JP3244543U - 水力発電所のブラックスタートシステム - Google Patents

Abstract

【課題】短時間内に送電網の正常安定運転を回復することを実現して、負荷及び経済的損失を低下させ、最小にする水力発電所のブラックスタートシステムを提供する。【解決手段】水力発電所のブラックスタートシステムは、プラント用電源１、電力貯蔵用電池２、送電網３及び水力発電所の負荷機器４を含み、そのうち、プラント用電源は、第１の遮断器５及び第２の遮断器６にそれぞれ接続され、第１の遮断器は、第３の遮断器７に接続され、第２の遮断器は、順次整流器８、インバータ９、絶縁変圧器１０及び第４の遮断器１１に接続され、第３の遮断器及び第４の遮断器は、第５の遮断器１２に接続され、第５の遮断器は、第６の遮断器１３に接続され、第６の遮断器は、送電網に接続され、電力貯蔵用電池は、第７の遮断器１４を介して整流器及びインバータにそれぞれ接続され、プラント用電源は、第８の遮断器１５を介して送電網に接続され、送電網は、水力発電所の負荷機器に接続される。【選択図】図１

Description

本考案は、水力発電所のブラックスタート技術の分野に関し、具体的には水力発電所のブラックスタートシステムに関する。

ブラックスタートは、送電網に極端な故障が発生し、送電網全域に電気が切れた後、自己起動能力を有する発電所に依存して先に給電し、「星火燎原」の方式で給電範囲を段階的に拡大して送電網全体の正常な運転を回復するまでのプロセスである。ブラックスタートは、各国の送電網の安全衛士とし、重大な自然災害による停電損失を軽減することができ、国内外の複数回のブラックスタートは、いずれもディーゼル発電機を交流動力電源として利用してユニットブラックスタートを行う。ディーゼル発電機をブラックスタート交流動力電源とする主な問題は、システムが正常である時に、ディーゼルエンジンがコールドスタンバイ状態にあり、ユニットが全部停止し、ディーゼル発電機を再起動し、起動に成功しないリスクが存在し、日常のメンテナンス管理に要求が高いということである。

したがって、水力発電のクイック・ブラックスタート試験を展開する時、どのように短時間内に送電網の正常安定運転をクイック回復し、負荷及び経済的損失を最小に低下させるかは、本分野の技術者が早急に解決しようとする問題である。

したがって、本考案が解決しようとする技術的問題は、従来技術におけるディーゼル発電機をブラックスタート交流動力電源として、起動に成功しないリスクが存在し、日常のメンテナンス管理に要求が高いという問題を解決し、それにより水力発電所のブラックスタートシステムを提供することである。

本考案の実施例にて提供される水力発電所のブラックスタートシステムは、プラント用電源、電力貯蔵用電池、送電網及び水力発電所の負荷機器を含み、そのうち、
前記プラント用電源は、第１の遮断器及び第２の遮断器にそれぞれ接続され、前記第１の遮断器は、第３の遮断器に接続され、前記第２の遮断器は、順次整流器、インバータ、絶縁変圧器及び第４の遮断器に接続され、前記第３の遮断器及び前記第４の遮断器は、第５の遮断器に接続され、前記第５の遮断器は、第６の遮断器に接続され、前記第６の遮断器は、前記送電網に接続され、前記電力貯蔵用電池は、第７の遮断器を介して前記整流器及び前記インバータにそれぞれ接続され、前記プラント用電源は、第８の遮断器を介して前記送電網に接続され、前記送電網は、前記水力発電所の負荷機器に接続される。

選択可能に、水力発電所のブラックスタートシステムであって、前記送電網は、第１のユニット動力電源母線及び第２のユニット動力電源母線を含み、
前記第１のユニット動力電源母線及び前記第２のユニット動力電源母線は、母線連絡スイッチを介して接続され、前記第１のユニット動力電源母線は、前記第８の遮断器に接続され、前記第２のユニット動力電源母線は、前記第６の遮断器に接続される。

選択可能に、水力発電所のブラックスタートシステムであって、バックアップ電源をさらに含み、
前記バックアップ電源は、第９の遮断器を介して前記第２のユニット動力電源母線に接続される。

