CN113141053B - 一种水电站a类黑启动应急电源设计方法 - Google Patents
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Abstract
一种水电站A类黑启动应急电源设计方法，它的电源包括EPS装置、蓄电池，EPS装置包括第一AC模块、DC模块、第二AC模块，蓄电池的输出端与DC模块连接，第一AC模块作为EPS装置的输入端用于与自用电母线II段连接，蓄电池的输出端与DC模块的输入端连接，第二AC模块作为EPS装置的输出端用于与自用电母线I段连接。本发明针对水电站中基于早期设计的设备难以实施机组的A类黑启动改造这一问题，而提供的一种水电站A类黑启动应急电源设计方法及装置，能对设备进行合理改造之后，使其迅速为水轮发电机组黑启动提供动力电源。
Description
技术领域
本发明属于水电设备及其附属设备技术领域，具体涉及用于水电站的应急电源技术。
背景技术
水电站A类黑启动方式是仅利用直流蓄电池存储的电能量、液压系统存储的液压能量，恢复厂用电工作电源的方式，其动力电源多为蓄电池。A类黑启动方式具有供电时间短、响应快的特点，但较依赖于用电设备对电站直流系统供电的支持与适配性，在已建成、投产的水电站中，常因设备早期设计不支持直流供电而难以实施机组的A类黑启动改造。
发明内容
本发明针对水电站中基于早期设计的设备难以实施机组的A类黑启动改造这一问题，而提供的一种水电站A类黑启动应急电源设计方法及装置，能对设备进行合理改造之后，使其迅速为水轮发电机组黑启动提供动力电源。
一种水电站A类黑启动应急电源，它包括EPS装置、蓄电池，EPS装置包括第一AC模块、DC模块、第二AC模块，蓄电池的输出端与DC模块连接，第一AC模块作为EPS装置的输入端用于与自用电母线II段连接，蓄电池的输出端与DC模块的输入端连接，第二AC模块作为EPS装置的输出端用于与自用电母线I段连接。
上述自用电母线II段的电源由黑启动机组自身发电提供，第一AC模块的输入端分别与自用电母线I段、自用电母线II段连接。
上述自用电母线I段与I段进线电源连接，自用电母线II段与II段进线电源连接。
在自用电母线I段与自用电母线II段之间设有联络开关。
在自用电母线I段与I段进线电源之间设有第一进线开关，在自用电母线II段与II段进线电源之间设有第二进线开关。
上述蓄电池、EPS装置组黑启动应急电源。
一种水电站A类黑启动应急电源设计方法，包括以下步骤：
步骤1)进行选型计算，梳理机组黑启动所必须的主要负荷，黑启动应急电源只对该类负荷供电，根据主要负荷的功率大小，按照一定的裕量选择EPS装置额定容量；
步骤2)进行电气的接线，采用如权利要求2所述电源的结构进行接线；
步骤3)进行电气闭锁。
在步骤1)中，根据主要负荷的功率大小，按其1.2～1.3倍裕量选择EPS装置的额定容量，计算公式如下：
式中，S为EPS容量(VA)；K为容量裕度，按1.2～1.3取值；kp为启动瞬时功率倍数；P为用电设备功率(W)；
为功率因数。
在步骤3)中，在进行电气闭锁时，使得黑启动应急电源、第一进线开关、联络开关进行闭锁；黑启动应急电源输入开关、黑启动应急电源输出开关进行闭锁。
在步骤3)中，在第一进线开关、联络开关的开关合闸逻辑回路中增加黑启动应急电源输出闭锁条件。
与现有技术相比，本发明具有如下技术效果：
1)本发明方法作为水电站黑启动应急电源，采用动力型EPS作为变频装置，直流蓄电池作为动力源；通过将蓄电池直流电源变频、逆变为交流电源而迅速建立400V交流电源工作电压。相较于传统柴油机“油-电转化”或其他装置“化学能-电能”的能量转换过程，EPS能直接对“直流电-交流电”进行变频变换，同类能量形式的转换效率高，EPS变频装置启动和运行速度快，能在介入后高效、迅速的恢复厂用电工作电源的工作状态；
2)本发明方法将逆变后的交流电源直接供电至水电站厂用电系统的机组自用电母线。相较于水电站常规B类黑启动供电至10kV母线或公用400V母线，供电对象更直接，简化了由其他厂用电母线倒闸至机组自用电母线的流程；相较于水电站常规A类黑启动直接通过直流系统供电至设备，设备改造量小，无需将交流供电设备更换、适配为直流供电，这对因早期设计而难以更换设备本体但又有A类黑启动需求的生产期电站，有较强的可操作性和适配性；
3)可通过调整本发明应急电源装置的输入、输出电源位置，改变应急电源装置的供电对象，实现一套黑启动应急电源满足多台水轮发电机组黑启动需求，可扩展性强。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
图1是本发明电气结构图；
图2至图4是本发明中电气闭锁条件示意图。
具体实施方式
