300MW燃煤机组黑启动控制方案研究

秦岗

【摘 要】为满足区域电网运行的要求，某2×300MW燃煤电厂通过改造增加了黑启动系统。本文介绍了本工程黑启动的控制方案，并分析了在各种工况下黑启动的控制逻辑，可为同类型工程提供了思路和参考。

【关键词】区域电网；黑启动；控制方案；DCS

中图分类号： X773 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）31-0027-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.31.013

【Abstract】In order to meet the requirements of regional power grid operation， a 2×300 MW coal-fired power plant has added black start system through transformation. This paper introduces the control scheme of black start in this project， and analyses the control logic of black start in various working conditions， which can provide ideas and references for similar projects.

【Key words】Regional power grid；Black start；Control scheme；DCS

1 工程概况

某地方电力集团所属电厂现有2台300MW燃煤机组，接入该集团自建的区域电网。根据区域电网的运行要求，该电厂需具备黑启动能力，以便在外部电源完全中断的条件下尽快启动以恢复区域电网。

黑启动是指整个系统因故障停运后，系统全部停电，处于全“黑”状态，不依赖别的网络帮助，通过系统中具有自启动能力的发电机组启动，带动无自启动能力的发电机组，逐渐扩大系统恢复范围，最终实现整个系统的恢复[1]。

由于本电厂现有两台机组本身不具备黑启动能力，需对其进行改造。黑启动有多钟方式，第一种采用水电机组去启动其它火电机组的型式，如华北电网利用北京十三陵抽水蓄能电厂进行过黑启动石景山火电厂的试验，华东电网利用天荒坪抽水蓄能电厂启动华东电网的黑启动试验，广东电网利用厂州蓄能水电厂进行过黑启动试验。以上几次黑启动试验都取得了一定的成功，积累了一定的经验[2]。另一种是采用柴油发电机组就近启动方式，也就是本电厂黑启动改造工程所采用的方式。

本工程在厂外新建11台1800kW的柴油发电机组作为该电厂的黑启动电源，通过电缆接至两台机组的6kV工作段。本文将对本工程黑启动的控制方案和控制逻辑进行详细介绍。

2 黑啟动系统简介

本工程的11台内燃式柴油发电机组采用户外集装箱式，单台功率1800kW，额定电压 6.3kV，单台燃料消耗为470L/H。燃料采用轻柴油，由电厂油罐区引至黑启动厂区。

黑启动设置1段6kV黑启动母线段，11台柴油发电机组全部接入黑启动6kV母线段。设置两回6kV电缆出线，至电厂主厂房后通过电缆分支箱变成四回6kV电缆出线，分别接入两台机组的6kV工作A（B）段，电厂现有的6kV厂用段需做相应的改造。柴油发电机组及其辅助系统的电源取本工程的1台6/0.4kV 厂用变压器。

黑启动采用集中控制方式，控制点设在电厂现有的集中控制室，现场不设控制点，仅保留供调试及维护使用的上位机，控制目标如下：

（1）在全部外部电源丧失情况下实现柴油发电机组自动启动、负荷分配、管理并网等功能；

（2）每台柴油发电机组负荷的全程自动调节。

3 控制方案

本工程作为电厂的黑启动电源，主要为电厂在区域电网电力消失时提供电力，直至电厂启动一台机组后并完整带厂用电稳定运行。为保障电厂在孤网带厂用电运行的安全稳定性，必须保证黑启动柴油机发电组的安全可靠和经济运行，因此黑启动采用远方分散控制系统（DCS）与就地PLC联合控制的方案。

黑启动厂区设置一套DCS，以远程I/O控制站的方式通过光纤接入电厂现有DCS公用网。在集中控制室的操作员站及工程师站增加黑启动的相关画面及相应组态，实现在集中控制室内对包括柴油发电机组和电气系统在内的整套黑启动系统的运行、操作及各种工况处理。 黑启动DCS远程站配置一对冗余控制器，硬件和软件与电厂现有DCS保持一致，实现一体化。

每台柴油发电机均配有就地控制箱，箱内设有PLC冗余控制器，实现每台柴油机组的自动启动、自动并机、自动加载、自动卸载、反同期、自动冷却停机、自动保护等功能。柴油发电机控制箱通过硬接线接入黑启动DCS远程站，通过DCS启、停每台柴油发电机，并监视每台柴油发电机的运行状态。

