所述第二三绕组变压器高压侧相连。

优选的，还包括第一接地刀闸和第二接地刀闸；

所述第一接地刀闸一端与所述火力发电机中性点相连，另一端经接地电阻与大地相连；

所述第二接地刀闸一端与所述第一三绕组变压器高压侧中性点相连，另一端与大地相连，所述主变压器高压侧中性点与大地直接相连。

3.根据权利要求2所述的一种110kV系统辅助500kV系统火电机组黑启动系统，所述110kV系统母线运行正常，所述500kV系统失电时，所述第一110kV刀闸、100kV断路器、第二110kV刀闸、第四6kV开关、第三6kV开关第二接地刀闸、第一接地刀闸、500kV断路器、500kV刀闸均处于闭合状态；所述火力发电机停机，所述500kV断路器、第四6kV开关和第三6kV开关断开，所述第二6kV开关和第一6kV开关闭合。

进一步的，所述火力发电机进行黑启动时，所述火力发电机并网至所述110kV系统母线，所述第四6kV开关闭合，所述第二6kV开关和第一6kV开关断开，所述火力发电机实现自带厂用电孤岛运行，所述500kV断路器闭合，所述500kV系统由火力发电机供电。

进一步的，所述110kV系统母线失电时，所述500kV系统运行正常，所述第一110kV刀闸、100kV断路器、第二110kV刀闸、第四6kV开关、第三6kV开关、第一接地刀闸、500kV断路器、500kV刀闸和第二接地刀闸均处于闭合状态，所述第二6kV开关和第一6kV开关闭合，所述110kV系统母线恢复由所述500kV系统供电。

一种110kV系统辅助500kV系统火电机组黑启动方法，包括以下步骤：

1)投入所述火力发电机保安柴油发电机，并处于热备用状态，进入步骤2)；

2)利用程跳逆功率方式停止所述火力发电机，进入步骤3)；

3)所述500kV断路器分闸，进入步骤4)；

4)所述火力发电机灭磁开关分闸，进入步骤5)；

5)所述第三6kV开关分闸，进入步骤6)；

6)所述第四6kV开关分闸，进入步骤7)；

7)所述第一6kV开关合闸，进入步骤8)；

8)所述第二6kV开关合闸，进入步骤9)；

9)确认所述火力发电机和主变压器处无压状态，进入步骤10)；

10)确认所述110kV系统母线运行正常，进入步骤11)；

11)所述火力发电机速度冲转至3000r/min，进入步骤12)；

12)所述火力发电机机端建压至20kV，进入步骤13)；

13)利用同期装置闭合所述第三6kV开关，进入步骤14)；

14)手动闭合所述第四6kV开关，进入步骤15)；

15)手动断开所述第一6kV开关，进入步骤16)；

16)手动断开所述第二6kV开关，进入步骤17)；

17)所述火力发电机自带所述第二三绕组变压器负荷维持孤岛运行，进入步骤18)；

18)闭合所述500kV断路器，恢复所述火力发电机为所述500kV系统供电。

进一步的，所述步骤1)中，保安柴油发电机启动至空载模式，建压至额定400V，调整至热备用状态。

进一步的，所述步骤2)中利用程跳逆功率方式停止所述火力发电机，所述火力发电机保护装置自动启动快切装置，进行工作电源和备用电源切换。

进一步的，所述步骤13)中同期装置调整并捕获所述第三6kV开关和第一6kV开关电压互感器二次侧信号同频、同压、同相位的时间，闭合所述第三6kV开关。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明通过模拟500kV系统失电，投入火力发电机保安柴油发电机，使其处于热备用状态，火电机组通过程跳逆功率实现电跳机功能，进一步切换厂用电，保证火电机组厂用辅机的安全，火电机组凭借110kV系统母线提供电源，实施火电机组点火、冲转、定速、建压，并通过同期实现将火电机组通过6kV低压系统并网至110kV系统，随后断开110kV系统电源开关，实现火电自带厂用电稳定运行，进一步闭合500kV断路器，恢复500kV系统供电；110kV系统失电时，500kV系统通过第二三绕组变压器和第一三绕组变压器恢复110kV系统供电；本发明提供一种新型火电黑启动系统和方法，在极端情况下，帮助电网快速摆脱不利情况，恢复电网正常运行，降低对人类生产、生活产生的影响。

进一步的，本发明在黑启动时启动保安柴油发电机组，防止厂用电源切换失败，造成火力发电机辅机失电，损坏设备主体。

进一步的，本发明模拟500kV系统失电，通过程跳逆功率火电机组安全停机，防止主汽门未关严在停机时造成的汽轮机超速，快速实现火电机组厂用电切换，保障了火电机组的主体设备安全。

