Khi nào cần chỉ định khả năng khởi động đen cho tổ máy phát tuabin khí tự nhiên

Khả năng khởi động đen nên được quy định khi một cơ sở phải khôi phục ít nhất một phần hệ thống điện sau khi mất hoàn toàn điện lưới mà không phụ thuộc vào nguồn bên ngoài. Đối với Tổ máy phát tuabin khí tự nhiên, đây không phải là một tính năng tùy chọn nhỏ. Nó làm thay đổi phương án nguồn điện phụ trợ, triết lý điều khiển, phạm vi chạy thử, quy trình vận hành và ngân sách.

Bên mua nên đưa khả năng khởi động đen vào yêu cầu khi việc mất nguồn điện bên ngoài có thể tạo ra rủi ro không thể chấp nhận được về an toàn, sản xuất, môi trường hoặc khôi phục. Yêu cầu này ít cấp thiết hơn khi nguồn điện từ đơn vị điện lực có độ tin cậy rất cao, thiết bị công nghệ có thể ngừng hoạt động an toàn trong thời gian dài, và một nguồn độc lập khác tại chỗ đã có thể cấp điện cho cụm tuabin cùng các tải thiết yếu.

Bắt đầu từ hệ quả của sự cố mất điện hoàn toàn

Câu hỏi hữu ích trong mua sắm không phải là liệu khởi động đen có khả thi về mặt kỹ thuật hay không. Hầu hết các cụm tuabin khí đều có thể được thiết kế cho mục đích này. Câu hỏi là điều gì xảy ra trong những giờ đầu tiên sau khi cả nguồn lưới thông thường và nguồn lưới dự phòng đều không khả dụng.

Khả năng khởi động đen thường được biện minh tại các cơ sở mà việc dừng máy có kiểm soát là chưa đủ. Ví dụ bao gồm các nhà máy phải duy trì hệ thống phòng cháy chữa cháy, làm mát, nguồn điều khiển, thông tin liên lạc, chiếu sáng khẩn cấp, các bơm quan trọng hoặc trạng thái an toàn xác định cho các phân xưởng công nghệ. Các cơ sở hóa chất, đô thị, luyện kim và tiện ích công nghiệp cũng có thể cần một nguồn tại chỗ để khôi phục các dịch vụ được chọn trước khi quá trình chính có thể khởi động lại.

Một nhà máy điện có thể cần khởi động đen vì một lý do khác: nhà máy có thể có nghĩa vụ hỗ trợ khôi phục một mạng điện bị cô lập, hoặc cần cấp điện cho hệ thống điện tự dùng của mình trước khi thiết bị phát điện lớn hơn có thể được đưa trở lại vận hành. Trong trường hợp đó, tổ máy phát tuabin là một phần của trình tự khôi phục, chứ không chỉ đơn thuần là máy phát điện khẩn cấp.

Ngược lại, một cơ sở không tự động cần khởi động đen chỉ vì sở hữu một tuabin khí. Nếu một máy phát diesel riêng biệt, hệ thống lưu trữ năng lượng bằng pin hoặc nguồn điện khẩn cấp đáng tin cậy đã có thể khởi động các thiết bị phụ trợ cần thiết và hỗ trợ khôi phục an toàn, thì việc bổ sung một tuyến khởi động đen thứ hai có thể mang lại giá trị thực tế hạn chế. Quyết định nên dựa trên kế hoạch khôi phục của cơ sở, không phải trên mong muốn có một đặc tính thiết bị dài hơn.

Khởi động đen là yêu cầu ở cấp độ cụm thiết bị

Một sai lầm phổ biến trong mua sắm là coi khởi động đen như một tính năng của máy phát điện. Máy phát có thể tạo ra điện, nhưng tuabin khí không thể đạt đến điều kiện đánh lửa và hòa đồng bộ trừ khi các hệ thống thiết yếu của chính nó được cấp điện. Một đặc tả đáng tin cậy phải bao quát toàn bộ chuỗi khởi động.

Chuỗi này thường bao gồm thiết bị khởi động, điều khiển tuabin, hệ thống bôi trơn và làm kín khi áp dụng, các chức năng điều hòa và ngắt khí nhiên liệu, thông gió, đánh lửa, bộ sạc pin, thiết bị đo lường, rơ-le bảo vệ và tủ đóng cắt cần thiết để kết nối các tải thiết yếu theo trình tự dự kiến. Cấu hình yêu cầu phụ thuộc vào thiết kế tuabin và bố trí nhà máy, vì vậy bên mua nên yêu cầu nhà cung cấp xác định mọi tải phụ trợ cần thiết trong điều kiện thanh cái mất điện.

