220kV电压等级单元接线水电站自储能黑启动系统的制作方法

220kv电压等级单元接线水电站自储能黑启动系统
技术领域
1.本实用新型属于水电站黑启动技术领域，具体涉及一种220kv电压等级单元接线水电站自储能黑启动系统。


背景技术：

2.水电机组“黑启动”是电网四大(调频、停备、调峰、黑启动)辅助服务的一项内容，具备黑启动能力的电厂每年将得到电网辅助服务补偿。“黑启动”是指电网系统故障、自然灾害、战争等不可抗力因素造成电网系统全部停电，电网全黑的情况下，水电站利用自身启动快速的特性，提供启动所需的厂用电源动力，水电机组启动定速，加载励磁定子建压达额定，切入 fcb运行模式稳定，经主变升压，经输电线路把电送到对侧变电站、为对侧发电机组启动提供厂用电源，达到星火燎原，恢复电网系统带电。目前公知的黑启动技术存在以下问题：(1)利用调速器油压系统自储能启动水轮机组时，没有进行水轮机组在无厂用电源的情况下，调速器油压系统最大允许允许时间，存在水轮机组黑启动安全隐患；(2)尚未将自储能和柴油发电机结合起来进行黑启动；(3)目前尚未有关发变线单元接线相关的水电站黑启动技术。


