CN113113937B - 一种水电站黑启动机组励磁系统及并网信号投入、切除方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水电站黑启动机组励磁系统及并网信号投入、切除方法，所述系统包括机组LCU、UPS电源与励磁并网信号切换继电器；机组LCU设置第一开入点与第二开入点；机组LCU设置第一开出点与第二开出点；第一开出点、第二开出点分别与励磁并网信号切换继电器相连。励磁并网信号通过励磁并网信号切换继电器的两对常开接点并联输入到励磁调节器。本发明能够有效解决黑启动零起升压依赖人员到现场手动操作的难题，实现了水电站黑启动的全流程自动化、智能化；有利于电网尽快恢复供电，缩短了停电时间，提高了黑启动的时效性，降低停电带来的损失。

Description

一种水电站黑启动机组励磁系统及并网信号投入、切除方法

技术领域

本发明涉及水电站黑启动技术领域，尤其涉及一种水电站黑启动机组励磁系统及并网信号投入、切除方法。

背景技术

水轮发电机组与火电、核电机组相比，具有辅助设备简单、厂用电少、开机速度快等优点，因此当电力系统因故障停运后，根据电网和电站安全需要，很多水电厂都需要具备快速恢复厂用电、机组开机、逐步恢复电网电源的功能，故水电站黑启动的时效性对系统恢复、设备安全和快速恢复对重要用户供电极为重要。

水电站的黑启动是指在无厂用交流电的情况下，仅仅利用电厂储存的两种能量——直流系统蓄电池储存的电能量和液压系统储存的液压能量，完成机组自启动，对内恢复厂用电，对外配合电网调度恢复电网运行。机组具有黑启动功能不仅是电站在全厂失电情况下安全生产自救的必要措施，也是电网发展的需要。目前黑启动涉及调整的设备多、范围广，大多数设备操作均需要现场手动操作，影响时效性。其次，厂用辅助设备不能长时间失压，需要电站快速实现黑启动。最后，由于黑启动操作多、范围广的特点，利用传统操作票方式来把控黑启动过程的安全性、流畅性有一定的困难。

由于黑启动过程很多需要现场操作和人工判断，且此未知的因素较多，一定程度上制约了黑启动恢复厂用电的时效性，如何降低启动时间、提高恢复速度成了黑启动需要特别关注的一个问题。

现有水电站采用发电机变压器组单元接线，发电机组励磁装置为广科所EXC9000微机励磁装置，发电机组起励建压的条件是：发电机转速>95%,发电机出口断器分闸,发电机组灭磁开关合闸。发电机组黑启动带厂用电有两种方式：一是发电机组励磁方式设置为零起升压，发电机起励建压后，合上发电机出口断路器，然后人工增磁将发电机电压升至10.2kV左右；二是发电机励磁方式设置为零起升压，解开励磁装置的并网信号，合上发电机出口断路器，然后起励建压，并人工增减将发电机电压升至10.2kV左右。以上两种方式均需要人工现场操作。由于励磁系统的封闭性，导致无法修改励磁系统内部逻辑使其在机组出口断路器合闸情况下带主变压器进行零起升压，从而成为实行自动黑启动流程的“瓶颈”。发生事故停电后电站运维人员到现地启动柴油发电机带厂用电运行，现地对机组进行黑启动进一步恢复厂用电，如遇道路交通中断，将会延误恢复厂用电时间，可能导致事故扩大。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种水电站黑启动机组励磁系统，包括：

机组LCU、UPS电源与励磁并网信号切换继电器；

机组LCU连接励磁并网信号切换继电器；

机组LCU设置第一开入点与第二开入点，第一开入点用于励磁并网信号投入监视，第二开入点用于励磁并网信号退出监视；第一开入点、第二开入点分别与励磁并网信号切换继电器的常闭、常开接点相连；

机组LCU设置第一开出点与第二开出点，第一开出点连接投励磁并网信号，第二开出点连接退励磁并网信号；第一开出点、第二开出点分别与励磁并网信号切换继电器相连；

当机组正常开机时，机组LCU控制第一开出点动作时，励磁并网信号继电器为闭合状态，并网信号按正常接入；当机组黑启动时，机组LCU控制第二开出点动作时，励磁并网信号继电器为断开状态，励磁装置的并网信号解除，发电机励磁系统带主变预置升压；