選択可能に、バックアップ電源自動投入装置をさらに含み、
前記バックアップ電源自動投入装置は、前記第８の遮断器及び前記母線連絡スイッチにそれぞれ接続される。

選択可能に、前記送電網は、０．４キロボルト専用電力母線を採用する。

選択可能に、前記水力発電所の負荷機器は、
調速機器、励磁機器、技術給水及びトップカバー排水機器と主変圧器を含む。

選択可能に、前記調速機器は、圧油ポンプを含む。

選択可能に、前記励磁機器は、冷却ファン及び励磁起動電源を含む。

選択可能に、前記技術給水及びトップカバー排水機器は、技術給水ポンプ、技術給水システム電動弁及びトップカバーポンプを含む。

選択可能に、前記主変圧器は、冷却ファン及びサブマージドオイルポンプを含む。

本考案は、以下の利点を有する。

本考案の実施例は、水力発電所のブラックスタートシステムを提供し、正常に運転する過程に電力貯蔵用電池を利用して水力発電所における一部のユニット（選択されたブラックスタートユニット）に動力電源を提供し、プラント用電源が消失する際に、電力貯蔵電源により一部のユニットの動力電源が途切れないことを保証し、短時間内にユニットをクイックで起動することができ、プラント用電源が水力発電所に給電することを回復し、送電網の正常な運転を保証し、また、従来の機器に対する変更量が少なく、運転者の操作ステップを減少し、起動時間を節約し、操作の迅速性及び確実性を向上させる。

本考案の具体的な実施形態又は従来技術における技術的解決手段をより明確に説明するために、以下、具体的な実施形態又は従来技術の記述に用いる必要がある図面を簡単に紹介し、明らかに、以下の記述における図面は、本考案のいくつかの実施形態であり、当業者にとっては、創造的な労力を行わずに、さらにこれらの図面に基づいて他の図面を得ることができる。
本考案の実施例における水力発電所のブラックスタートシステムの１つの具体例の構造概略図である。

以下、図面と併せて本考案の技術的解決手段を明瞭且つ完全に記述し、明らかに、記述された実施例は、本考案の一部の実施例であり、全ての実施例ではない。本考案における実施例に基づき、当業者が創造的な労力を行わずに得られた全ての他の実施例は、いずれも本考案の保護範囲に属する。

本考案の記述において、「上端」、「内部」などの用語により指示された方位又は位置関係は、図面に示された方位又は位置関係に基づくものであり、単に本考案を記述し且つ記述を簡略化するためのものであり、言及された装置又は素子が特定の方位を有すること、特定の方位で構成し動作しなければならないことを指示又は示唆することではないため、本考案に対する制限として理解できない。

本考案の記述において、特に明確な規定及び限定がない限り、用語「設置」、「接続」は、広義に理解すべきであり、例えば、固定接続であってもよく、取り外し可能な接続であってもよく、又は一体的に接続されてもよく、機械的接続であってもよく、電気的接続であってもよく、直接接続されてもよく、中間媒体を介して間接的に接続されてもよく、２つの素子内部の連通であってもよく、無線接続であってもよく、有線接続であってもよい。当業者であれば、具体的な状況に応じて上記用語の本考案における具体的な意味を理解することができる。

また、以下に記述する本考案の異なる実施形態に係る技術的特徴は、互いに矛盾しない限り、互いに結合することができる。

本考案は、水力発電所のブラックスタートシステムを提供し、図１に示すように、プラント用電源１、電力貯蔵用電池２、送電網３及び水力発電所の負荷機器４を含み、そのうち、
上記プラント用電源１は、第１の遮断器５及び第２の遮断器６にそれぞれ接続され、上記第１の遮断器５は、第３の遮断器７に接続され、上記第２の遮断器６は、順次整流器８、インバータ９、絶縁変圧器１０及び第４の遮断器１１に接続され、上記第３の遮断器７及び上記第４の遮断器１１は、第５の遮断器１２に接続され、上記第５の遮断器１２は、第６の遮断器１３に接続され、上記第６の遮断器１３は、上記送電網３に接続され、上記電力貯蔵用電池２は、第７の遮断器１４を介して上記整流器８及び上記インバータ９にそれぞれ接続され、上記プラント用電源１は、第８の遮断器１５を介して上記送電網３に接続され、上記送電網３は、上記水力発電所の負荷機器４に接続される。

具体的には、上記送電網３は、０．４キロボルト（ＫＶ）専用電源母線を採用し、第１の遮断器５は、バイパス遮断器であり、第２の遮断器６は、交流入力遮断器であり、第５の遮断器１２は、交流出力遮断器であり、第３の遮断器７及び第４の遮断器１１は、静的遮断器を構成する。

さらに、正常に運転する時、電力貯蔵用電池２を一部のユニット補助機器の交流給電電源として利用することができ、この電源が途切れないことを保証し、さらに電力貯蔵用電池２は、ユニット補助機器に動力電源を提供し、容量が適切な電力貯蔵用電池２を、電力システムが崩壊し、ユニットが全停止する時のユニット動力電源システムとして選択する。

さらに、２段のプラント用電力ユニットの専用電力端末額のうちの１段は、プラント用電源１により給電され、他の段は、電力貯蔵用電池２により給電され、バックアップ自動投入装置は、正常に運転する。

