高 洋

(嫩江尼爾基水利水電有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 莫旗 1628500)

1 概述

黑啟動(dòng):指整個(gè)系統(tǒng)因故障停運(yùn)后，不依賴別的網(wǎng)絡(luò)的幫助，通過系統(tǒng)中具有自啟動(dòng)能力的機(jī)組的啟動(dòng)，帶動(dòng)無(wú)自啟動(dòng)能力的機(jī)組，逐步擴(kuò)大電力系統(tǒng)的恢復(fù)范圍，最終實(shí)現(xiàn)整個(gè)電力系統(tǒng)的恢復(fù)。

1.1 電網(wǎng)安全穩(wěn)定的要求

電力系統(tǒng)穩(wěn)定性定義包含3個(gè)內(nèi)容:不發(fā)生主系統(tǒng)的非同步運(yùn)行;不發(fā)生頻率崩潰;不發(fā)生電壓崩潰。在原則上，首先應(yīng)當(dāng)盡一切可能防止主系統(tǒng)出現(xiàn)穩(wěn)定破壞事故。對(duì)于主系統(tǒng)的穩(wěn)定破壞，如果處理不當(dāng)或者因繼電保護(hù)等不正確動(dòng)作，都可能導(dǎo)致系統(tǒng)大面積長(zhǎng)期停電的事故，因此，考慮電力系統(tǒng)可能出現(xiàn)的最壞情況，從最壞處著眼，建立應(yīng)對(duì)電網(wǎng)失去穩(wěn)定性的措施，確實(shí)是保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的最后一道防線。

1.2 黑啟動(dòng)的劃分

黑啟動(dòng)的實(shí)質(zhì)是指在電網(wǎng)發(fā)生大面積或全網(wǎng)停電的情況下，電網(wǎng)利用內(nèi)部部分發(fā)電機(jī)組(即電源)自身或外來(lái)的動(dòng)力資源發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速并建立正常電壓，有步驟地對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行充電，恢復(fù)電網(wǎng)運(yùn)行和用戶供電。

目前，電力系統(tǒng)的黑啟動(dòng)主要分為電網(wǎng)黑啟動(dòng)和水電站黑啟動(dòng)兩個(gè)層面。

1.2.1 電網(wǎng)黑啟動(dòng)

電網(wǎng)黑啟動(dòng)是指系統(tǒng)全部停電后(不排除獨(dú)立小電網(wǎng)仍維持運(yùn)行)，迅速恢復(fù)電網(wǎng)供電的方式。電網(wǎng)恢復(fù)的基本方法有串行恢復(fù)和并行恢復(fù)兩種。

1)串行恢復(fù)

串行恢復(fù)是在大多數(shù)發(fā)電機(jī)并網(wǎng)前對(duì)整個(gè)(或局部)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行充電。在電網(wǎng)局部和子系統(tǒng)恢復(fù)時(shí)常被電網(wǎng)所采用。串行恢復(fù)存在的主要問題是:高壓輸電系統(tǒng)充電是系統(tǒng)產(chǎn)生的無(wú)功常常超出實(shí)施充電的發(fā)電機(jī)的無(wú)功吸收能力，可能導(dǎo)致系統(tǒng)端出現(xiàn)過電壓。

2)并行恢復(fù)

并行恢復(fù)是將系統(tǒng)分成幾個(gè)子系統(tǒng)同時(shí)恢復(fù)，各子系統(tǒng)同步后進(jìn)行同期并列將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)連接起來(lái)。在系統(tǒng)全黑情況下或沒有任何外部互聯(lián)情況時(shí)，因子系統(tǒng)同步恢復(fù)能顯著縮短恢復(fù)時(shí)間，因而此方案通常被全電網(wǎng)所采用。

1.2.2 水電站黑啟動(dòng)

水電站黑啟動(dòng)是指機(jī)組在無(wú)0.4 kV廠用電情況下，依DC220V電源迅速完成機(jī)組自啟動(dòng)，對(duì)內(nèi)恢復(fù)廠用電，并配合調(diào)度對(duì)電網(wǎng)安全恢復(fù)。水電站黑啟動(dòng)的基本任務(wù)為:對(duì)內(nèi)恢復(fù)廠用電;對(duì)電網(wǎng)安全恢復(fù)，即用機(jī)組自啟動(dòng)后并對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行充電。