UPS电源用于为励磁并网信号切换继电器的动作线圈和复位线圈供电；UPS电源分别通过机组LCU的第一开出点、第二开出点以及励磁并网信号切换继电器的常闭、常开接点与励磁并网信号切换继电器动作、复位线圈相连；

励磁并网信号通过励磁并网信号切换继电器的两对常开接点并联输入到励磁调节器。

一种水电站黑启动机组励磁系统并网信号投入方法，包括如下步骤：

S1:启动黑启动开机流程；

S2:机组处于停机稳态；

S3:退励磁装置并网信号、退一次调频；

S4:判断设定时间内是否出现退励磁装置并网信号投入无效、退出有效、一次调频退出，若满足则转S5，否则开机超时，报警、复归，转S1；

S5:判断设定时间内合灭磁开关与退风闸是否动作，以及灭磁开关是否合闸且退风闸落下，若满足则转S6，否则开机超时，报警、复归，转S1；

S6:判断设定时间内是否退空气围带，以及空气围带是否无压力，若满足则转S7，否则开机超时，报警、复归，转S1；

S7:判断设定时间内拔锁锭是否动作，以及锁锭是否拔出，若满足则转S8，否则开机超时，报警、复归，转S1；

S8:判断设定时间内是否开球阀动作，以及球阀是否开启，若满足则转S9，否则开机超时，报警、复归，转S1；

S9:判断设定时间内调速器是否动作，以及转速是否达到设定值；若调速器动作且转速未达到设定值，则黑启动升速超时，报警；若调速器未动作且转速未达到设定值，则开机超时，报警、复归，转S1；若调速器动作且转速达到设定值，则等待设定时间，转S10；

S10:判断设定时间内无压合断路器与投入孤网模式是否开启，以及出口断路器是否合上，若满足则转S11，否则开机超时，报警、复归，转S1；

S11:判断设定时间内开机指令发至励磁调节器自动升压是否成功，判断三相电压大于设定值，若满足则再次判断励磁装置并网信号退出有效、投入无效、转速大于设定值、机端电压大于设定电压、出口断路器合闸是否均满足，若满足则达到黑启动稳态，成功实现黑启动，转S12；否则开机超时，报警、复归，转S1；

S12:等待设定时间，若机端电压任一相不在设定范围则报警，若电动蝶阀未开启则报警。

一种水电站黑启动机组励磁系统并网信号切除方法，包括如下步骤：

S1:机组LCU获取停机指令，启动黑启动停机流程；

S2:判断在设定时间内是否退出孤网模式，以及出口断路器是否分闸，若满足则转S3，否则停机超时，报警；

S3:判断设定时间内停机指令是否被励磁调节器执行，判断机端电压是否小于设定值，若未被励磁调节器执行，机端电压不满足小于设定值，则发令分灭磁开关；若设定时间内灭磁指令（停机与分灭磁开关）均未被励磁调节器执行，机端电压不满足小于设定值，则停机超时，报警；若设定时间内灭磁指令被励磁调节器执行，机端电压满足小于设定值，则转S4；

S4:判断设定时间内停机指令是否到达调速器，以及关球阀是是否动作，若满足且等待设定时间，转速小于设定值，则转S5，否则停机超时，报警；

S5:判断设定时间内投制动阀是否动作，以及转速是否小于设定值，若满足则等待设定时间，转S6，否则停机超时，报警；

S6:判断设定时间内投锁锭是否动作，以及锁锭信号是否投入，若满足则转S7，否则停机超时，报警；

S7:判断设定时间内退风闸是否动作，以及风闸是否落下，若满足则转S8，否则停机超时，报警；

S8:判断设定时间内投空气围带、停技术供水泵是否动作，电动蝶阀是否关闭，以及密封围带是否有压，上导、空冷、下导、水导示流是否停止；若是满足则转S9，否则停机超时，报警；

S9:判断设定时间内投励磁装置并网信号、投入一次调频功能，判断励磁装置并网信号投入是否有效，并且退出无效，若满足，则转S10，否则停机超时，报警，流程推出；

S10:停机稳态，流程结束。

本发明的有益效果在于：本发明能够有效解决黑启动零起升压依赖人员到现场手动操作的难题，实现了水电站黑启动的全流程自动化、智能化。有利于电网尽快恢复供电，缩短了停电时间，提高了黑启动的时效性，降低停电带来的损失。

