发电厂黑启动柴油发电机组的选型

发电厂黑启动柴油发电机组的选型

摘要：通过对比不同种类的启动电源，选择轻柴油高速发电机组作为黑启动的

电源，根据黑启动负荷的启动顺序进行容量计算，校验启动最大电机时的电压水平，并对大电机采用不同启动方式的结果进行经济技术比较，选择最优方案。

关键词：黑启动；容量；电压水平

0 引言

随着国内电力设计单位承接国外工程建设项目日益增多，国外很多工程要求

电厂具备黑启动的条件，即整个系统因故障崩溃后全部停电，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

动能力的发电机组恢复供电。因此，黑启动柴发发电机组容量的选择显得尤为重要。

1 黑启动的电源选择

对于黑启动电源设备可以考虑采用轻柴油高速发电机组、重柴油中低速发电

机组和燃机发电机组，燃机发电机组天然气的来源、供应量等多项外部条件，且

需要辅助设备较复杂，因此较少使用燃油发电机组作为黑启动电源。对轻柴油高

速机及重柴油中低速机进行经济技术比较，如表1：

轻柴油高速发电机组在中国各行业大量使用，设备的采购和维修都非常方便，因此采用轻柴油高速发电机组作为黑启动电源设备。

2 黑启动的负荷启动顺序和黑启动电源容量的计算

2.1 黑启动机组启动顺序和实际启动负荷

第1阶段：亦称为启动前准备阶段主要包括制水、运煤等工作。机组停机时

所启动的机组保安柴油发电机组保持工作状态，满足二次直流、UPS、盘车和交

流润滑油泵等设备的持续供电；第2阶段：中压电动机启动阶段，以国外某

2X660MW工程为例，负荷启动顺序和启动时的实际运行数据见表1:

2.2 柴油发电机组容量选择

3.2.1 发电机连续输出总容量计算

考虑了按顺序投入的启动项实际运行功率和负荷累计值，柴油发电机组的最

大计算负荷（Sd）不能小于实际运行负荷，计算公式如下：

式中：λ为正常运行时柴油发电机功率因数，取0.8；

根据计算可得Sd=18.8MVA。

黑启动柴油发电机组的连续输出容量不应小于Sd，因此黑启动柴油发电机组

额定容量Sr≥18.8MVA。

2.3 黑启动柴油发电机组输出功率的复核

3.3.1 每次启动中压电机时的加载能力校验

对于黑启动柴油发电机组，每次启动中压电动机时应满足以下公式：

式中ΣP`ed为启动第i项启动项前投入的负荷额定功率之和，需投入的低压负荷经计算为3.15MW；Pi为每次启动中压电动机的容量；λ为正常运行时电动机

的功率因数，取0.8；Ks为启动电流倍数，取6；

根据本工程的负荷信息进行计算，结果见表2。

通过上表可见，每次启动中压电机时，柴发发电机输出的功率不应小于

20.68MW，因此，采用单台容量为1800kW的发电机，至少需采用12台，总容量为21.6MW。

2.4 容量最大的电动机启动时母线电压水平校验

由于发电机空载启动电动机所引起的母线电压降低比带负载启动更为严重，

因此取发电机空载启动作为校验工况。

式中为发电机X`d轴暂态电抗（标幺值），参考值为0.21。

Pm为容量最大的电动机的额定功率，本工程为引风机为3.3MW。

1）方案一，电动机全部采用直接启动。

按12台单台额定容量为1.8 MW柴油发电机计算，校验母线电压水平：母线

电压 Ub=82%。

考虑电缆压降损耗3%，最大电机启动时的端电压为79%。不满足IEEE Std

666标准中80%的要求。

若采用13台柴油发电机，校验母线电压水平：母线电压 Ub=84%。

考虑电缆压降损耗3%，最大电机启动时的端电压为81%。满足IEEE标准。

因此，若电机全部采用直起，需使用13台柴油发电机。

2）方案二，电动机采用变频装置启动。

将最大一台电机（引风机）采用变频装置启动，需验证第二台最大的电机启

动时的母线电压水平，第二台最大电机容量为2700kW（一次风机），经计算可得：母线电压Ub=86%。

考虑电缆压降损耗3%，最大电机启动时的端电压为83%。满足IEEE标准。

因此，使用12台柴油发电机及一台最大容量电机（3300kW）加变频装置。

3）方案三，电动机采用软启动。

将最大一台电机（引风机）采用软启动，需验证第二台最大的电机启动时的

母线电压水平，第二台最大电机容量为2700kW（一次风机），经计算可得：母线电压Ub=86%。

考虑电缆压降损耗3%，最大电机启动时的端电压为83%。满足IEEE标准。

因此，使用12台柴油发电机及一台最大容量电机（3300kW）加软启动装置。

3 黑启动的大电机启动方式比较

电机启动方式的对比如表3。

可见对于引风机，属于经常运行的负荷，采用变频装置可有效节能，虽然成

本高于软启动，但从长期看，回收成本较快，且软启动会产生谐波污染，因此，

推荐采用方案二。

4 结论

因此采用12台柴油发电机单台额定功率为1800kW的柴油发电机组为黑启动

设备，总功率21.6MW，且对一台引风机采用变频装置。由于目前柴油发电机制

造厂较多，不同型号的设备参数各有区别，对计算结果有一定的影响，需要在设

备采购时根据制造厂资料时进一步核算。

参考文献

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[2] 孟庆森,张格睿.电站黑启动柴油发电机容量选择的探讨[J].山东电力技

术,2010．

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