黑启动柴油机容量设计及电压水平探讨

陈义航

（国家电投集团贵州金元绥阳产业有限公司贵州遵义563300）

黑启动柴油机容量设计及电压水平探讨

陈义航

（国家电投集团贵州金元绥阳产业有限公司贵州遵义563300）

本文对自备电厂黑启动柴油机的容量选择、计算、设计，启动过程中电压水平效核等关键过程进行分析，同时对黑启动时存在的风险进行简单描述，给出相关计算方法及建议，为今后黑启动方案相关设计、运行提供借鉴。

自备电厂；孤网运行；黑启动；柴油机；母线电压

黑启动在自备电厂中比较常见，而自备电厂有联网运行（含并网不上网）和孤网运行两种方式，并网运行的自备电厂因与电网连接，电网提供启备电源，发电机组的启动及运行在安全稳定性上一般都有保障，而孤网运行的自备电厂与外电网无连接，发电机组调试、启动电源需由黑启动柴油机供。现着重对孤网方式下黑启动柴油机容量设计，母线电压水平校验进行探讨。

1 黑启动时负荷容量统计

（1）第1阶段：即启动前准备阶段，负荷在机组启动时不运行，包括柴油机自身电源、取水、制水、运煤及锅炉上煤等负荷，可逐项完成，每项负荷均不大。

（2）第2阶段：启动发电机组时的实际运行负荷，一种为启动时不考虑制粉系统，另一种为启动时考虑制粉系统。

负荷统计见表1。

2 黑启动负荷容量复核的相关计算和复核条件

柴油机组容量选择（SC）

柴油机组的负荷计算：

SC=K∑P

PC=Sd cosψd

式中：S——计算负荷（kVA）。

∑P——每个单元机组启动时，需要运行的负荷（包括旋转和静止的负荷）的额定功率之和（kW）。

K——换算系数，取1。

PC——计算负荷的有功功率。

由于已经考虑了按顺序投入的启动实际运行功率和负荷累计值，Sd不能小于实际运行负荷，因此不能直接采用换算系数法来计算黑启动的总负荷，计算公式修改为：

cos准取0.86计算得：

3 黑启动柴油机组容量选择

黑启动柴油机组连续输出容量应不小于SC，因此额定容量Se≥SC。因黑启动时需校验柴油机组带负荷启动容量最大电动机时的短时过负荷能力，以给水泵为例，现对其进行校验。

式中：Kq——最大电动机启动电流倍数（直接启动为6倍，软启动为3倍，变频启动为1倍）；

PDm——最大电动机的额定功率；

KOL——柴油机短时过负荷系数（直接启动为2.5，软启动为1.5）。

由此可以看出，当容量较大的电动机采用软启动方式时，启动时间较长，黑启动柴油机组过负荷能力较弱：采用直接启动时，电动机启动时间短，黑启动柴油机组短时过负荷能力要求较高。

4 柴油机组输出功率的复核

（1）保证柴油机组首次加载能力不低于额定功率的50%，为此，要求黑启动柴油机组的实际输出功率不小于2倍初始投入的启动功率。

Px≥2.5Kq∑P″eDCOSψQ

式中：∑P″eD——柴油机初始投入的启动负荷。

Px——黑启动柴油机组输出的有功功率。

COSψQ——启动负荷的功率因数。

对于黑启动工况，最严重的情况是启动电动给水泵，因此需根据电动给水泵的参数，正常运行时功率因数，电动机启动功率因数，启动电流倍数，柴油机组首次加载能力等计算得出Px。

表1

（2）对黑启动柴油机组，每次启动电动机时应满足：

∑P′eD启动第i项前投入的负荷额定功率之和

Kq=6

（3）根据启动负荷计算可得出柴油机组容量（以某厂为例）。

表2

5 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有载启动更为严重，因此取发电机空载启动作为校验工况。以电动给水泵为例，启动电压不低于母线电压的80%，同时考虑高压电缆输送过程中的电压的5%损耗，此时母线电压应不低于85%。

式中：X′d——发电机的暂态电抗（标幺值，可根据发电机资料确定）。

Se——黑启动柴油机额定容量。

Um——给水泵启动时母线电压水平≥0.85。

Kq——启动电流倍数（直接启动为6倍，软启动为3倍，变频启动为1倍）。

根据以上对柴油机组容量的选择及复核后得最低容量S。

6 柴油机启动高压电动机电压校验

通过下式进行所有高压电动机效验启动电压是否要求。

式中：Um——电动机正常启动时的母线电压。

U0——厂用母线上的空载电压，取1。

X——启动电动机的合成电抗（发电机+电缆）。

S——合成负荷，S=S1+Sq。

S1——电动机启动前，厂用母线上的已有负荷。

Sq——启动电动机的启动容量。

式中：Kq——电动机启动电流倍数取（正常启动取6，软起动取3，变频启动取1）。

Pe——电动机的额定功率。

ηd——电动机的额定效率。

cos准d——电动机的额定功率因数。

7 结语

自备电厂的黑启动能力日益受到重视，采用柴油机组作为发电机组的黑启动电源是可行的，但具有一定的安全风险，具体为：

（1）由于柴油机组启动时间相对较长，故不能作为发电机组的备用电源，如果发电机组单台机组运行时，发生厂用电故障情况下，只能通过启动保安柴油机实现机组安全停机。

（2）因无外接电源，一旦整个发电机组停机后，只能依靠黑启动柴油机组重新启动。

（3）由于系统稳定性相比电网启备电源差，对运行人员的操作、监视、事故处理能力要求更高。

（4）因孤网运行的自备电厂厂用电中断几率高，若柴油机不能及时投运，极易发生重大设备损坏事故。

TM314

A

1004-7344（2016）30-0241-02

2016-10-2