附图说明

图1是励磁系统并网信号投切电气原理图；

图2是一种水电站黑启动机组励磁系统并网信号投入方法的流程图；

图3是一种水电站黑启动机组励磁系统并网信号切除方法的流程图。

图中：K059-第一开出点；K060-第二开出点；LCQH:A1-励磁并网信号切换继电器的常闭接点；LCQH:E1-励磁并网信号切换继电器的常开接点；LCQH：COM-励磁并网信号切换继电器的公共端；X11:255-励磁并网信号投入端；X11:256-励磁并网信号退出端。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

如附图1所示，本发明一种水电站黑启动机组励磁系统，包括：

机组LCU、UPS电源与励磁并网信号切换继电器；

机组LCU连接励磁并网信号切换继电器；

机组LCU设置第一开入点与第二开入点，第一开入点用于励磁并网信号投入监视，第二开入点用于励磁并网信号退出监视；第一开入点、第二开入点分别与励磁并网信号切换继电器的常闭、常开接点相连；

机组LCU设置第一开出点与第二开出点，第一开出点连接投励磁并网信号，第二开出点连接退励磁并网信号；第一开出点、第二开出点分别与励磁并网信号切换继电器相连；

当机组正常开机时，机组LCU控制第一开出点动作时，励磁并网信号继电器为闭合状态，并网信号按正常接入；当机组黑启动时，机组LCU控制第二开出点动作时，励磁并网信号继电器为断开状态，励磁装置的并网信号解除，发电机励磁系统带主变预置升压；

UPS电源用于为励磁并网信号切换继电器的动作线圈和复位线圈供电；UPS电源分别通过机组LCU的第一开出点、第二开出点以及励磁并网信号切换继电器的常闭、常开接点与励磁并网信号切换继电器动作、复位线圈相连；

励磁并网信号通过励磁并网信号切换继电器的两对常开接点并联输入到励磁调节器。

具体的，所述励磁并网信号切换继电器采用机械闭锁式接触器。

一种水电站黑启动机组励磁系统并网信号投入方法，包括如下步骤：

S1:启动黑启动开机流程；

S2:机组处于停机稳态；

S3:退励磁装置并网信号、退一次调频；

S4:判断设定时间内是否出现退励磁装置并网信号投入无效、退出有效、一次调频退出，若满足则转S5，否则开机超时，报警、复归，转S1；

S5:判断设定时间内合灭磁开关与退风闸是否动作，以及灭磁开关是否合闸且退风闸落下，若满足则转S6，否则开机超时，报警、复归，转S1；

S6:判断设定时间内是否退空气围带，以及空气围带是否无压力，若满足则转S7，否则开机超时，报警、复归，转S1；

S7:判断设定时间内拔锁锭是否动作，以及锁锭是否拔出，若满足则转S8，否则开机超时，报警、复归，转S1；

S8:判断设定时间内是否开球阀动作，以及球阀是否开启，若满足则转S9，否则开机超时，报警、复归，转S1；

S9:判断设定时间内调速器是否动作，以及转速是否达到设定值；若调速器动作且转速未达到设定值，则黑启动升速超时，报警；若调速器未动作且转速未达到设定值，则开机超时，报警、复归，转S1；若调速器动作且转速达到设定值，则等待设定时间，转S10；

S10:判断设定时间内无压合断路器与投入孤网模式是否开启，以及出口断路器是否合上，若满足则转S11，否则开机超时，报警、复归，转S1；

S11:判断设定时间内开机指令发至励磁调节器自动升压是否成功，判断三相电压大于设定值，若满足则再次判断励磁装置并网信号退出有效、投入无效、转速大于设定值、机端电压大于设定电压、出口断路器合闸是否均满足，若满足则达到黑启动稳态，成功实现黑启动，转S12；否则开机超时，报警、复归，转S1；

S12:等待设定时间，若机端电压任一相不在设定范围则报警，若电动蝶阀未开启则报警。

一种水电站黑启动机组励磁系统并网信号切除方法，包括如下步骤：

S1:机组LCU获取停机指令，启动黑启动停机流程；

S2:判断在设定时间内是否退出孤网模式，以及出口断路器是否分闸，若满足则转S3，否则停机超时，报警；

S3:判断设定时间内停机指令是否被励磁调节器执行，判断机端电压是否小于设定值，若未被励磁调节器执行，机端电压不满足小于设定值，则发令分灭磁开关；若设定时间内灭磁指令（停机与分灭磁开关）均未被励磁调节器执行，机端电压不满足小于设定值，则停机超时，报警；若设定时间内灭磁指令被励磁调节器执行，机端电压满足小于设定值，则转S4；

