一种双电压等级接线的水电站黑启动系统及方法与流程

[0001]
本发明属于水电黑启动技术领域，具体涉及一种双电压等级接线的水电站黑启动系统及方法。


背景技术：

[0002]
随着全球环境的改变，极端自然灾害近年来频繁出现，对人类的正常生活产生了重大影响，而电力作为工业、农业、居民生活等领域最基本的需求，如何保证电力稳定、可靠、安全的供应，一直是世界各国电力工作着为之奋斗的目标。电网建设从全局角度，全力建设坚强电网，制定各项考核制度，目的是减少停电概率，黑启动正好作为电网发生安全事故后的强力保证，无论是全网还是局部地区电网，在电网失电后，具有能力的机组应在第一时间恢复送电，减轻电网压力。为此，各地地网专门制定政策，将黑启动纳入辅助服务的政策中，具备黑启动能力的电厂，每年将获得经济补偿，特别是能够在电网失电后，及时帮助电网黑启动的机组，奖励幅度更大。目前公知的黑启动技术存在以下问题：(1)送出线路电压等级单一，通常为一种电压等级和一种接线结构，导致黑启动时恢复范围较小，特别是对于大型机组，削弱了黑启动供电能力；(2)两台机组并未采用扩大单元接线，如果一台机组自储能力不足，在启动失败的情况下，不能够快速启动另外一台机组，延长了黑启动时间，同时两台机组不能够实现快速备用转换功能；(3)黑启动时励磁采用手动方式空充线路，导致线路投入的时候，电压自动抬升，各电气设备带来安全隐患。


技术实现要素：

[0003]
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种双电压等级接线的水电站黑启动系统，能够在电网失电的时候，快速将电源送出至两种电压等级和结构的电网，扩大恢复范围，保证了电网安全性。
[0004]
本发明是通过以下技术方案来实现：
[0005]
一种双电压等级接线的水电站黑启动系统，包括第一水轮发电机、第一220kv线路、第七500kv刀闸、第二500kv线路、第十500kv刀闸、第三500kv线路、高压厂用变压器、10kv厂用进线开关和10kv母线；
[0006]
所述第一水轮发电机的一端连接第一中性点接地刀闸，发电端依次经第一出口断路器、第一出口刀闸、三绕组主变压器第二分支、第一500kv刀闸、第二500kv刀闸、第一500kv断路器、第三500kv刀闸、第二500kv母线、第四500kv刀闸、第二500kv断路器、第五500kv刀闸、第六500kv刀闸、联络变压器、第一220kv刀闸、第一220kv断路器、第二220kv刀闸、第一220kv母线、第三220kv刀闸、第二220kv断路器、第四220kv刀闸与所述第一220kv线路相连；
[0007]
所述第七500kv刀闸一端t接在第一500kv刀闸和第二500kv刀闸之间的公共点，另一端依次经第三500kv断路器、第八500kv刀闸、第九500kv刀闸与所述第二500kv线路相连；
[0008]
所述第十500kv刀闸一端与所述第二500kv母线相连，另一端依次经第四500kv断
路器、第十一500kv刀闸、第十二500kv刀闸与所述第三500kv线路相连；
[0009]
所述高压厂用变压器一端与所述三绕组主变压器第一分支相连，另一端经10kv厂用进线开关和10kv母线10kv母线相连。
[0010]
优选的，还包括第二水轮发电机、第十三500kv刀闸、第一500kv母线、第五220kv刀闸、第二220kv母线和第六220kv刀闸；
[0011]
所述第二水轮发电机一端连接第二中性点接地刀闸，发电端依次经第二出口断路器、第二出口刀闸与所述三绕组主变压器第一分支相连；
[0012]
所述第十三500kv刀闸一端t接在所述第八500kv刀闸和第九500kv刀闸之间的公共点，另一端依次经第五500kv断路器、第十四500kv刀闸与第一500kv母线相连；
[0013]
所述第五220kv刀闸一端与所述第一220kv断路器和第二220kv刀闸之间的公共点相连，另一端与所述第二220kv母线相连；
[0014]
所述第六220kv刀闸一端与所述第二220kv母线，另一端与所述第三220kv刀闸和第二220kv断路器之间的公共点相连。
[0015]
