一种联合具有FCB功能小型燃机的火电厂黑启动系统及方法

摘要

本发明公开了一种联合具有FCB功能小型燃机的火电厂黑启动系统及方法，包括燃煤发电机、主变压器、厂用变压器、燃煤机组厂用辅机及其他负荷、燃机厂用辅机及其他负荷、厂用进线断路器、厂用6kV母线段、燃机系统、保安变压器、保安PC段母线、保安MCC段馈线断路器、保安MCC段进线断路器、保安MCC段母线、柴油发电机进线断路器、柴油发电机、同期装置、燃机TCS系统及备自投装置，燃机系统包括燃机发电机及燃机发电机出口断路器，该系统及方法解决北方地区由于缺乏水电资源或大型燃气机组的缺点，且系统的安全性较高。

说明书

技术领域

本发明属于火电厂黑启动技术领域，涉及一种联合具有FCB功能小型燃机的火电厂黑启动系统及方法。

背景技术

黑启动是指电力系统因故障停运后，不依赖其他网络的帮助，通过启动系统中具有自启动能力的电源，带动无自启动能力的电源，使其重新恢复发电能力，并与黑启动电源并列形成小系统的过程。其目标是在最短时间内实现停机机组的安全启动，为系统后续恢复提供电源支持。

近年来国内逐渐将电网是否具有黑启动能力作为考核电网是否安全的重要指标。各区域、省公司都加大了对电网黑启动研究工作的投入，制定了与地区电网实际情况相适应的黑启动方案，相继进行了黑启动试验并获得成功。

根据黑启动电源选取原则，接入电压等级高、距离重要负荷中心近且有利于快速恢复其他电源的电厂应优先考虑作为黑启动电源，之后在电厂内选择额定功率高、启动和调节性能好、具备进相运行能力的机组。水电机组和燃气机组因其厂用电负荷低，启动速度快，可在5～10min完成自启动，成为黑启动电源的首选。然而受地域资源条件的限制，如西北地区的水电站较少，不太可能选择水电机组作为黑启动电源。而新能源电站由于接入系统电压较低，输送功率能力有限，再加上一般场站比较分散，作为黑启动电源的优势也并不突出。火力发电机组一般容量较大，接入电压等级较高，具有一定进相能力，非常适合作为缺少水资源的北方地区的黑启动电源，但是启动工艺流程复杂，辅助设备功率较大，需要的厂用电量较大，对具有自启动能力的发电机组要求非常高，利用大型柴油发电机组并联作为火电厂的自启动电源一方面投资较大，而且在机组正常运行时柴油发电机组闲置会造成资源浪费。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种联合具有FCB功能小型燃机的火电厂黑启动系统及方法，该系统及方法解决北方地区由于缺乏水电资源或大型燃气机组的缺点，且系统的安全性较高。

为达到上述目的，本发明所述的联合具有FCB功能小型燃机的火电厂黑启动系统包括燃煤发电机、主变压器、厂用变压器、燃煤机组厂用辅机及其他负荷、燃机厂用辅机及其他负荷、厂用进线断路器、厂用6kV母线段、燃机系统、保安变压器、保安PC段母线、保安MCC段馈线断路器、保安MCC段进线断路器、保安MCC段母线、柴油发电机进线断路器、柴油发电机、同期装置、燃机TCS系统及备自投装置，燃机系统包括燃机发电机及燃机发电机出口断路器；

燃煤发电机的机端分别与主变压器的一侧及厂用变压器的一侧相连，主变压器的另一侧与电网系统相连，厂用变压器的另一侧通过厂用进线断路器与厂用6kV母线段相连；燃机发电机通过燃机发电机出口断路器与厂用6kV母线段相连，燃煤机组厂用辅机及其他负荷与厂用6kV母线段相连，燃机厂用辅机及其他负荷与厂用6kV母线段相连，厂用6kV母线段通过保安变压器与保安PC段母线相连接；