随柴油发电机组配供一面PLC集中控制柜，控制器为冗余配置，实现对11台柴油发电机组的负荷分配计算、单台柴油发电机组的负荷管理、柴油发电机组序列启动台数及启动顺序管理等综合自动化管理功能。集中控制柜通过硬接线的方式接入黑启动DCS远程站，通过DCS联锁启动柴油发电机组进入黑启动工况，监视黑启动柴油发电机组数量等状态。集中控制柜设有与DCS的通讯接口。

每台柴油机组集装箱内控制盘上设置少量紧急事故操作按钮或开关，在DCS或PLC硬件发生全局性或重大故障时，确保柴油发电机组紧急安全停机。

低压厂用电系统、6kV开关柜保护及控制信号均接入DCS。

柴油发电机组辅助燃油系统的控制设备和仪表以硬接线的方式接入黑启动DCS远程站。

4 控制逻辑

黑启动的控制逻辑主要为电气厂用段电源回路的投切控制，电气逻辑控制原理如图1所示。

4.1 电厂发电机组正常运行工况

（1）两台机组均正常供电

6kV工作段与两台机组高压厂用变压器连接的断路器1DL、2DL、3DL、4DL均正常闭合，黑启动6kV母线出线断路器13DL及14DL保持长期闭合，运行人员根据实际情况选定电厂6kV厂用段至黑启动柴油机段出线断路器5DL、6LD、7DL、8DL中的一个进行手动合闸操作，对黑启动6kV母线段上连接的6kV自用变压器进行供电。

（2）仅一台机组正常供电

以1号机组正常供电、2号机组停运为例：1DL、2DL正常闭合，3DL、4DL处于跳闸状态，13DL及14DL保持长期闭合，运行人员根据现场情况选定5DL、6DL中一个断路器进行手动合闸操作，对黑启动6kV母线段上连接的6kV自用变压器进行供电。

（3）向黑启动自用变供电的机组发生跳机失电

以1号机组发生跳机失电为例：运行人员确认1DL、2DL、5DL、6DL全部跳閘后，2号机组正常运行时，13DL及14DL保持长期闭合，则运行人员根据现场情况选定7DL、8DL中一个断路器进行手动合闸操作，对黑启动6kV母线段上连接的6kV自用变进行供电。

4.2 系统及电厂机组全失电，需要进行黑启动工况

以选择启动1号机组为例：首先运行人员确认1号机组6KV工作3A、3B段及2号机组6KV工作4A、4B段上所有断路器均处于跳闸位置时，由DCS发命令给柴油发电机组集控屏，要求黑启动。待柴油机组准备好后，由柴油发电机组集控屏发"柴油机已备妥"信号给DCS。DCS合1号机组的5DL、6DL、GDL1后，陆续加载黑启动负荷，待1号机组启动成功后，由装于5DL、6DL开关柜内的柴油发电机成套配供的同期控制模块实现同期合1DL及2DL。

根据调试确定的柴油发电机组降负荷速率及1号机组升负荷速率完成负荷转移后，由机组DCS先发命令让5DL、6DL全部跳闸，同时DCS向柴油发电机组集控屏发出跳闸命令，由柴油发电机组集控屏完成各台柴油发电机组的跳闸逻辑。

4.3 特别说明

（1）除黑启动工况时，1DL、2DL、3DL、4DL的同期合闸由柴油发电机成套配供IM-NT同期控制模块实现外，1DL-12DL的远方控制由电厂机组DCS实现，GCB1-GCB11的远方控制由各对应柴油机旁的就地控制箱实现。

（2）与黑启动自用变压器连接的断路器的远方控制均由黑启动DCS实现。

5 结束语

近年来国家发布了一系列的电力改革文件，包括《关于进一步深化电力体制改革的若干意见》（9号文）及配套文件、《售电公司准入与退出管理办法》、《有序放开配电网业务管理办法》，为各地成立售电公司构建了比较完备的政策框架和外部环境。为扭转火电机组常年以来亏损的困境，各地方电力集团相应国家政策开始建设区域电网，自行发电、自行售电。为节省投资，早期的火电机组在建设时往往不会配置黑启动系统，因此为满足区域电网的运行要求，同时也为提升地方售电公司的竞争性，黑启动系统的建设成为了一种需求。

本电厂的黑启动系统已完成安装并已进行了调试，达到了预期的目的。300MW机组的黑启动系统在国内相对较少，本文可为同类型电厂黑启动的控制提供思路及借鉴。

【参考文献】

[1]张利.电力市场概论[M].北京：机械工业出版社，2014.

[2]杨轶.国外工程中火电厂黑启动问题的研究[J].城市建设理论研究：电子版，2011（28）.