进一步的，进行所述第一水轮发电机和三绕组主变压器带所述第一220kv线路、第二500kv线路、第三500kv线路黑启动前，所述第一中性点接地刀闸、第一出口刀闸、第一500kv刀闸、第二500kv刀闸、第一500kv断路器、第三500kv刀闸、第四500kv刀闸、第二500kv断路器、第五500kv刀闸、第一220kv刀闸、第一220kv断路器、第二220kv刀闸、第三220kv刀闸、第四220kv刀闸、第七500kv刀闸、第八500kv刀闸、第九500kv刀闸、第十500kv刀闸、第十一500kv刀闸、第十二500kv刀闸、第二中性点接地刀闸、第二出口刀闸均处于闭合状态；所述第一出口断路器、第二220kv断路器、第三500kv断路器、第四500kv断路器、10kv厂用进线开关、第二出口断路器、第十三500kv刀闸、第五500kv断路器、第十四500kv刀闸、第五220kv刀闸、第六220kv刀闸均处于断开状态。
[0016]
进一步的，所述第一水轮发电机和三绕组主变压器对所述第一220kv线路充电时，所述第一出口断路器、10kv厂用进线开关、第二220kv断路器处闭合状态。
[0017]
进一步的，所述第一水轮发电机和三绕组主变压器对所述第二500kv线路充电时，所述第三500kv断路器处闭合状态。
[0018]
进一步的，所述第一水轮发电机和三绕组主变压器对所述第三500kv线路充电时，所述第四500kv断路器处闭合状态。
[0019]
进一步的，所述第一水轮发电机无法定速或建压时，断开所述第一出口断路器，调整所述第二水轮发电机定速，并建压至额定状态，闭合所述第二出口断路器。
[0020]
一种双电压等级接线的水电站黑启动方法，包括如下步骤：
[0021]
1)10kv厂用进线开关转冷备用，进入步骤2)；
[0022]
2)第二水轮发电机转冷备用，进入步骤3)；
[0023]
3)退出第一水轮发电机一次调频功能，进入步骤4)；
[0024]
4)退出所述第一220kv线路、第二500kv线路、第三500kv线路重合闸，进入步骤5)；
[0025]
5)依次断开所述第一出口断路器、第二220kv断路器、第三500kv断路器、第四500kv断路器、10kv厂用进线开关、第二出口断路器、第五500kv断路器、第十三500kv刀闸、第十四500kv刀闸、第五220kv刀闸、第六220kv刀闸，进入步骤6)；
[0026]
6)依次闭合所述第一中性点接地刀闸、第一出口刀闸、第一500kv刀闸、第二500kv
刀闸、第三500kv刀闸、第四500kv刀闸、第五500kv刀闸、第一220kv刀闸、第二220kv刀闸、第三220kv刀闸、第四220kv刀闸、第七500kv刀闸、第八500kv刀闸、第九500kv刀闸、第十500kv刀闸、第十一500kv刀闸、第十二500kv刀闸、第二中性点接地刀闸、第二出口刀闸、第一500kv断路器、第二500kv断路器、第一220kv断路器，进入步骤7)；
[0027]
7)所述第一水轮发电机空气围带排气，检查确认空气围带压力表指示为0，进入步骤8)；
[0028]
8)退出所述第一水轮发电机制动闸，进入步骤9)；
[0029]
9)拔出所述第一水轮发电机接力器锁锭，进入步骤10)；
[0030]
10)所述第一水轮发电机定速200r/min，进入步骤11)；
[0031]
11)所述第一水轮发电机带三绕组主变压器以avr方式升压至16.46kv，进入步骤12)；
[0032]
12)闭合所述10kv厂用进线开关，检查并确认所述10kv母线为10kv，恢复所述第一水轮发电机带所述10kv母线运行，进入步骤13)；
[0033]
13)闭合所述第二220kv断路器，对所述第一220kv线路充电，检查确认所述第一220kv线路电压为220kv，进入步骤14)；
[0034]
14)闭合所述第三500kv断路器，对所述第二500kv线路充电，检查确认所述第二500kv线路电压为527kv，进入步骤15)；
[0035]
15)闭合所述第四500kv断路器，对所述第三500kv线路充电，检查确认所述第三500kv线路电压为527kv，进入步骤16)；
[0036]
16)所述第一水轮发电机和三绕组主变压器带所述第一220kv线路、第二500kv线路、第三500kv线路黑启动结束。
[0037]
进一步的，所述步骤11)中以avr升压时，退出所述第一水轮发电机低励限制功能。
[0038]
进一步的，所述步骤16)黑启动结束时，依次断开所述第二220kv断路器、第三500kv断路器、第四500kv断路器，停止所述第一水轮发电机运行，转速为0。
[0039]
本发明通过将黑启动路径上所有开关、刀闸均闭合，仅保留为线路供电的断路器处于断开状态，利用水轮发电机自储能打开导叶启动机组，当水轮发电机定速至额定转速时，励磁系统控制方式切换为自动方式，使水轮发电机带三绕组主变压器建压至额定电压，及时恢复厂用系统工作电源，依次实现第一220kv线路送电、第二500kv线路送电、第三500kv电线路送电，为电网提供一种多电压等级、多接线结构的新型黑启动系统及方法，提升电网黑启动能力，保证了厂网应对极端情况的安全性。