进一步的，本发明利用110kV系统为火电机组提供黑启动电源，待火电机组黑启动成功后，以同期方式实现110kV系统和500kV系统互联，退出110kV系统，实现火电机组从低负荷至高负荷自带厂用电稳定运行，进一步将火电机组送出至500kV系统，实现500kV系统恢复供电。

进一步的，本发明在110kV系统失电的情况下，500kV系统经过第二三绕组变压器和第一三绕组变压器为110kV系统供电，实现500kV系统助力110kV系统黑启动。

附图说明

图1为本发明的原理示意图。

图2为本发明模拟500kV系统失电原理示意图。

图3为本发明110kV系统黑启动500kV系统原理示意图。

图4为本发明500kV系统黑启动110kV系统原理示意图。

图5为本发明火力发电机黑启动时机端电压波形。

图中：1-110kV系统母线；2-第一110kV刀闸；3-100kV断路器；4-第二110kV刀闸；5-第一三绕组变压器；6-第二6kV开关；7-第一6kV开关；8-第二6kV母线；9-第一6kV母线；10-第四6kV开关；11-第三6kV开关；12-第二三绕组变压器；13-接地电阻；14-第一接地刀闸；15-火力发电机；16-主变压器；17-500kV断路器；18-500kV刀闸；19-500kV系统；20-第二接地刀闸。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

本发明能够解决火电黑启动技术问题，500kV系统失电后，利用110kV系统启动火力发电机，进一步恢复500kV系统供电；同时110kV系统失电后，可利用500kV系统助力110kV系统恢复供电。能够实现在500kV系统失电的情况下，利用110kV系统启动火电机组，恢复500kV系统供电；在110kV系统失电的情况下，利用500kV系统助力110kV系统恢复供电，本发明提供一种新型火电黑启动技术，实现两大电网失电情况下的黑启动配合，从而构建坚强电网，降低电网停电对整个社会产生的影响和损失。

本发明一种110kV系统辅助500kV系统火电机组黑启动系统，如图1所示，包括110kV系统母线1、第一三绕组变压器5、第一6kV母线9、第二三绕组变压器12、火力发电机15和500kV系统19；

所述110kV系统母线1一端与110kV系统连接，另一端依次经第一110kV刀闸2、100kV断路器3、第二110kV刀闸4与所述第一三绕组变压器5高压侧相连，所述第一三绕组变压器5低压侧A分支经第一6kV开关7与所述第一6kV母线9相连，所述第一三绕组变压器5低压侧B分支第二6kV开关6与所述第二6kV母线8相连；

所述第一6kV母线9经第三6kV开关11与所述第二三绕组变压器12低压侧A分支相连，所述第二6kV母线8经第四6kV开关10与所述第二三绕组变压器12低压侧B分支相连，所述第二三绕组变压器12高压侧依次经主变压器16、500kV断路器17、500kV刀闸18与所述500kV系统19相连；

所述火力发电机15输出端与所述第二三绕组变压器12高压侧相连；所述火力发电机15额定容量为300MW，所述110kV系统母线1与110kV等级电网相连，所述500kV系统19与500kV等级电压相连，所述110kV系统母线1用于在500kV系统19失电后，启动所述火力发电机15，恢复500kV系统19。

本实施例中，还包括第一接地刀闸14和第二接地刀闸20；

所述第一接地刀闸14一端与所述火力发电机15中性点相连，另一端经接地电阻13与大地相连；

所述第二接地刀闸20一端与所述第一三绕组变压器5高压侧中性点相连，另一端与大地相连，所述主变压器16高压侧中性点与大地直接相连；所述第一三绕组变压器5变比为110kV/6.3kV/6.3kV，所述第二三绕组变压器12变比为20kV/6.3kV/6.3kV，所述火力发电机15额定输出电压为20kV，所述主变压器16变比为525kV/20kV；接地电阻13用于将所述火力发电机中性点接地。

如图2所示，所述110kV系统母线1运行正常，模拟所述500kV系统19失电时，退出所述500kV断路器17保护柜重合闸，所述第一110kV刀闸2、100kV断路器3、第二110kV刀闸4、第四6kV开关10、第三6kV开关11第二接地刀闸20、第一接地刀闸14、500kV断路器17、500kV刀闸18均处于闭合状态，所述火力发电机15利用程跳逆功率打闸停机，断开所述500kV断路器17，所述火力发电机15快切装置断开所述第四6kV开关10和第三6kV开关11，闭合所述第二6kV开关6和第一6kV开关7，所述第二三绕组变压器12负荷切换至所述110kV系统母线1供电；所述火力发电机15和主变压器16处无压状态；采用程跳逆功率大闸停机方式，可防止所述火力发电机15因汽轮机叶片未全部关闭导致的超速。