S4:判断设定时间内停机指令是否到达调速器，以及关球阀是是否动作，若满足且等待设定时间，转速小于设定值，则转S5，否则停机超时，报警；

S5:判断设定时间内投制动阀是否动作，以及转速是否小于设定值，若满足则等待设定时间，转S6，否则停机超时，报警；

S6:判断设定时间内投锁锭是否动作，以及锁锭信号是否投入，若满足则转S7，否则停机超时，报警；

S7:判断设定时间内退风闸是否动作，以及风闸是否落下，若满足则转S8，否则停机超时，报警；

S8:判断设定时间内投空气围带、停技术供水泵是否动作，电动蝶阀是否关闭，以及密封围带是否有压，上导、空冷、下导、水导示流是否停止；若是满足则转S9，否则停机超时，报警；

S9:判断设定时间内投励磁装置并网信号、投入一次调频功能，判断励磁装置并网信号投入是否有效，并且退出无效，若满足，则转S10，否则停机超时，报警，流程推出；

S10:停机稳态，流程结束。

机组LCU连接励磁并网信号切换继电器；

机组LCU设置第一开入点与第二开入点，第一开入点用于励磁并网信号投入，第二开入点用于励磁并网信号退出；第一开入点、第二开入点分别与励磁并网信号切换继电器相连；

机组LCU设置第一开出点与第二开出点，分别是用于投励磁并网信号的K059，和用于退励磁并网信号的K060，第一开出点连接投励磁并网信号，第二开出点连接退励磁并网信号；第一开出点、第二开出点分别与励磁并网信号切换继电器相连；当机组正常开机时，机组LCU控制第一开出点动作时，励磁并网信号继电器为闭合状态，并网信号按正常接入；当机组黑启动时，机组LCU控制第二开出点动作时，励磁并网信号继电器为断开状态，励磁装置的并网信号解除，发电机励磁系统带主变预置升压。

励磁并网信号切换继电器LCQH安装于LCU柜内，动作线圈和复位线圈电压来自机组LCU柜内220V UPS。励磁并网信号通过励磁并网信号切换继电器的两对常开接点（1-2，3-4）并联输入到励磁调节器。LCQH继电器选型为LS GMD-9三极接触器线圈电压AC220V。

在励磁系统的参数设置中将系统电压跟踪退出，将预置电压设置为98%。通过一个励磁并网信号切换继电器即机械闭锁式接触器切换励磁装置并网信号。该接触器由机组LCU控制，黑启动时把励磁并网信号解除，实现发电机组带主变预置升压功能；发电机组正常运行时，励磁并网信号按实际位置接入，不影响励磁的调节功能。

本发明的一种水电站黑启动机组励磁系统并网信号投入方法（如附图2所示）和切除方法（如附图3所示），能够有效地显示黑启动流程执行情况，使黑启动过程条理化、可视化和自动化；在机组LCU自动黑启动开机、停机流程中对励磁并网信号进行判断和控制，励磁并网信号切换继电器LCQH由机组LCU的第一开出点K059及第二开出点K060控制，K059、K060只需短时动作，无须长带电。当机组正常开机时，K059动作，励磁并网信号继电器为闭合状态，并网信号按正常接入；当机组黑启动时，K060动作，励磁并网信号继电器为断开状态，到励磁装置的并网信号解除，发电机励磁系统带主变预置升压。

本发明能够有效解决黑启动零起升压依赖人员到现场手动操作的难题，实现了水电站黑启动的全流程自动化、智能化。有利于电网尽快恢复供电，缩短了停电时间，提高了黑启动的时效性，降低停电带来的损失。

本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种水电站黑启动机组励磁系统，其特征在于，包括：

机组LCU、UPS电源与励磁并网信号切换继电器；

机组LCU连接励磁并网信号切换继电器；

机组LCU设置第一开入点与第二开入点，第一开入点用于励磁并网信号投入监视，第二开入点用于励磁并网信号退出监视；第一开入点、第二开入点分别与励磁并网信号切换继电器的常闭、常开接点相连；

机组LCU设置第一开出点与第二开出点，第一开出点连接投励磁并网信号，第二开出点连接退励磁并网信号；第一开出点、第二开出点分别与励磁并网信号切换继电器相连；

当机组正常开机时，机组LCU控制第一开出点动作时，励磁并网信号继电器为闭合状态，并网信号按正常接入；当机组黑启动时，机组LCU控制第二开出点动作时，励磁并网信号继电器为断开状态，励磁装置的并网信号解除，发电机励磁系统带主变预置升压；