[0040]
进一步的，本发明水轮发电机黑启动成功后，利用220kv和500kv共计三条线路、二分之三和双母线两种接线结构方式送出电源，扩大黑启动供电及恢复范围，减少了大停电对各地造成的冲击，提升了水轮发电机组的供电能力。
[0041]
进一步的，本发明两台机组采用扩大单元接线，黑启动时相互备用，避免一台机因故障无法启动时，另外一台机组以较少的操作实现快速启动，降低了黑启动失败的风险，节省了黑启动时间，从黑启动机组在故障情况下实现快速送出。
[0042]
进一步的，本发明励磁采用自动控制方式，直接将水轮发电机和三绕组变压器建压至额定，避免手动方式分级零起升压操作时间长的问题，同时在线路投入时，自动减磁应对容性电流的助磁作用，维持额定电压，防止产生电压抬升问题，保证黑启动设备安全。
附图说明
[0043]
图1为本发明黑启动原理示意图。
[0044]
图2为本发明黑启动前原理示意图。
[0045]
图3为本发明第一水轮发电机和三绕组主变压器对第二500kv线路充电原理示意图。
[0046]
图4为本发明第一水轮发电机和三绕组主变压器对第三500kv线路充电原理示意图。
[0047]
图5为本发明第一水轮发电机和三绕组主变压器对第三500kv线路充电原理示意图。
[0048]
图中：第一中性点接地刀闸1；第一水轮发电机2；第一出口断路器3；第一出口刀闸4；三绕组主变压器5；第一500kv刀闸6；第二500kv刀闸7；第一500kv断路器8；第三500kv刀闸9；第二500kv母线10；第四500kv刀闸11；第二500kv断路器12；第五500kv刀闸13；第六500kv刀闸14；联络变压器15；第一220kv刀闸16；第一220kv断路器17；第二220kv刀闸18；第一220kv母线19；第三220kv刀闸20；第二220kv断路器21；第四220kv刀闸22；第一220kv线路23；第七500kv刀闸24；第三500kv断路器25；第八500kv刀闸26；第九500kv刀闸27；第二500kv线路28；第十500kv刀闸29；第四500kv断路器30；第十一500kv刀闸31；第十二500kv刀闸32；第三500kv线路33；高压厂用变压器34；10kv厂用进线开关35；10kv母线36；第二中性点接地刀闸37；第二水轮发电机38；第二出口断路器39；第二出口刀闸40；第十三500kv刀闸41；第五500kv断路器42；第十四500kv刀闸43；第一500kv母线44；第五220kv刀闸45；第二220kv母线46；第六220kv刀闸47。
具体实施方式
[0049]
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。
[0050]
本发明能够解决220kv、500kv电压等级二分之三、双母线及扩大单元接线水电站黑启动问题，特别是黑启动中存在的送出线路电压等级单一、黑启动机组无备用问题、手动励磁电压方式带线路充电升高问题。
[0051]
本发明一种双电压等级接线的水电站黑启动系统，如图1所示，包括第一中性点接地刀闸1、第一水轮发电机2、第一出口断路器3、第一出口刀闸4、三绕组主变压器5、第一500kv刀闸6、第二500kv刀闸7、第一500kv断路器8、第三500kv刀闸9、第二500kv母线10、第四500kv刀闸11、第二500kv断路器12、第五500kv刀闸13、第六500kv刀闸14、联络变压器15、第一220kv刀闸16、第一220kv断路器17、第二220kv刀闸18、第一220kv母线19、第三220kv刀闸20、第二220kv断路器21、第四220kv刀闸22、第一220kv线路23、第七500kv刀闸24、第三500kv断路器25、第八500kv刀闸26、第九500kv刀闸27、第二500kv线路28、第十500kv刀闸29、第四500kv断路器30、第十一500kv刀闸31、第十二500kv刀闸32、第三500kv线路33、高压厂用变压器34、10kv厂用进线开关35和10kv母线36；其中，所述第一中性点接地刀闸1一端与第相连，另一端依次经第一水轮发电机2、第一出口断路器3、第一出口刀闸4、三绕组主变压器5第二分支、第一500kv刀闸6、第二500kv刀闸7、第一500kv断路器8、第三500kv刀闸9、第二500kv母线10、第四500kv刀闸11、第二500kv断路器12、第五500kv刀闸13、第六500kv刀