具体的には、送電網３システムが崩壊し、ユニットが全停止する時、電力貯蔵用電池２を水力発電所起動の動力電源とし、電力貯蔵用電池２は、水力発電所の負荷機器４が少なくとも１時間運転することを保証することができ、この時、バックアップユニット、又は停止過程が完了した正常ユニットを直接選択することができ、ブラックスタートをクイックで行い、迅速にプラント用電力を回復して、送電網３に送電するように段階的に回復し、そのうち、電力貯蔵用電池２は、ブラックスタート過程における操作制御電源であり、電気所の継電保護、操作制御、励磁、調速、補助機器制御などの機器が正常に運転する前提であり、システムが崩壊した後に長時間に正常に給電することを保証することができる。

さらに、水力発電所のブラックスタート方法は、ブラックスタートを行おうとするユニットのバックアップが正常又はシャットダウンが正常であることを検査するステップと、ユニット、主変圧器の各部パラメータが正常であり、各補助機器が正常であることを検査し、異常信号があれば正常に復帰するステップと、直流システムが正常であり、電力貯蔵用電池２がプラント用電源１に対する給電切り替えが正常であり、バックアップ電源自動投入装置の動作が正常であることを検査するステップと、発電機トランス群が自動的に起動するステップと、起動する過程を監視し、必要な時に人為的に起動することを補助的に行うステップと、起動して正常になった後、プラント用電力正常方式を段階的に回復し、スケジューリングコマンドを待ってシステムに給電するように回復するステップと、を含む。

さらに、冬季に出力が小さい場合、起動台数が少なく、電力貯蔵用電池２を利用した後、主変圧器が逆でプラント用電源１を取ることを減少することができ、電力損失を低減させ、大きな経済的利益を生成する。

本実施例において、正常に運転する過程に電力貯蔵用電池を利用して水力発電所における一部のユニット（選択されたブラックスタートユニット）に動力電源を提供し、プラント用電源が消失する際に、電力貯蔵電源により一部のユニットの動力電源が途切れないことを保証し、短時間内にユニットをクイックで起動することができ、プラント用電源が水力発電所に給電することを回復し、送電網の正常な運転を保証し、また、従来の機器に対する変更量が少なく、運転者の操作ステップを減少し、起動時間を節約し、操作の迅速性及び確実性を向上させる。

選択可能な実施例では、上記送電網３は、第１のユニット動力電源母線１６及び第２のユニット動力電源母線１７を含み、
上記第１のユニット動力電源母線１６（０．４ｋＶ専用電力１＃母線）及び上記第２のユニット動力電源母線１７（０．４ｋＶ専用電力２＃母線）は、母線連絡スイッチ１８を介して接続され、上記第１のユニット動力電源母線１６は、上記第８の遮断器１５に接続され、上記第２のユニット動力電源母線１７は、上記第６の遮断器１３に接続される。

選択可能な実施例では、バックアップ電源１９をさらに含み、
上記バックアップ電源１９は、第９の遮断器２０を介して上記第２のユニット動力電源母線１７に接続される。

選択可能な実施例では、バックアップ電源自動投入装置２１をさらに含み、
上記バックアップ電源自動投入装置２１は、上記第８の遮断器１５及び上記母線連絡スイッチ１８にそれぞれ接続される。

選択可能な実施例では、上記水力発電所の負荷機器４は、
調速機器２２、励磁機器２３、技術給水及びトップカバー排水機器２４と主変圧器２５を含む。

具体的には、上記調速機器２２は、圧油ポンプを含み、上記励磁機器２３は、冷却ファン及び励磁起動電源を含み、上記技術給水及びトップカバー排水機器２４は、技術給水ポンプ、技術給水システム電動弁及びトップカバーポンプを含み、上記主変圧器２５は、冷却ファン及びサブマージドオイルポンプを含む。

図１に示すように、以下、１つの具体的な実施例により水力発電所のブラックスタートシステムの動作過程を説明する。

［実施例１］
正常に運転する時に、０．４ｋＶ専用電力１＃母線は、プラント用電力Ｉ路電源からＣＢ８を介して給電され、０．４ｋＶ専用電力２＃母線は、プラント用電力ＩＩ路からバイパス遮断器ＣＢ１、静的遮断器ＣＢ３、電力貯蔵システム交流遮断器ＣＢ５、ＣＢ６を介して給電され、ＣＢ９は、０．４ｋＶ専用電力２＃母線のバックアップ電源であり、電力貯蔵用電池は、整流器からＣＢ７を介して浮動充電し、
送電網が崩壊し、水力発電所のユニットが全停止する時に、プラント用電源が消失し、この時に静的遮断器ＣＢ３が自動的にオフにし、ＣＢ４が自動的にオンにし、０．４ｋＶ専用電力２＃母線は、電力貯蔵用電池により給電され、
バックアップ電源自動投入装置が動作し、ＣＢ８をオフにし、母線連絡スイッチＣＢ１０をオンにし、０．４ｋＶ専用電力１＃母線は、給電を回復し、
送電網が崩壊するため、ユニットが全停止する時に直流システムは短時間で給電を保証することができ、この時にバックアップユニット又は停止中の正常なユニットに対して直接ブラックスタート操作を行うことができ、
ユニットのブラックスタートが成功した後、プラント用電源の正常実行方式を段階的に回復し、他のユニットの運転、回線送電を回復した。