如图1所示，一种水电站A类黑启动应急电源，它包括EPS装置、蓄电池4，EPS装置包括第一AC模块1、DC模块2、第二AC模块3，蓄电池4的输出端与DC模块2连接，第一AC模块1作为EPS装置的输入端用于与自用电母线II段6连接，蓄电池1的输出端与DC模块2的输入端连接，第二AC模块3作为EPS装置的输出端用于与自用电母线I段5连接。
可选的，EPS装置为动力型EPS装置，输入、输出均为AC380V/50Hz。
自用电母线II段6的电源由黑启动机组自身发电提供，第一AC模块1的输入端分别与自用电母线I段5、自用电母线II段6连接。
自用电母线I段5与I段进线电源连接，自用电母线II段6与II段进线电源连接。
如图1所示，黑启动机组的自用电为2段400V母线，互为备用；其中，I段母线电源由其他机组提供，II段母线电源由黑启动机组自身发电提供。黑启动应急电源输出接至黑启动机组400V机组自用电I段，2回输入分别接至400V机组自用电I段、II段；
蓄电池4、EPS装置组黑启动应急电源10，根据400V机组自用电I段上的负荷分类统计，黑启动负荷即必须供电的负荷总功率115.5kW。根据用电设备总功率，计算动力型EPS容量为400kVA；根据用电设备投入运行的顺序和时间，按“阶梯计算法”，蓄电池采用2组215Ah，12V阀控式铅酸蓄电池并联，每组40只电池；
在自用电母线I段5与自用电母线II段6之间设有联络开关7。
在自用电母线I段5与I段进线电源之间设有第一进线开关8，在自用电母线II段6与II段进线电源之间设有第二进线开关9。
一种水电站A类黑启动应急电源设计方法，包括以下步骤：
步骤1)进行选型计算，梳理机组黑启动所必须的主要负荷，黑启动应急电源只对该类负荷供电，根据主要负荷的功率大小，按照一定的裕量选择EPS装置额定容量；
步骤2)进行电气的接线，采用如权利要求2所述电源的结构进行接线；
步骤3)进行电气闭锁。
在步骤1)中，根据主要负荷的功率大小，按其1.2～1.3倍裕量选择EPS装置的额定容量，计算公式如下：
式中，S为EPS容量(VA)；K为容量裕度，按1.2～1.3取值；kp为启动瞬时功率倍数；P为用电设备功率(W)；
为功率因数，可以按0.9考虑。
在步骤1)中，根据各主要用电设备在机组黑启动时的启动运行顺序，计算各阶段负载电流，按“阶梯法”计算蓄电池容量，采用铅酸阀控蓄电池。
在步骤2)中，EPS装置输出接至0.4kV机组自用电母线，若机组自用电母线有多段，则输出至其中一段；黑启动电源EPS输入接至0.4kV机组自用电母线，若机组自用电母线有多段，则接入其中两段，或就近接入厂内其它0.4kV交流厂用电母线；
在步骤3)中，为避免输入、输出在同一段0.4kV厂用电母线而导致EPS电源电路合环，输入与输出因相互闭锁；为避免EPS电源输出与其它0.4kV厂用电输出在同一段母线上，输出与该段母线的进线开关、联络开关相互闭锁；
在步骤3)中，在进行电气闭锁时，使得黑启动应急电源10、第一进线开关8、联络开关7进行闭锁；黑启动应急电源输入开关、黑启动应急电源输出开关进行闭锁。
在步骤3)中，在第一进线开关8、联络开关7的开关合闸逻辑回路中增加黑启动应急电源输出闭锁条件。
Claims (5)
1.一种水电站A类黑启动应急电源，其特征在于，它包括EPS装置、蓄电池（4），EPS装置包括第一AC模块（1）、DC模块（2）、第二AC模块（3），蓄电池（4）的输出端与DC模块（2）的输入端连接，第二AC模块（3）作为EPS装置的输出端用于与自用电母线I段（5）连接；
自用电母线II段（6）的电源由黑启动机组自身发电提供，第一AC模块（1）的输入端分别与自用电母线I段（5）、自用电母线II段（6）连接；
自用电母线I段（5）的电源由其他机组提供，自用电母线II段（6）的电源由黑启动机组自身发电提供，黑启动应急电源输出接至黑启动机组自用电母线I段，黑启动负荷在自用电母线I段（5）上。
2.根据权利要求1所述的水电站A类黑启动应急电源，其特征在于，所述自用电母线I段（5）与I段进线电源连接，自用电母线II段（6）与II段进线电源连接。
3.根据权利要求1或2所述的水电站A类黑启动应急电源，其特征在于，在自用电母线I段（5）与自用电母线II段（6）之间设有联络开关（7）。
4.根据权利要求2所述的水电站A类黑启动应急电源，其特征在于，在自用电母线I段（5）与I段进线电源之间设有第一进线开关（8），在自用电母线II段（6）与II段进线电源之间设有第二进线开关（9）。
5.根据权利要求1或2或4所述的水电站A类黑启动应急电源，其特征在于，所述蓄电池（4）、EPS装置组成黑启动应急电源（10）。
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