闸14、联络变压器15、第一220kv刀闸16、第一220kv断路器17、第二220kv刀闸18、第一220kv母线19、第三220kv刀闸20、第二220kv断路器21、第四220kv刀闸22与所述第一220kv线路23相连；所述第七500kv刀闸24一端t接在第一500kv刀闸6和第二500kv刀闸7之间的公共点，另一端依次经第三500kv断路器25、第八500kv刀闸26、第九500kv刀闸27与所述第二500kv线路28相连；所述第十500kv刀闸29一端与所述第二500kv母线10相连，另一端依次经第四500kv断路器30、第十一500kv刀闸31、第十二500kv刀闸32与所述第三500kv线路33相连；所述高压厂用变压器34一端与所述三绕组主变压器5第一分支相连，另一端经10kv厂用进线开关35和10kv母线3610kv母线36相连。
[0052]
本实施例中，还包括第二中性点接地刀闸37、第二水轮发电机38、第二出口断路器39、第二出口刀闸40、第十三500kv刀闸41、第五500kv断路器42、第十四500kv刀闸43、第一500kv母线44、第五220kv刀闸45、第二220kv母线46和第六220kv刀闸47，所述第二中性点接地刀闸37一端接地，另一端依次经第二水轮发电机38、第二出口断路器39、第二出口刀闸40与所述三绕组主变压器5第一分支相连；所述第十三500kv刀闸41一端t接在所述第八500kv刀闸26和第九500kv刀闸27之间的公共点，另一端依次经第五500kv断路器42、第十四500kv刀闸43与第一500kv母线44相连；所述第五220kv刀闸45一端与所述第一220kv断路器17和第二220kv刀闸18之间的公共点相连，另一端与所述第二220kv母线46相连，所述第六220kv刀闸47一端与所述第二220kv母线46，另一端与所述第三220kv刀闸20和第二220kv断路器21之间的公共点相连。
[0053]
本实施例中，所述第一水轮发电机2参数如下表：
[0054][0055]
本实施例中，所述三绕组主变压器5参数如下表：
[0056][0057]
本实施例中，所述联络变压器15参数如下表：
[0058]
型号sub-mrt额定容量750/750/30mva额定电压550/242/38.5kv额定频率50hz额定电流787/1789/450a联结组ynaod11(自耦变压器)生产厂家日本三菱电机公司阻抗hv-mv12.36％阻抗mv-lv98.00％阻抗hv-lv109.5％
[0059]
本实施例中，所述高压厂用变压器34参数如下表：
[0060][0061]
如图2所示，进行所述第一水轮发电机2和三绕组主变压器5带所述第一220kv线路23、第二500kv线路28、第三500kv线路33黑启动前，所述第一中性点接地刀闸1、第一出口刀闸4、第一500kv刀闸6、第二500kv刀闸7、第一500kv断路器8、第三500kv刀闸9、第四500kv刀闸11、第二500kv断路器12、第五500kv刀闸13、第一220kv刀闸16、第一220kv断路器17、第二220kv刀闸18、第三220kv刀闸20、第四220kv刀闸22、第七500kv刀闸24、第八500kv刀闸26、第九500kv刀闸27、第十500kv刀闸29、第十一500kv刀闸31、第十二500kv刀闸32、第二中性点接地刀闸37、第二出口刀闸40均处于闭合状态；所述第一出口断路器3、第二220kv断路器21、第三500kv断路器25、第四500kv断路器30、10kv厂用进线开关35、第二出口断路器39、第十三500kv刀闸41、第五500kv断路器42、第十四500kv刀闸43、第五220kv刀闸45、第六220kv刀闸47均处于断开状态。
[0062]
如图3所示，所述第一水轮发电机2和三绕组主变压器5对所述第一220kv线路23充电时，所述第一出口断路器3、10kv厂用进线开关35、第二220kv断路器21处闭合状态，所述第一水轮发电机2机端电压为16.46kv、机端电流为3.81ka、励磁电压为50v、励磁电流为365a，所述10kv母线36电压为10kv，所述三绕组主变压器5高压侧电压为527kv。
[0063]
如图4所示，所述第一水轮发电机2和三绕组主变压器5对所述第二500kv线路28充电时，所述第三500kv断路器25处闭合状态。
[0064]