Đối với nhiều cụm thiết bị, nguồn khởi động đen có thể là một hệ thống DC chuyên dụng được pin hỗ trợ kết hợp với một máy phát điện khẩn cấp nhỏ hoặc một nguồn AC độc lập khác. Trong các bố trí khác, tổ máy phát diesel hoặc hệ thống lưu trữ năng lượng bằng pin cấp điện cho thanh cái khởi động, sau đó tuabin khí tiếp nhận tải thiết yếu. Điểm quan trọng là tính độc lập: một nguồn phụ trợ cần cùng kết nối lưới hiện không khả dụng không phải là giải pháp khởi động đen.

Việc chuyển tiếp sau khi tổ máy phát tuabin đi vào vận hành cũng cần được chú ý. Cụm thiết bị phải có khả năng nhận các tải phụ trợ ban đầu mà không gây ra đáp ứng điện áp hoặc tần số không ổn định, sau đó cấp điện cho các thanh cái bổ sung theo trình tự được kiểm soát. Động cơ lớn, máy biến áp, biến tần và thiết bị nhạy cảm với sóng hài có thể ảnh hưởng đáng kể đến trình tự này. Bên mua nên cung cấp danh sách tải thiết yếu đủ sớm để nhà cung cấp và đơn vị thiết kế điện đánh giá nhiệm vụ khởi động và các bước tải.

Các tình huống mà yêu cầu này thường được biện minh

• Cơ sở có một nguồn cấp duy nhất: Cơ sở chỉ có một tuyến cấp điện bên ngoài đáng tin cậy và sự cố mất điện kéo dài sẽ ngăn cản việc ổn định an toàn hoặc khởi động lại có trật tự.
• Địa điểm xa xôi hoặc lưới điện yếu: Việc khôi phục kết nối với đơn vị điện lực có thể mất nhiều thời gian hơn mức cơ sở có thể duy trì an toàn mà không có hỗ trợ điện tại chỗ.
• Các khu vực công nghệ trọng yếu: Một nhóm giới hạn các bơm, hệ thống điều khiển, hệ thống xử lý hoặc hệ thống an toàn phải được cấp điện trở lại trước khi toàn bộ nhà máy có thể khôi phục.
• Nhiệm vụ khôi phục phát điện: Tổ máy được thiết kế để thiết lập điện tự dùng, cấp điện cho thanh cái cục bộ hoặc hỗ trợ khôi phục các tài sản phát điện khác.
• Chi phí khởi động lại chậm cao: Tổn thất sản xuất, hư hỏng vật liệu, nhu cầu bảo quản thiết bị hoặc rủi ro theo hợp đồng khiến việc khởi động lại độc lập là hợp lý về mặt kinh tế.

Các điều kiện này không đều đòi hỏi cùng một mức năng lực. Một cụm thiết bị chỉ nhằm duy trì hoạt động của các hệ thống an toàn có thể cần bố trí khởi động đen quy mô vừa phải và một thanh cái tải thiết yếu nhỏ. Một tổ máy dự kiến cấp điện cho máy biến áp, khởi động tải động cơ lớn hoặc hỗ trợ khôi phục lưới điện cần có nghiên cứu điện, thiết kế bảo vệ và trình tự vận hành nghiêm ngặt hơn.

Nội dung cần đưa vào đặc tả yêu cầu báo giá

“Có khả năng khởi động đen” là mô tả quá mơ hồ đối với đơn đặt hàng. Điều này có thể tạo ra các chào giá trông có vẻ tương đương nhưng dựa trên các giả định khác nhau về pin, máy phát phụ trợ, khả năng sẵn có của nhiên liệu, thao tác của người vận hành và khả năng nhận tải. Đặc tả nên xác định nhiệm vụ khôi phục dự kiến theo các điều kiện vận hành.

Thời gian tự chủ đặc biệt quan trọng. Một hệ thống pin chỉ được định cỡ cho nhiệm vụ bảo vệ và cắt có thể không đủ dung lượng để hỗ trợ các lần thử khởi động lặp lại, chức năng điều khiển, vận hành thiết bị đóng cắt, thông tin liên lạc và công tác chuẩn bị thanh cái mất điện kéo dài. Tương tự, một máy phát điện khẩn cấp nhỏ có thể đủ cho các thiết bị phụ trợ của tuabin nhưng không đủ cho lần khởi động động cơ bắt buộc đầu tiên. Nhà cung cấp nên nêu rõ biểu đồ tải giả định và thời gian vận hành thay vì chỉ nêu điện áp pin hoặc công suất định mức máy phát điện khẩn cấp.