2 黑啟動(dòng)試驗(yàn)步驟及注意事項(xiàng)

對(duì)于對(duì)內(nèi)恢復(fù)廠用電，水電站能否自啟動(dòng)的關(guān)鍵是開機(jī)操作時(shí)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的油壓維持時(shí)間和蓄電池(含UPS)的供電維持時(shí)間。為了預(yù)防尼爾基廠廠用電失去，而短時(shí)間不能恢復(fù)送電的情況下，為盡快恢復(fù)廠用電電源，保證設(shè)備正常運(yùn)行，減少事故造成的損失，結(jié)合尼爾基發(fā)電廠實(shí)際，制定黑啟動(dòng)試驗(yàn)程序如下:

2.1 開機(jī)試驗(yàn)前設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)(利用4#機(jī)組試驗(yàn))

1)3#機(jī)停止備用，出口開關(guān)及出口刀閘在開位。

2)10.5 kVⅡ段母線所有負(fù)荷倒Ⅰ段運(yùn)行，2號(hào)廠用變高壓側(cè)開關(guān)在合位，低壓側(cè)開關(guān)在分位。

3)2#主變高壓側(cè)開關(guān)在分位，高壓側(cè)刀閘在分位，中性點(diǎn)刀閘在合位。

2.2 試驗(yàn)步驟

2.2.1 第一次試驗(yàn)(4#機(jī)油壓在6.0～6.3MPa)。

1)檢查4#機(jī)壓油罐油壓在試驗(yàn)定值范圍內(nèi)，并由專人監(jiān)視記錄油壓及油面。

2)將4#機(jī)壓油泵手/自動(dòng)切換把手放切。

3)將4#機(jī)機(jī)旁動(dòng)力盤上勵(lì)磁風(fēng)機(jī)動(dòng)力電源切除。

4)4#機(jī)調(diào)速器在自動(dòng)，調(diào)速器交流電源切除。

5)4#機(jī)A、B套勵(lì)磁調(diào)節(jié)器切手動(dòng)，系統(tǒng)電壓跟蹤退出，殘壓?jiǎn)?lì)退出，零啟升壓投入。

6)將同期選擇把手放切除位置，通知值長(zhǎng)上位機(jī)自動(dòng)開機(jī)。

7)機(jī)組轉(zhuǎn)速建立后，確認(rèn)發(fā)電機(jī)出口殘壓低于0.3kV，開關(guān)操作把手入試驗(yàn)位置，手動(dòng)合4#機(jī)出口1341開關(guān)。

8)待4#機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到90%以上額定轉(zhuǎn)速，操作4#機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，零起升壓至13.8kV，將勵(lì)磁調(diào)節(jié)器切自動(dòng)。

9)將4#機(jī)勵(lì)磁風(fēng)機(jī)動(dòng)力電源投入。

10)將4#機(jī)壓油泵手/自動(dòng)切換把手放自動(dòng)。

11)將調(diào)速器交流電源投入。

12)合上2#廠用變壓器低壓側(cè)開關(guān)，將10.5kVⅡ段負(fù)荷倒回，由4#機(jī)單獨(dú)帶一側(cè)廠用電，至機(jī)組帶0.4kV動(dòng)力電源后，記錄油壓、油面及試驗(yàn)結(jié)束時(shí)間，并實(shí)測(cè)機(jī)組震動(dòng)、擺度等運(yùn)行情況。

13)將10.5kVⅡ段負(fù)荷倒至10.5kVⅠ段，拉開2#廠用變壓器低壓側(cè)開關(guān)。

14)試驗(yàn)結(jié)束，4#機(jī)停機(jī)。

2.2.2 第二次試驗(yàn)(4#機(jī)油壓在5.7～6.0MPa)