保安PC段母线通过保安MCC段馈线断路器及保安MCC段进线断路器与保安MCC段母线相连接；柴油发电机通过柴油发电机进线断路器与送电至保安MCC段母线相连接；

同期装置与厂用进线断路器及厂用6kV母线段相连接；燃机TCS系统与燃机系统相连接；备自投装置与保安MCC段进线断路器及柴油发电机进线断路器相连接。

主变压器通过主变高压侧断路器与电网系统相连。

厂用6kV母线段通过保安PC段进线断路器及保安变压器与保安PC段母线相连接。

柴油发电机通过柴油发电机出口断路器及柴油发电机进线断路器与送电至保安MCC段母线相连接。

燃煤机组厂用辅机及其他负荷通过燃煤机组厂用负荷断路器与厂用6kV母线段相连。

燃机厂用辅机及其他负荷通过燃机厂用负荷断路器与厂用6kV母线段相连。

本发明所述的联合具有FCB功能小型燃机的火电厂黑启动方法包括以下步骤：

1)机组正常运行时，燃煤发电机并网发电，将主变高压侧断路器处于合位，厂用进线断路器处于合位，燃煤机组厂用负荷断路器处于合位，燃机厂用负荷断路器处于合位，燃机发电机出口断路器处于合位，厂用6kV母线段由厂用变压器及燃机发电机联合进行供电；

2)将保安PC段进线断路器处于合位，保安MCC段馈线断路器处于合位，保安MCC段进线断路器处于合位，柴油发电机进线断路器处于分位，柴油发电机出口断路器处于分位，保安PC段母线及保安MCC段母线的电压正常；

3)备自投装置正常投入，柴油发电机处于冷备用状态；

4)当燃机系统发生震荡时需要调频时，由燃机TCS系统对燃机系统调节发出调频指令，调整燃机发电机的出力进行调频；

5)当燃机系统发生震荡造成燃煤机组脱网后，燃煤发电机的零功率切机保护动作，跳开主变高压侧断路器及厂用进线断路器；

6)燃机TCS系统接收到进入FCB模式的指令后，则根据燃煤机组厂用辅机及其他负荷及燃机厂用辅机及其他负荷的负荷大小调节燃机系统的出力；

7)燃机系统进入FCB模式后，当燃机发电机能够维持燃煤机组厂用辅机及其他负荷和燃机厂用辅机及其他负荷稳定运行时，则转入步骤8)，否则，则转至步骤9)；

8)待燃机发电机运行稳定后，则重新启动燃煤机组，待燃煤发电机重新建压后，利用同期装置合入厂用进线断路器，同时合入主变高压侧断路器，对线路充电，燃机发电机作为黑启动电源；

9)燃机发电机跳机并跳开燃机发电机出口断路器，厂用6kV母线段失压，跳开燃煤机组厂用负荷断路器及燃机厂用负荷断路器；

10)备自投装置发出指令至柴油发电机启动建压，待柴油发电机建压成功后自动合入柴油发电机出口断路器，备自投装置跳开保安MCC段进线断路器，合入柴油发电机进线断路器，保安MCC段母线由柴油发电机进行供电；

11)保安MCC段母线无异常后合入保安MCC段进线断路器，保安PC段母线由柴油发电机供电，保安PC段母线无异常后合入保安PC段进线断路器，厂用6kV母线段由柴油发电机供电；

12)合入燃机厂用负荷断路器，依次投入燃机厂用辅机及其他负荷，再启动燃机发电机，待燃机发电机建压后合入燃机发电机出口断路器，由燃机发电机对厂用6kV母线段进行供电；

13)断开柴油发电机进线断路器及柴油发电机出口断路器，柴油发电机退出；

14)合入燃煤机组厂用负荷断路器，依次投入燃煤机组厂用辅机及其他负荷，再启动燃机发电机，待燃煤发电机建压后，利用同期装置合入厂用进线断路器；

15)燃煤发电机的运行参数无异常后，合入主变高压侧断路器对线路充电，燃煤发电机作为黑启动电源。

本发明具有以下有益效果：

本发明所述的联合具有FCB功能小型燃机的火电厂黑启动系统及方法在具体操作时，正常运行时可以降低火电厂的厂用电率，在外网电源失去的时，燃煤发电机首先进入FCB自保持厂用电，并且作为火电厂的自启动电源启动火电厂，当FCB功能自保持厂用电失败造成机组跳机时，则由柴油发电机组提供电力迅速恢复启动燃机，并恢复火电厂的厂用电系统启动火电厂，投资成本较低，建设周期较短，单机功率较大且可有效利用，可以有效解决北方地区由于缺乏水电资源或大型燃气机组的缺点，大幅提高系统安全性。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的流程图。

