电厂黑启动计算中增加变频器对结果的影响分析

电厂黑启动计算中增加变频器对结果的影响分析

孙斐由琳

(青岛鸿瑞电力工程咨询有限公司山东青岛266100)

摘要：本文简要的阐述了电厂黑启动计算中对最大单台电动机增加变频器的结果影响分析，旨在为优化黑启动容量提供一种可能的思路，方便大家优化容量，降低造价。

关键词：黑启动，变频器，计算分析

引言

印尼某2x27.5MW项目中，为最大单台电动机（锅炉给水泵1000kW）配置变频器来减少黑启动容量的方案获得了良好的经济效益，为将来的施工图设计优化黑启动方案提供了另外一种思路，现将黑启动设计思路及方案分享给大家。

一、黑启动计算分析

根据《火力发电厂厂用电设计技术规程》DL/T5153-2014及柴油发电机厂家设计经验，黑启动机组容量的校验主要考虑三个方面：1、发电机连续输出容量≥最大计算负荷；2、发电机带一台最大容量负荷启动时的过载能力校验，3、最大单台容量负荷启动时母线压降校验，根据收到的厂家反馈，各个厂家校验黑启动能力的首要指标是第三条--单台最大容量负荷启动的压降校验，在满足25%的压降情况下再校验其他条件。

二、黑启动中增加变频器分析

针对黑启动计算分析，我们提出了一种假定：有效降低单台最大容量负荷的启动容量时，黑启动机组容量能够降低，甚至可以减少一台或多台黑启动柴发。基于此种假定，我们开始着手想办法降低最大负荷的启动容量。单个负荷的启动容量SkVA=负荷视在功率×该负荷启动电流倍数，在负荷视在功率不变的情况下，想要降低SkVA，只能降低启动电流倍数。因此，增加变频器可以有效降低负荷启动容量的结论就出来了，下一步需要跟厂家配合验证。

其中最大容量电动机为锅炉电动给水泵（1000kW），通过经与变频器厂家沟通，1000kW变频器的启动电流倍数可以限制在1.5倍之内，保守起见，我们假定其启动电流倍数为2，经过与柴油发电机厂家配合，现将两种方案厂家提供的柴油发电机配置容量如表1：

表1

注：以上表格中柴发的功率均为备用功率。

由厂家反馈的两种方案比较可以看出，给水泵带不带变频器对黑启动柴发机组的影响巨大，单纯从上面表格来看，采用给水泵带变频器方案能够降低容量，甚至减少一台柴油发电机组。下一步需要对两个方案做经济性比较来确定最终方案，以本项目最终定标的烟台杰瑞和广州智光（变频器）采购价格为例：

1800kW备用容量柴发的采购价格为319.26万元

单台1000kW变频器的采购价格为22万元

本项目共有四台给水泵，每台机组2×100%的冗余配置，经与业主澄清，采用的变频器配置方案为一拖一方案，即为每台给水泵配置一台不带旁路变频器，这样两个方案的经济性比较如表2（按杰瑞+智光方案比较）：

表2

两种方案相差价格为231.26万元，因此可见本项目为给水泵配置变频器的方案在技术方案和经济方案都可行，并能降低成本。

三、学以致用，根据厂家计算资料总结形成内部研究用的计算书

除了进行方案比较，我们还需对厂家的设计计算方式进行研究，学以致用。由厂家提供的计算书中计算过程可见，其每一步加载的主要参数SkVA与我们分析一致，等于Ratedpower(kVA)×StartingCurrentRatio,但是其增加了每步的Cumulatetotals，经分析，Cumulatetotals中的SkVA等于本步加载的中SkVA+上一步中的AbsorbedkVA,采用Cumulatetotals中的SkVA校验柴发短时过载能力相比单步的SkVA校验，前者能体现出已带负荷的情况，更加符合实际情况。因此在进行黑启动容量计算时，大容量负荷不仅仅要列出额定功率，还要增加其黑启动工况下的轴功率，此外我们根据厂家的计算公式也总结形成了自己的柴油发电机计。

计算公式能够模拟初步的黑启动及应急情况下的容量计算和设备选型，不过本计算书中对柴油发电机的过载能力没有明确体现（国标规定，一般情况下，发电机在热状态下，能承受150%Se，时间为15S,则可取1.5倍过负荷系数），因此计算结果偏保守，施工图阶段需要跟厂家配合确定容量，投标阶段可以采用本计算书估算下黑启动柴发容量。此外还需要进一步总结厂家发电机性能，争取将本计算书进一步完善。

四、进一步优化方案及注意问题

本项目通过为给水泵增加变频器的方式，降低了黑启动机组数量，取得了不错的经济效益，但是施工图阶段也相应的增加了许多问题，首要问题是变频器的增加直接导致配电室布置异常紧张，因本项目机组小，主厂房空间紧张，初设阶段也没有考虑增加变频器的方案，施工图阶段确定增加变频器后电气设备布置面临了很大的难题，最终我们跟变频器厂家沟通确定了最小布置尺寸，并将其他开关柜布置压缩从而非常紧张的将电气设备布置下，后续施工图项目在初设阶段最好能够根据内部使用的黑启动计算书提前确定方案，配不配变频器，从而避免施工图阶段设备布置困难；第二个问题是需要考虑增加变频器对整个黑启动系统谐波的影响，这个问题需要由黑启动厂家结合变频器资料提供可靠的方案，经过黑启动柴发厂家计算反馈，增加变频器对黑启动柴发的谐波影响很小，几乎可以忽略不计。还有个问题是变频器台数问题，因该项目业主澄清要求采用一拖一方案，如果能够说服业主，也可以采用一拖二方案，进一步优化方案。

五、结论

以上为本项目黑启动计算中增加变频器的方案优化思路及可行性分析，通过本项目证明增加变频器的做法是可行的，因此其他项目有黑启动要求时也可以采用该思路，验证方案比较，争取降低造价，希望本方案能为大家黑启动计算提供合理有效的设计建议。

参考文献

[1]《火力发电厂厂用电设计技术规程》DL/T5153-2014.

[2]《Rotatingelectricalmachines》IEC60034.

[3]《InternalCombustionEngine-GeneratorUnits》IEEE126.

[4]《Reciprocatinginternalcombustionengines》ISO3046.

[5]《Reciprocatinginternalcombustionengines-Alternatingcurrentgeneratorsets》ISO8528.