UPS电源用于为励磁并网信号切换继电器的动作线圈和复位线圈供电；UPS电源分别通过机组LCU的第一开出点、第二开出点以及励磁并网信号切换继电器的常闭、常开接点与励磁并网信号切换继电器动作、复位线圈相连；

励磁并网信号通过励磁并网信号切换继电器的两对常开接点并联输入到励磁调节器。

2.根据权利要求1所述一种水电站黑启动机组励磁系统，其特征在于，所述励磁并网信号切换继电器采用机械闭锁式接触器。

3.一种水电站黑启动机组励磁系统并网信号投入方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1:启动黑启动开机流程；

S2:机组处于停机稳态；

S3:退励磁装置并网信号、退一次调频；

S4:判断设定时间内是否出现退励磁装置并网信号投入无效、退出有效、一次调频退出，若满足则转S5，否则开机超时，报警、复归，转S1；

S5:判断设定时间内合灭磁开关与退风闸是否动作，以及灭磁开关是否合闸且退风闸落下，若满足则转S6，否则开机超时，报警、复归，转S1；

S6:判断设定时间内是否退空气围带，以及空气围带是否无压力，若满足则转S7，否则开机超时，报警、复归，转S1；

S7:判断设定时间内拔锁锭是否动作，以及锁锭是否拔出，若满足则转S8，否则开机超时，报警、复归，转S1；

S8:判断设定时间内是否开球阀动作，以及球阀是否开启，若满足则转S9，否则开机超时，报警、复归，转S1；

S9:判断设定时间内调速器是否动作，以及转速是否达到设定值；若调速器动作且转速未达到设定值，则黑启动升速超时，报警；若调速器未动作且转速未达到设定值，则开机超时，报警、复归，转S1；若调速器动作且转速达到设定值，则等待设定时间，转S10；

S10:判断设定时间内无压合断路器与投入孤网模式是否开启，以及出口断路器是否合上，若满足则转S11，否则开机超时，报警、复归，转S1；

S11:判断设定时间内开机指令发至励磁调节器自动升压是否成功，判断三相电压大于设定值，若满足则再次判断励磁装置并网信号退出有效、投入无效、转速大于设定值、机端电压大于设定电压、出口断路器合闸是否均满足，若满足则达到黑启动稳态，成功实现黑启动，转S12；否则开机超时，报警、复归，转S1；

S12:等待设定时间，若机端电压任一相不在设定范围则报警，若电动蝶阀未开启则报警。

4.一种水电站黑启动机组励磁系统并网信号切除方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1:机组LCU获取停机指令，启动黑启动停机流程；

S2:判断在设定时间内是否退出孤网模式，以及出口断路器是否分闸，若满足则转S3，否则停机超时，报警；

S3:判断设定时间内停机指令是否被励磁调节器执行，判断机端电压是否小于设定值，若未被励磁调节器执行，机端电压不满足小于设定值，则发令分灭磁开关；若设定时间内灭磁指令均未被励磁调节器执行，机端电压不满足小于设定值，则停机超时，报警；灭磁指令包括停机与分灭磁开关；若设定时间内灭磁指令被励磁调节器执行，机端电压满足小于设定值，则转S4；

S4:判断设定时间内停机指令是否到达调速器，以及关球阀是否动作，若满足且等待设定时间，转速小于设定值，则转S5，否则停机超时，报警；

S5:判断设定时间内投制动阀是否动作，以及转速是否小于设定值，若满足则等待设定时间，转S6，否则停机超时，报警；

S6:判断设定时间内投锁锭是否动作，以及锁锭信号是否投入，若满足则转S7，否则停机超时，报警；

S7:判断设定时间内退风闸是否动作，以及风闸是否落下，若满足则转S8，否则停机超时，报警；

S8:判断设定时间内投空气围带、停技术供水泵是否动作，电动蝶阀是否关闭，以及密封围带是否有压，上导、空冷、下导、水导示流是否停止；若是满足则转S9，否则停机超时，报警；

S9:判断设定时间内投励磁装置并网信号、投入一次调频功能，判断励磁装置并网信号投入是否有效，并且退出无效，若满足，则转S10，否则停机超时，报警，流程推出；

S10:停机稳态，流程结束。

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