1)重復(fù)步驟一中1～5項(xiàng)措施。

2)將同期選擇把手放切除位置，通知值長(zhǎng)4#機(jī)上位機(jī)自動(dòng)開機(jī)。

3)觀察記錄油壓下降情況。

4)重復(fù)第一次步驟中7～11項(xiàng)試驗(yàn)步驟，不帶廠用電負(fù)荷。

5)通知值長(zhǎng)4#機(jī)停機(jī)。

2.3 安全措施

2.3.1 技術(shù)措施

1)試驗(yàn)前檢查被試驗(yàn)機(jī)組應(yīng)處于良好狀態(tài)，壓油裝置油面、油壓均在合格范圍內(nèi)，并由檢修安排人員做好記錄。

2)將壓油泵切除后，及時(shí)記錄切除時(shí)間，以及當(dāng)時(shí)油壓、油面，并作好監(jiān)視和記錄。

3)分別監(jiān)視記錄壓油裝置油壓降至自動(dòng)啟動(dòng)時(shí)的時(shí)間、油面、油壓;降至備用泵啟動(dòng)的時(shí)間、油面、油壓;降至5.0 MPa的時(shí)間、油面;降至4.8 MPa時(shí)的時(shí)間、油面。

4)確定壓油裝置油面低于520 mm以下、油壓降至4.8 MPa以下及時(shí)啟動(dòng)壓油泵(需要現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)一下)。

5)機(jī)組開機(jī)建立起電壓后，恢復(fù)廠用電時(shí)，將壓油泵投入自動(dòng)運(yùn)行，并記錄當(dāng)時(shí)的油面和油壓。

6)試驗(yàn)過程中加強(qiáng)監(jiān)視水輪發(fā)電機(jī)組、變壓器、調(diào)速系統(tǒng)、勵(lì)磁系統(tǒng)等運(yùn)行情況，任意一處出現(xiàn)異常應(yīng)立即停止試驗(yàn)。

7)機(jī)組單帶廠用電后，測(cè)量機(jī)組振動(dòng)、擺度，并作好記錄。

8)分階段記錄試驗(yàn)時(shí)間，包括開機(jī)令下達(dá)到建立電壓時(shí)間及廠用電倒閘操作完成時(shí)間。

9)在第一次、第二次試驗(yàn)過程中如果因調(diào)速器用油量大，導(dǎo)致油壓降低過多造成事故油壓保護(hù)動(dòng)作或自動(dòng)不能開機(jī)等，應(yīng)立即將壓油泵(兩臺(tái))投入“自動(dòng)”試驗(yàn)終止。

10)試驗(yàn)前準(zhǔn)備工作必須充分，將可能影響開機(jī)的環(huán)節(jié)提前在現(xiàn)場(chǎng)作試驗(yàn)驗(yàn)證;運(yùn)行提前準(zhǔn)備好倒閘操作票，防止非同期。

2.3.2 組織措施

1)試驗(yàn)前，參加試驗(yàn)人員應(yīng)熟悉試驗(yàn)方案，明確整個(gè)試驗(yàn)程序，提前作好各項(xiàng)準(zhǔn)備。

2)試驗(yàn)前后組織人員檢查現(xiàn)場(chǎng)安全措施是否完善，試驗(yàn)工作是否安全可靠。

3)試驗(yàn)中要服從指揮，相互配合，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)匯報(bào)。4)應(yīng)做好各項(xiàng)停用的交流電源記錄、監(jiān)視技術(shù)記錄、時(shí)間記錄、測(cè)量記錄、巡視檢查。

5)從值長(zhǎng)下令開機(jī)時(shí)刻為開始時(shí)間，發(fā)電機(jī)電壓調(diào)整到額定為終止時(shí)間及帶上廠用電時(shí)間，設(shè)專人記錄。

2.4 結(jié)論

經(jīng)過上述2次不同油壓狀態(tài)下開機(jī)試驗(yàn)，證明即使油壓在最不利情況下也能夠滿足機(jī)組開機(jī)并帶上負(fù)荷，黑啟動(dòng)試驗(yàn)成功。

3 尼爾基廠用機(jī)組帶廠用電(黑啟動(dòng))送電原則及操作順序

3.1 全廠廠用電失去時(shí)送電原則

1)立即啟動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)帶機(jī)組頂蓋排水泵負(fù)荷，在時(shí)間允許情況下再帶大南滲漏泵、廠房滲漏泵負(fù)荷。(柴油發(fā)電機(jī)運(yùn)行期間由檢修人員監(jiān)視、維護(hù))。