明らかに、上記実施例は、単に明確に説明するための例示であり、実施形態を限定するものではない。当業者であれば、上記説明に基づいて他の異なる形態の変化又は変更を行うこともできる。ここで全ての実施形態を網羅する必要がなく、しかも方法もない。このようにして導出された明らかな変化又は変更は、依然として本考案の保護範囲にある。

１－プラント用電源、２－電力貯蔵用電池、３－送電網、４－水力発電所の負荷機器、５－第１の遮断器、６－第２の遮断器、７－第３の遮断器、８－整流器、９－インバータ、１０－絶縁変圧器、１１－第４の遮断器、１２－第５の遮断器、１３－第６の遮断器、１４－第７の遮断器、１５－第８の遮断器、１６－第１のユニット動力電源母線、１７－第２のユニット動力電源母線、１８－母線連絡スイッチ、１９－バックアップ電源、２０－第９の遮断器、２１－バックアップ電源自動投入装置、２２－調速機器、２３－励磁機器、２４－技術給水及びトップカバー排水機器、２５－主変圧器。

Claims (10)

1. プラント用電源、電力貯蔵用電池、送電網及び水力発電所の負荷機器を含み、そのうち、
   前記プラント用電源は、第１の遮断器及び第２の遮断器にそれぞれ接続され、前記第１の遮断器は、第３の遮断器に接続され、前記第２の遮断器は、順次整流器、インバータ、絶縁変圧器及び第４の遮断器に接続され、前記第３の遮断器及び前記第４の遮断器は、第５の遮断器に接続され、前記第５の遮断器は、第６の遮断器に接続され、前記第６の遮断器は、前記送電網に接続され、前記電力貯蔵用電池は、第７の遮断器を介して前記整流器及び前記インバータにそれぞれ接続され、前記プラント用電源は、第８の遮断器を介して前記送電網に接続され、前記送電網は、前記水力発電所の負荷機器に接続される、ことを特徴とする水力発電所のブラックスタートシステム。
2. 前記送電網は、第１のユニット動力電源母線及び第２のユニット動力電源母線を含み、
   前記第１のユニット動力電源母線及び前記第２のユニット動力電源母線は、母線連絡スイッチを介して接続され、前記第１のユニット動力電源母線は、前記第８の遮断器に接続され、前記第２のユニット動力電源母線は、前記第６の遮断器に接続される、ことを特徴とする請求項１に記載の水力発電所のブラックスタートシステム。
3. バックアップ電源をさらに含み、
   前記バックアップ電源は、第９の遮断器を介して前記第２のユニット動力電源母線に接続される、ことを特徴とする請求項２に記載の水力発電所のブラックスタートシステム。
4. バックアップ電源自動投入装置をさらに含み、
   前記バックアップ電源自動投入装置は、前記第８の遮断器及び前記母線連絡スイッチにそれぞれ接続される、ことを特徴とする請求項２に記載の水力発電所のブラックスタートシステム。
5. 前記送電網は、０．４キロボルト専用電力母線を採用する、ことを特徴とする請求項１に記載の水力発電所のブラックスタートシステム。
6. 前記水力発電所の負荷機器は、調速機器、励磁機器、技術給水及びトップカバー排水機器と主変圧器を含む、ことを特徴とする請求項１に記載の水力発電所のブラックスタートシステム。
7. 前記調速機器は、圧油ポンプを含む、ことを特徴とする請求項６に記載の水力発電所のブラックスタートシステム。
8. 前記励磁機器は、冷却ファン及び励磁起動電源を含む、ことを特徴とする請求項６に記載の水力発電所のブラックスタートシステム。
9. 前記技術給水及びトップカバー排水機器は、技術給水ポンプ、技術給水システム電動弁及びトップカバーポンプを含む、ことを特徴とする請求項６に記載の水力発電所のブラックスタートシステム。
10. 前記主変圧器は、冷却ファン及びサブマージドオイルポンプを含む、ことを特徴とする請求項６に記載の水力発電所のブラックスタートシステム。