如图3所示，所述火力发电机15进行黑启动时，所述火力发电机15定速3000r/min，机端电压为20kV，利用同期装置闭合所述第三6kV开关11，所述火力发电机15并网至所述110kV系统母线1，手动闭合所述第四6kV开关10，所述第二6kV母线8和第一6kV母线9负荷转移至所述火力发电机15，所述第一三绕组变压器5有功功率降低至零，断开所述第二6kV开关6和第一6kV开关7，所述火力发电机15实现自带厂用电孤岛运行，闭合所述500kV断路器17，恢复所述500kV系统19由火力发电机15供电，所述火力发电机15励磁电压103V、有功功率为16MW、无功功率为15Mvar，所述主变压器16高压侧电压530kV、电流为24A。

如图4所示，所述110kV系统母线1失电时，所述500kV系统19运行正常，所述第一110kV刀闸2、100kV断路器3、第二110kV刀闸4、第四6kV开关10、第三6kV开关11、第一接地刀闸14、500kV断路器17、500kV刀闸18和第二接地刀闸20均处于闭合状态，所述第二6kV开关6和第一6kV开关7闭合，所述110kV系统母线1恢复由所述500kV系统19供电。一种110kV系统辅助500kV系统火电机组黑启动方法，包括以下步骤：

1)投入所述火力发电机15保安柴油发电机，并处于热备用状态，进入步骤2)；

2)利用程跳逆功率方式停止所述火力发电机15，进入步骤3)；

3)所述500kV断路器17分闸，进入步骤4)；

4)所述火力发电机15灭磁开关分闸，进入步骤5)；

5)所述第三6kV开关11分闸，进入步骤6)；

6)所述第四6kV开关10分闸，进入步骤7)；

7)所述第一6kV开关7合闸，进入步骤8)；

8)所述第二6kV开关6合闸，进入步骤9)；

9)确认所述火力发电机15和主变压器16处无压状态，进入步骤10)；

10)确认所述110kV系统母线1运行正常，进入步骤11)；

11)所述火力发电机15速度冲转至3000r/min，进入步骤12)；

12)所述火力发电机15机端建压至20kV，进入步骤13)；

13)利用同期装置闭合所述第三6kV开关11，进入步骤14)；

14)手动闭合所述第四6kV开关10，进入步骤15)；

15)手动断开所述第一6kV开关7，进入步骤16)；

16)手动断开所述第二6kV开关6，进入步骤17)；

17)所述火力发电机15自带所述第二三绕组变压器12)负荷维持孤岛运行，进入步骤18)；

18)闭合所述500kV断路器17，恢复所述火力发电机15为所述500kV系统19供电。本实施例中，保安柴油发电机调整至热备用状态，防止第二6kV母线8和第一6kV母线9负荷切换失败，造成所述火力发电机15失电，在失电后第一时间将保安柴油发电机，保证机组的安全。

本实施例中，所述步骤1)中，保安柴油发电机启动至空载模式，建压至额定400V，调整至热备用状态；所述步骤2)中利用程跳逆功率方式停止所述火力发电机15，所述火力发电机15保护装置自动启动快切装置，进行工作电源和备用电源切换；所述步骤13)中同期装置调整并捕获所述第三6kV开关11和第一6kV开关7电压互感器二次侧信号同频、同压、同相位的时间，闭合所述第三6kV开关11。

如图5所示，本发明所述火力发电机15电压参数运行平稳，电压示值正确，建压至额定维持在20kV。

本发明一种110kV系统辅助500kV系统火电机组黑启动系统及方法，主要包括110kV系统母线、500kV系统和火力发电机，所述110kV系统母线和500kV系统通过第一三绕组变压器和第二三绕组变压器连接。本发明通过模拟500kV系统失电，投入火力发电机保安柴油发电机，使其处于热备用状态，火电机组通过程跳逆功率实现电跳机功能，进一步切换厂用电，保证火电机组厂用辅机的安全，火电机组凭借110kV系统母线提供电源，实施火电机组点火、冲转、定速、建压，并通过同期实现将火电机组通过6kV低压系统并网至110kV系统，随后断开110kV系统电源开关，实现火电自带厂用电稳定运行，进一步闭合500kV断路器，恢复500kV系统供电；110kV系统失电时，500kV系统通过第二三绕组变压器和第一三绕组变压器恢复110kV系统供电；本发明提供一种新型火电黑启动技术，实现两大电网失电情况下的黑启动配合，从而构建坚强电网，降低电网停电对整个社会产生的影响和损失。

以上所述，仅是本发明专利的较佳实施例，并非对本发明专利作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。