技术实现要素：

3.针对现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种220kv电压等级单元接线水电站自储能黑启动系统，在送出线路失电的情况下，能够安全、快速、可靠的将单元接线水电站电源快速送出，帮助电网恢复供电。
4.本实用新型是通过以下技术方案来实现：
5.一种220kv电压等级单元接线水电站自储能黑启动系统，包括水轮发电机、10kv厂用母线、第一400v自用电母线、第二400v自用电母线、400v 自用电联络开关、20kv刀闸、和220kv线路；
6.所述水轮发电机的一端与地相连，发电端依次经高压厂用变压器、 10kv进线开关与所述10kv厂用母线相连；
7.所述第二400v自用电母线依次经400v自用电联络开关、第一400v自用电母线、第一400v自用电开关、第一400v低压厂用变压器、第一10kv 馈线开关与所述10kv厂用母线相连；
8.所述20kv刀闸一端t接在所述水轮发电机和高压厂用变压器连接的公共点，另一端依次经主变压器、并网开关、220kv刀闸与所述220kv线路相连。
9.优选的，还包括泄洪门柴油发电机、和互联400v电源开关；
10.所述泄洪门柴油发电机依次经400v出口开关、第二400v低压厂用变压器、10kv刀闸、第二10kv馈线开关与所述10kv厂用母线相连；
11.所述互联400v电源开关与所述第二400v自用电母线相连；
12.刹车开关利用电磁感应产生电磁力为所述水轮发电机刹车，其一端t接在与所述
水轮发电机和20kv刀闸连接的公共点，另一端将三相a、b、c短接。
13.进一步的，确定所述水轮发电机油压系统失电后最大允许运行时间时，所述并网开关、10kv进线开关、第一10kv馈线开关、第二10kv馈线开关和互联400v电源开关均处于断开状态，用于切除所述水轮发电机油压系统油泵工作电源。
14.进一步的，所述水轮发电机进行自储能黑启动前，所述刹车开关、并网开关、220kv刀闸、第二10kv馈线开关均处于断开状态，中性点接地刀闸、 20kv刀闸、10kv进线开关、第一10kv馈线开关、第一400v自用电开关、 400v自用电联络开关、10kv刀闸均处于闭合状态。
15.进一步的，所述水轮发电机带主变压器对所述220kv线路充电前，所述 20kv刀闸、并网开关和220kv刀闸均处于闭合状态。
16.与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果：
17.本实用新型水轮发电机、主变压器和220kv线路采用单元接线，设备较少、结构简单，黑启动时便于操作，能够快速送出电源，建设成本低。采用刹车开关电磁感应产生电磁力停止水轮发电机，在失控情况下，短时间实现快速停止水轮发电机。
附图说明
18.图1为本实用新型的黑启动原理示意图。
19.图2为本实用新型的黑启动前原理示意图。
20.图3为本实用新型的线路充电原理示意图。
21.图4为本实用新型的自储能无法启动时黑启动原理图。
22.图中：1
‑
中性点接地刀闸；2
‑
水轮发电机；3
‑
刹车开关；4
‑
高压厂用变压器；5
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10kv进线开关；6
‑
10kv厂用母线；7
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第一10kv馈线开关；8
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第一 400v低压厂用变压器；9
‑
第一400v自用电开关；10
‑
第一400v自用电母线； 11
‑
第二400v自用电母线；12
‑
400v自用电联络开关；13
‑
20kv刀闸；14
‑
主变压器；15
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并网开关；16
‑
220kv刀闸；17
‑
220kv线路；18
‑
泄洪门柴油发电机；19
‑
400v出口开关；20
‑
第二400v低压厂用变压器；21
‑
10kv刀闸；22
‑ꢀ
第二10kv馈线开关；23
‑
互联400v电源开关。
具体实施方式
23.下面结合具体的实施例对本实用新型做进一步的详细说明，所述是对本实用新型的解释而不是限定。
24.本实用新型一种220kv电压等级单元接线水电站自储能黑启动系统，包括水轮发电机、高压厂用变压器、第一400v低压厂用变压器、第二400v低压厂用变压器、泄洪门柴油发电机、主变压器和220kv线路；本实用新型通过试验确定调速器油压系统失电后最大允许运行时间。当水电站失电后，及时利用调速器油压系统自储能打开导叶，调整水轮至额定转速，励磁系统利用直流起励方式帮助发电机建立压至额定电压，进一步恢复厂用电系统，开展线路充电试验，恢复线路供电。如果发电机在调速器油压系统失电最大允许运行时间内没有建立压成功，在允许时间到达来临之前，柴油发电机快速启动，恢复厂用电系统，协助机组进行黑启动；本实用新型能够能够安全、快速、可靠的将单元接线水电站电源快速送出，帮助电网恢复供电。
25.如图1所示，一种220kv电压等级单元接线水电站自储能黑启动系统，包括水轮发
电机2、10kv厂用母线6、第一400v自用电母线10、第二400v 自用电母线11、400v自用电联络开关12、20kv刀闸13、和220kv线路17；
26.所述水轮发电机2的一端与地相连，发电端依次经高压厂用变压器4、 10kv进线开关5与所述10kv厂用母线6相连；
27.所述第二400v自用电母线11依次经400v自用电联络开关12、第一 400v自用电母线10、第一400v自用电开关9、第一400v低压厂用变压器 8、第一10kv馈线开关7与所述10kv厂用母线6相连；
28.所述20kv刀闸13一端t接在所述水轮发电机2和高压厂用变压器4连接的公共点，另一端依次经主变压器14、并网开关15、220kv刀闸16与所述220kv线路17相连。
29.本实施例中，所述水轮发电机2具体参数如下表：
[0030][0031][0032]
本实施例中，所述220kv线路17具体参数如下表：
[0033][0034]
本实施例中，所述主变压器具体参数如下表：
[0035]
型号sfp8
‑
380000/220额定容量380mva额定电压236kv
±2×
2.5％/18kv额定频率50hz额定电流929.9/12188.5a联结组yn,d11生产厂家西安变压器厂阻抗电压16.5％空载电流0.2％空载损耗163.75kw