如图5所示，所述第一水轮发电机2和三绕组主变压器5对所述第三500kv线路33充电时，所述第四500kv断路器30处闭合状态。
[0065]
本实施例中，所述第一水轮发电机2无法定速或建压时，断开所述第一出口断路器3，调整所述第二水轮发电机38定速，并建压至额定状态，闭合所述第二出口断路器39。
[0066]
一种双电压等级接线的水电站黑启动方法，包括如下步骤：
[0067]
1)10kv厂用进线开关35转冷备用，进入步骤2)；
[0068]
2)第二水轮发电机38转冷备用，进入步骤3)；
[0069]
3)退出第一水轮发电机2一次调频功能，进入步骤4)；
[0070]
4)退出所述第一220kv线路23、第二500kv线路28、第三500kv线路33重合闸，进入步骤5)；
[0071]
5)依次断开所述第一出口断路器3、第二220kv断路器21、第三500kv断路器25、第四500kv断路器30、10kv厂用进线开关35、第二出口断路器39、第五500kv断路器42、第十三500kv刀闸41、第十四500kv刀闸43、第五220kv刀闸45、第六220kv刀闸47，进入步骤6)；
[0072]
6)依次闭合所述第一中性点接地刀闸1、第一出口刀闸4、第一500kv刀闸6、第二500kv刀闸7、第三500kv刀闸9、第四500kv刀闸11、第五500kv刀闸13、第一220kv刀闸16、第二220kv刀闸18、第三220kv刀闸20、第四220kv刀闸22、第七500kv刀闸24、第八500kv刀闸26、第九500kv刀闸27、第十500kv刀闸29、第十一500kv刀闸31、第十二500kv刀闸32、第二中性点接地刀闸37、第二出口刀闸40、第一500kv断路器8、第二500kv断路器12、第一220kv断路器17，进入步骤7)；
[0073]
7)所述第一水轮发电机2空气围带排气，检查确认空气围带压力表指示为0，进入步骤8)；
[0074]
8)退出所述第一水轮发电机2制动闸，进入步骤9)；
[0075]
9)拔出所述第一水轮发电机2接力器锁锭，进入步骤10)；
[0076]
10)所述第一水轮发电机2定速200r/min，进入步骤11)；
[0077]
11)所述第一水轮发电机2带三绕组主变压器5以avr方式升压至16.46kv，进入步骤12)；
[0078]
12)闭合所述10kv厂用进线开关35，检查并确认所述10kv母线36为10kv，恢复所述第一水轮发电机2带所述10kv母线36运行，进入步骤13)；
[0079]
13)闭合所述第二220kv断路器21，对所述第一220kv线路23充电，检查确认所述第一220kv线路23电压为220kv，进入步骤14)；
[0080]
14)闭合所述第三500kv断路器25，对所述第二500kv线路28充电，检查确认所述第二500kv线路28电压为527kv，进入步骤15)；
[0081]
15)闭合所述第四500kv断路器30，对所述第三500kv线路33充电，检查确认所述第三500kv线路33电压为527kv，进入步骤16)；
[0082]
16)所述第一水轮发电机2和三绕组主变压器5带所述第一220kv线路23、第二500kv线路28、第三500kv线路33黑启动结束。
[0083]
本实施例中，所述步骤11)中以avr升压时，退出所述第一水轮发电机2低励限制功能；所述步骤16)黑启动结束时，依次断开所述第二220kv断路器21、第三500kv断路器25、第四500kv断路器30，停止所述第一水轮发电机2运行，转速为0。
[0084]
本发明一种双电压等级接线的水电站黑启动系统及方法，包括所述第一水轮发电机、三绕组主变压器、第一500kv断路器、第二220kv断路器、第一220kv线路、500kv断路器、第二500kv线路、第四500kv断路器、第三500kv线路、高压厂用变压器和10kv厂用进线开关；通过将黑启动路径上所有开关、刀闸均闭合，仅保留为线路供电的断路器处于断开状态，利
用水轮发电机自储能打开导叶启动机组，当水轮发电机定速至额定转速时，励磁系统控制方式切换为自动方式，使水轮发电机带三绕组主变压器建压至额定电压，及时恢复厂用系统工作电源，依次实现第一220kv线路送电、第二500kv线路送电、第三500kv电线路送电，为电网提供一种多电压等级、多接线结构的新型黑启动系统及方法，提升电网黑启动能力，保证了厂网应对极端情况的安全性。
[0085]
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。