Kiểm tra hệ thống nhiên liệu và phụ trợ trước khi phê duyệt phương án

Nguồn cấp nhiên liệu khí tự nhiên có thể bị bỏ sót trong kế hoạch ứng phó mất điện vì bản thân nguồn khí vẫn có thể sẵn có. Tuy nhiên, cụm tuabin có thể phụ thuộc vào van dẫn động điện, máy nén khí, bộ gia nhiệt, thiết bị phân tích, thiết bị kiểm soát áp suất hoặc thiết bị phụ trợ của trạm phía thượng nguồn. Nếu các chức năng này không khả dụng sau sự cố mất điện lưới, máy phát có thể có bộ khởi động phù hợp nhưng vẫn không thể đánh lửa.

Logic tương tự cũng áp dụng cho bơm dầu bôi trơn, quạt làm mát, thông gió vỏ bao, hệ thống cháy và khí, cùng các giao diện phòng điều khiển. Các nhóm mua sắm nên yêu cầu đánh giá nguyên nhân và hệ quả để phân biệt thiết bị cần thiết cho việc khởi động tuabin với thiết bị cần thiết để duy trì vận hành sau khi khởi động. Điều này ngăn một cụm khởi động đen có vẻ hoàn chỉnh bị hỏng trong quá trình chuyển sang cấu hình vận hành bình thường.

Không nhầm lẫn phát điện khẩn cấp với khôi phục có khả năng chống chịu

Một máy phát dự phòng tự động khởi động khi nguồn điện từ đơn vị điện lực bị gián đoạn không nhất thiết được cấu hình cho khởi động đen. Nó có thể phụ thuộc vào bảng điện đang có điện, chỉ vận hành một tủ điện khẩn cấp giới hạn hoặc thiếu các chức năng điều khiển và bảo vệ điện cần thiết để thiết lập và mở rộng một thanh cái cô lập. Tương tự, một tuabin khí có thể khởi động từ máy phát diesel phụ trợ không nhất thiết phù hợp để cấp điện cho một mạng lưới nhà máy lớn hơn.

Sự khác biệt này quan trọng trong đánh giá chào giá. Một đề xuất chi phí thấp có thể chỉ bao gồm việc khởi động tuabin, trong khi một đề xuất khác bao gồm nguồn khẩn cấp phía thượng nguồn, logic thiết bị đóng cắt khởi động đen, trình tự tải phụ trợ, hỗ trợ chạy thử và đào tạo người vận hành. Đây là những phạm vi khác nhau với các rủi ro dự án khác nhau.

Đối với các dự án được thực hiện theo phương thứcEPC tích hợp, khởi động đen nên được giải quyết trong quá trình thiết kế hệ thống điện thay vì để lại như một tùy chọn cụm thiết bị ở giai đoạn muộn. Tổ máy phát, hệ thống phân phối điện cao áp và hạ áp, giao diện truyền tải, phòng cháy chữa cháy và quy trình chạy thử đều ảnh hưởng đến việc trình tự khôi phục có hoạt động đúng như thiết kế hay không.

Đánh giá độ tin cậy thông qua khả năng thử nghiệm

Khởi động đen chỉ có giá trị nếu có thể được chứng minh và duy trì. Bên mua nên yêu cầu một triết lý thử nghiệm được lập thành văn bản, bao gồm mô phỏng mất nguồn điện bình thường, vận hành từ nguồn khởi động độc lập, khởi động tuabin, cấp điện cho thanh cái mất điện, các bước tải và chuyển sang trạng thái vận hành dự kiến. Thử nghiệm tại nhà máy có thể xác minh một số phần của hệ thống điều khiển, nhưng thử nghiệm tại hiện trường là cần thiết để chứng minh hệ thống phụ trợ thực tế và các giao diện điện.

Trách nhiệm bảo trì cũng cần được nêu rõ. Tình trạng pin, chất lượng nhiên liệu của máy phát điện khẩn cấp, mức độ sẵn sàng của hệ thống khởi động, liên động thiết bị đóng cắt, cài đặt rơ-le bảo vệ và các thay đổi trong trình tự điều khiển đều có thể làm suy giảm một hệ thống đã được chạy thử đúng cách. Khi cơ sở ít khi xảy ra mất điện, việc thử nghiệm định kỳ càng trở nên quan trọng vì các phụ thuộc tiềm ẩn có thể không được phát hiện.

Hãy quy định khả năng khởi động đen khi cơ sở cần khôi phục độc lập từ một kịch bản mất điện hoàn toàn đã xác định và các hệ thống phụ trợ hỗ trợ có thể được thiết kế, thử nghiệm và bảo trì như một hệ thống khôi phục thống nhất. Khi yêu cầu này là hợp lý, một trình tự vận hành chính xác có giá trị hơn một tuyên bố năng lực chung chung: nó tạo cơ sở chung cho các bên chào giá, sớm phát hiện các giao diện còn thiếu và cho phép nhóm mua sắm so sánh cả chi phí lẫn mức độ tin cậy của quá trình khôi phục theo các tiêu chí có ý nghĩa.