其中，1为燃煤发电机、2为主变压器、3为主变高压侧断路器、4为厂用变压器、5为燃煤机组厂用辅机及其他负荷、6为燃机厂用辅机及其他负荷、7为厂用进线断路器、8为燃煤机组厂用负荷断路器、9为燃机厂用负荷断路器、10为厂用6kV母线段、11为燃机发电机、12为保安PC段进线断路器、13为燃机发电机出口断路器、14为保安变压器、15为保安PC段母线、16为保安MCC段馈线断路器、17为保安MCC段进线断路器、18为保安MCC段母线、19为柴油发电机进线断路器、20为柴油发电机出口断路器、21为柴油发电机、22为同期装置、23为燃机TCS系统、24为备自投装置。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，不是全部的实施例，而并非要限制本发明公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要的混淆本发明公开的概念。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

在附图中示出了根据本发明公开实施例的结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。

参考图1，本发明所述的联合具有FCB功能小型燃机的火电厂黑启动系统包括燃煤发电机1、主变压器2、主变高压侧断路器3、厂用变压器4、燃煤机组厂用辅机及其他负荷5、燃机厂用辅机及其他负荷6、厂用进线断路器7、燃煤机组厂用负荷断路器8、燃机厂用负荷断路器9、厂用6kV母线段10、燃机发电机11、保安PC段进线断路器12、燃机发电机出口断路器13、保安变压器14、保安PC段母线15、保安MCC段馈线断路器16、保安MCC段进线断路器17、保安MCC段母线18、柴油发电机进线断路器19、柴油发电机出口断路器20、柴油发电机21、同期装置22、燃机TCS系统23及备自投装置24；

燃煤发电机1的机端分别与主变压器2的一侧及厂用变压器4的一侧相连，主变压器2的另一侧通过主变高压侧断路器3与电网系统相连，厂用变压器4的另一侧通过厂用进线断路器7与厂用6kV母线段10相连；

燃机发电机11通过燃机发电机出口断路器13与厂用6kV母线段10相连，燃煤机组厂用辅机及其他负荷5通过燃煤机组厂用负荷断路器8与厂用6kV母线段10相连，燃机厂用辅机及其他负荷6通过燃机厂用负荷断路器9与厂用6kV母线段10相连；

厂用6kV母线段10通过保安PC段进线断路器12及保安变压器14与保安PC段母线15相连接；

保安PC段母线15通过保安MCC段馈线断路器16及保安MCC段进线断路器17与保安MCC段母线18相连接；

柴油发电机21通过柴油发电机出口断路器20及柴油发电机进线断路器19与送电至保安MCC段母线18相连接；

同期装置22与厂用进线断路器7与厂用6kV母线段10相连接；

燃机TCS系统23与燃机系统相连接，燃机系统包括燃机发电机11及燃机发电机出口断路器13；

备自投装置24与保安MCC段进线断路器17及柴油发电机进线断路器19相连接。

参考图2，本发明所述的联合具有FCB功能小型燃机的火电厂黑启动方法包括以下步骤：

1)机组正常运行时，燃煤发电机1并网发电，将主变高压侧断路器3处于合位，厂用进线断路器7处于合位，燃煤机组厂用负荷断路器8处于合位，燃机厂用负荷断路器9处于合位，燃机发电机出口断路器13处于合位，厂用6kV母线段10由厂用变压器4及燃机发电机11联合进行供电；