2)立即退出主變冷卻器全停跳閘連片，投入事故照明，在變壓器恢復(fù)送電前投入主變冷卻器全停跳閘連片，待廠用系統(tǒng)恢復(fù)正常后將事故照明切至正常。

3)匯報(bào)廠領(lǐng)導(dǎo)及通知檢修人員。

4)聯(lián)系黑龍江省調(diào)、拉東變電所、莫旗變電所或根據(jù)設(shè)備運(yùn)行情況分析判斷，確認(rèn)1小時(shí)內(nèi)220kV尼拉線、地區(qū)10.5kV廠內(nèi)備用電源線路，任一條線路不能恢復(fù)送電，并請(qǐng)示廠長(zhǎng)同意，按機(jī)組帶廠用電操作順序開機(jī)帶廠用電。

5)帶廠用電機(jī)組應(yīng)首先選用3號(hào)機(jī)組或4號(hào)機(jī)組;所有帶廠用電機(jī)組壓油罐壓力必須在5.7MPa～6.3MPa，壓油罐油位在+2 060～2 400 mm。

3.2 機(jī)組帶廠用電運(yùn)行方式送電操作順序(以4#機(jī)為倒)

1)拉開4#機(jī)引出線開關(guān)(或檢查開關(guān)在開位)。

2)拉開3#機(jī)引出線開關(guān)(或檢查開關(guān)在開位)。

3)拉開尼拉線引出線開關(guān)(或檢查開關(guān)在開位)。

4)拉開2#主變高壓側(cè)開關(guān)(或檢查開關(guān)在開位)。

5)合上2#主變高中性點(diǎn)刀閘。

6)拉開2#用變壓器低壓側(cè)開關(guān)。

7)拉開地區(qū)10.5kV開關(guān)(或檢查開關(guān)在開位)。

8)4#機(jī)組同期方式選擇開關(guān)切至“手動(dòng)”位置。

9)4#機(jī)組同期切換開關(guān)切至“切除閉鎖”位置(滑差表)。

10)4#機(jī)A、B套勵(lì)磁調(diào)節(jié)器切手動(dòng)，系統(tǒng)電壓跟蹤退出，殘壓?jiǎn)?lì)退出，零啟升壓投入。

11)檢查4#機(jī)滅磁開關(guān)在投入。

12)用上位機(jī)下達(dá)開機(jī)令。

13)將4#勵(lì)磁調(diào)節(jié)器柜上“整流/逆變”把手切至“逆變”位置。

14)檢查4#機(jī)端電壓為零伏，手合4機(jī)引出線開關(guān)。

15)將4#勵(lì)磁調(diào)節(jié)器柜上“整流/逆變”把手切至“整流”位置，同時(shí)按4#機(jī)起勵(lì)按鈕及DDL觸發(fā)按鈕，機(jī)端電壓建立后，手動(dòng)增勵(lì)至13.8kV，將AB套勵(lì)磁調(diào)節(jié)器切至自動(dòng)。

16)合上2廠用變電器低壓側(cè)2開關(guān)，帶全廠廠用電及生活區(qū)負(fù)荷。

17)將頂蓋排水泵、廠房滲漏排水泵及大壩灌漿廊道滲漏排水泵負(fù)荷倒回由機(jī)組帶，停柴油發(fā)電機(jī)。(拉、合各泵雙投刀閘前應(yīng)將控制開關(guān)放至“切”位)。

18)尼拉線或地區(qū)10.5kV開關(guān)恢復(fù)送電后將廠用系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行方式運(yùn)行。

4 結(jié)束語(yǔ)

在電網(wǎng)發(fā)生大面積或全網(wǎng)停電的情況下，如果沒有任何黑啟動(dòng)措施，將使得停電時(shí)間大大延長(zhǎng)，甚至對(duì)電網(wǎng)安全恢復(fù)無(wú)從入手，不知所措，并由此造成國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重大損失。水電站的水輪發(fā)電機(jī)組是電網(wǎng)安全恢復(fù)首選的黑啟動(dòng)電源，與火電、核電機(jī)組相比，水輪發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，沒有復(fù)雜的輔機(jī)系統(tǒng)，廠用電少，啟動(dòng)速度快，是安全、理想、方便的電網(wǎng)安全恢復(fù)工具之一。