[0036]
本实施例中，所述高压厂用变压器4具体参数如下表：
[0037][0038]
本实施例中，还包括泄洪门柴油发电机18、和互联400v电源开关23；
[0039]
所述泄洪门柴油发电机18依次经400v出口开关19、第二400v低压厂用变压器20、
10kv刀闸21、第二10kv馈线开关22与所述10kv厂用母线 6相连；
[0040]
所述互联400v电源开关23与所述第二400v自用电母线11相连；
[0041]
刹车开关3利用电磁感应产生电磁力为所述水轮发电机2刹车，其一端 t接在与所述水轮发电机2和20kv刀闸13连接的公共点，另一端将三相a、 b、c短接，所述刹车开关3仅在所述所述水轮发电机2需要刹车时处于闭合状态。
[0042]
本实施例中，所述泄洪门柴油发电机18具体参数如下表：
[0043][0044][0045]
本实施例中，确定所述水轮发电机油压系统失电后最大允许运行时间时，所述并网开关15、10kv进线开关5、第一10kv馈线开关7、第二10kv馈线开关22和互联400v电源开关23均处于断开状态，用于切除所述水轮发电机2油压系统油泵工作电源，记录试验前油压系统压力pbt，打开所述水轮发电机2，调整转速为额定转速136.4r/min，记录所述水轮发电机2油压系统压力下降至最低操作油压pmin的时间te，计算所述水轮发电机2油压系统油压下降速度为v＝(pbt
‑
pmin)/te，当进行所述水轮发电机2自储能黑启动前，根据油压系统压力pzcn预判自储能黑启动最大允许运行时间为 tmax＝(pzcn
‑
pmin)/v，即所述水轮发电机2必须在tmax时间内启动成功，所述第一400v自用电母线10和第二400v自用电母线11必须在tmax恢复供电。
[0046]
本实施例中，所述水轮发电机油压系统调整至额定油压3.95mpa，开机至空载定速136.4r/min，运行22min后，油压系统油压接近最低操作油压 3.2mpa，油压下降速率为0.021mpa/min。
[0047]
如图2所示，所述水轮发电机2进行自储能黑启动前，所述刹车开关3、并网开关15、220kv刀闸16、第二10kv馈线开关22均处于断开状态，中性点接地刀闸1、20kv刀闸13、10kv进线开关5、第一10kv馈线开关7、第一400v自用电开关9、400v自用电联络开关12、10kv刀闸21均处于闭合状态，调整所述水轮发电机2为额定转速136.4r/min，采用直流起励方式将所述水轮发电机2建压至额定电压，恢复所述第一400v自用电母线10、第二400v自用电母线11供电，所述水轮发电机2油压系统油泵工作电源恢复供电，将所述水轮发电机2油压系统调整至额定油压。
[0048]
如图3所示，所述水轮发电机2带主变压器14对所述220kv线路17充电前，所述20kv刀闸13、并网开关15和220kv刀闸16均处于闭合状态，所述水轮发电机2机端建压为100％额定电压，检查并确认所述220kv线路 17对侧电压为额定电压。
[0049]
如图4所示，所述水轮发电机2未能在tmax时间内启动成功，所述第一400v自用电母线10和第二400v自用电母线11未能在tmax恢复供电时，即在所述tmax到达后，立即断开所述10kv进线开关5、并网开关15，闭合所述400v出口开关19、第二10kv馈线开关22，调整所述泄洪门柴油发电机18机端建压至额定电压，所述第一400v自用电母线10、第二400v 自用电母线11恢复由泄洪门柴油发电机18供电，开启所述水轮发电机2导叶，调整所述水轮发电机2为额定转速136.4r/min，所述水轮发电机2建压至额定电压，再次开展所述水轮发电机2
带主变压器14对所述220kv线路 17充电，闭合所述并网开关15。
[0050]
本实用新型一种220kv电压等级单元接线水电站自储能黑启动系统，进行黑启动时，包括如下步骤：
[0051]
1)调整所述220kv线路17、主变压器14处冷备用状态，闭合所述中性点接地刀闸1和20kv刀闸13，进入步骤2)；
[0052]
2)检查所述10kv厂用母线6处无压状态，断开所述400v出口开关19、第二10kv馈线开关22和10kv进线开关5，闭合所述第一10kv馈线开关 7、第一400v自用电开关9、400v自用电联络开关12，进入步骤3)；
[0053]
3)手动投入所述水轮发电机2技术供水，开始计时，进入步骤4)；
[0054]
4)调整转速为所述水轮发电机2转速为136.4r/min，电压为100％额定电压，判断计时时间是否≤自储能黑启动最大允许运行时间为tmax，如果满足时间要求，闭合所述10kv进线开关5，测量所述第一400v自用电母线 10和第二400v自用电母线11为额定电压400v；不满足时间要求，则立即断开所述10kv进线开关5，启动所述泄洪门柴油发电机18至空载，所述第一400v自用电母线10和第二400v自用电母线11由所述泄洪门柴油发电机18供电；并进入步骤5)
[0055]
5)所述水轮发电机2油压系统油泵工作电源恢复供电，操作所述 220kv线路17、主变压器14转热备用，闭合所述并网开关15，进入步骤6)；
[0056]
6)检查并确认所述220kv线路17对侧电压、相序正确，进入步骤7)；
[0057]
7)所述220kv线路17、主变压器14转冷备用状态，断开所述第一 400v自用电开关9，闭合所述互联400v电源开关23，操作所述水轮发电机 2停机，断开所述第二10kv馈线开关22和400v出口开关19)。
[0058]
本实施例中，所述步骤4)中所述水轮发电机2电压为18kv；启动所述泄洪门柴油发电机18至空载，所述泄洪门柴油发电机18空载电压 uab＝400v，ubc＝401v，uca＝401v，频率f＝50.3hz，闭合所述第二10kv馈线开关22和400v出口开关19，所述10kv厂用母线6相电压ua＝5.9kv， ub＝6.0kv，uc＝5.9kv，所述第一400v自用电母线10电压uab＝400.42v， ubc＝400.65v，uca＝400.11v，所述第二400v自用电母线11电压 uab＝400.42v，ubc＝400.59v，uca＝400.26v。
[0059]
以上所述，仅是本实用新型专利的较佳实施例，并非对本实用新型专利作任何限制，凡是根据本实用新型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，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。