2)将保安PC段进线断路器12处于合位，保安MCC段馈线断路器16处于合位，保安MCC段进线断路器17处于合位，柴油发电机进线断路器19处于分位，柴油发电机出口断路器20处于分位，保安PC段母线15及保安MCC段母线18的电压正常；

3)备自投装置24正常投入，柴油发电机21处于冷备用状态；

4)当燃机系统发生震荡时需要调频时，由燃机TCS系统23对燃机系统调节发出调频指令，以调整燃机发电机11的出力进行调频；

5)当燃机系统发生震荡造成燃煤机组脱网后，燃煤发电机1的零功率切机保护动作，跳开主变高压侧断路器3及厂用进线断路器7；

6)燃机TCS系统23接收到进入FCB模式的指令，则根据燃煤机组厂用辅机及其他负荷5及燃机厂用辅机及其他负荷6的负荷大小调节燃机系统的出力；

7)燃机系统进入FCB模式后，当燃机发电机11能够维持燃煤机组厂用辅机及其他负荷5及燃机厂用辅机及其他负荷6稳定运行时，则转入步骤8)，否则，则转至步骤9)；

8)待燃机发电机11运行稳定后，则重新启动燃煤机组，待燃煤发电机1重新建压后，利用同期装置22合入厂用进线断路器7，同时合入主变高压侧断路器3，对线路充电，燃机发电机11作为黑启动电源；

9)燃机发电机11跳机并跳开燃机发电机出口断路器13，厂用6kV母线段10失压，跳开燃煤机组厂用负荷断路器8及燃机厂用负荷断路器9；

10)备自投装置24发出指令至柴油发电机21启动建压，待柴油发电机21建压成功后自动合入柴油发电机出口断路器20，备自投装置24跳开保安MCC段进线断路器17，合入柴油发电机进线断路器19，保安MCC段母线18由柴油发电机21进行供电；

11)保安MCC段母线18无异常后合入保安MCC段进线断路器17，保安PC段母线15由柴油发电机21供电，保安PC段母线15无异常后合入保安PC段进线断路器12，厂用6kV母线段10由柴油发电机21供电；

12)合入燃机厂用负荷断路器9依次投入燃机厂用辅机及其他负荷6，再启动燃机发电机11，待燃机发电机11建压后合入燃机发电机出口断路器13，由燃机发电机11对厂用6kV母线段10进行供电；

13)断开柴油发电机进线断路器19及柴油发电机出口断路器20，柴油发电机21退出；

14)合入燃煤机组厂用负荷断路器8依次投入燃煤机组厂用辅机及其他负荷5，再启动燃机发电机11，待燃煤发电机1建压后，利用同期装置22合入厂用进线断路器7；

15)燃煤发电机1的运行参数无异常后，合入主变高压侧断路器3对线路充电，燃煤发电机1作为黑启动电源。

本发明的优势在于北方地区一般缺少水电站及大型燃气机组，但是作为电源点支撑需要有一定的黑启动电源。小型的新能源电站由于接入电压等级较低，进相能力有限，同时容量一般较小，作为黑启动电源优势并不明显，而联合具有FCB功能小型燃机的火电厂作为黑启动电源具有容量大、接入电压等级高、热态启动快的特点，具有一定进相能力，非常适合作为缺少水电及大型燃气机组北方区域的黑启动电源。

以往燃煤机组作为黑启动电源需要利用大型柴油发电机组并联供电作为启动电源，投资较大，而且在机组正常运行中柴油发电机21的闲置率较高，投资回报比很差。

小型燃机控制系统精密，比较容易实现FCB，启动时间短，对燃煤机组的厂用系统进行供电资产闲置率低，不仅可以减少厂用电率，同时可以附加系统调频功能，并且投资成本低，建设周期短。

燃机成功进入FCB模式后，可以有效保证不失去厂用电，燃煤机组在热态时短时间就可以重新恢复系统，即使FCB模式失败，利用本身配置的柴油发电机21作为供电电源就可以快速的重新启动燃机系统，恢复厂用电。

同时，设置同期装置22，避免恢复厂用电时非同期合闸的风险。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替代、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。