李政偉

（黃河萬家寨水利樞紐公司，山西 偏關 036412）

所謂黑啟動是指整個電網(wǎng)因故障全部停電，處于全“黑”狀態(tài)，不依靠外部網(wǎng)絡幫助，通過本電網(wǎng)中具有自啟動能力的發(fā)電機組的啟動，帶動無自啟動能力的發(fā)電機組，逐漸擴大電網(wǎng)恢復范圍，最終實現(xiàn)整個電網(wǎng)的恢復。

隨著晉蒙經(jīng)濟的快速發(fā)展和西電東送進程的加快，電網(wǎng)容量不斷增大和系統(tǒng)互聯(lián)日趨普遍，特別是山西晉東南—荊門特高壓投產(chǎn)后，系統(tǒng)運行、操作、維護的復雜性不斷增大，發(fā)生大面積停電的風險在增加。盡管針對電網(wǎng)故障采取了各種各樣保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定的技術措施，但電網(wǎng)發(fā)生超過校核水平的嚴重故障（例如多重復雜故障、受端失去大電源、主要聯(lián)絡線開關不正確動作或者繼電保護及安全穩(wěn)定自動裝置不正確動作等嚴重故障）仍可能演變成全網(wǎng)的災難性事故，嚴重故障及不可預見的自然災害情況下發(fā)生全網(wǎng)性失電的可能依然存在。因此對網(wǎng)內(nèi)黑啟動電源研究尤為必要。

萬家寨水電站橫跨山西、內(nèi)蒙，是晉蒙電網(wǎng)唯一一座大型水電站，電站總裝機6×180MW,1#、2#、3#發(fā)電機組接入蒙西電網(wǎng)，4#、5#、6#發(fā)電機組接入山西電網(wǎng)，1#、3#、5#發(fā)電機組帶廠用電，廠用電系統(tǒng)分別實現(xiàn)山西電網(wǎng)和蒙西電網(wǎng)電源互為備用。220kV GIS開關站母線采用兩組雙母線單聯(lián)接線方式，山西、內(nèi)蒙通過分段刀閘連接，正常運行方式下分段刀閘斷開，采用一廠兩網(wǎng)單獨運行（見圖1），本電站主要承擔晉蒙電網(wǎng)的調(diào)峰、調(diào)頻和事故備用任務。一廠兩網(wǎng)的特殊電網(wǎng)結構和水電的自身優(yōu)勢，決定了萬家寨水電站在山西電網(wǎng)和蒙西電網(wǎng)的特殊地位和重要性，被晉蒙電網(wǎng)選擇為其“黑啟動”電源點，所以對萬家寨水電站黑啟動方案及其試驗研究十分必要。

圖1 一廠兩網(wǎng)單獨運行示意圖

1 黑啟動方案

當出現(xiàn)全電站機組甩負荷停機，系統(tǒng)4條母線電壓、頻率為零，廠用電各母線失壓等異常信息時，可以確認本電站已經(jīng)進入全“黑”狀態(tài)，應立即聯(lián)系山西、內(nèi)蒙兩網(wǎng)調(diào)度人員確認系統(tǒng)狀態(tài)，并匯報總工程師是否啟動黑啟動預案，當確認啟動預案時，按預案步驟進行操作。

1.1 啟動機組選擇

根據(jù)現(xiàn)場情況在1#、3#、5#發(fā)電機組中選擇確定1臺機組作為啟動機組；當這3臺機組均不滿足條件時，可考慮從其它3臺機組中選擇。選擇黑啟動機組單元應該滿足以下條件：機組快速閘門在全開；調(diào)速器壓油裝置油壓油位在正常范圍；機組各部軸承油位、油質(zhì)合格；機組出口開關直流控制電源、氣壓等正常；機組及共用部分控制、信號直流電源正常；發(fā)電機組對應電站高變以及負荷開關正常。

1.2 啟動準備工作

1）隔離啟動單元。檢查黑啟動單元發(fā)電機組對應主變高壓側出口開關、廠高變負荷開關、6kV母線開關、聯(lián)絡開關以及接帶負荷開關均在斷。

2）迅速切除直流系統(tǒng)非重要負荷供電。

3）退出主變冷卻器全停保護和拔出監(jiān)控系統(tǒng)有功、無功增減開出繼電器。

1.3 機組黑啟動步驟

1）機組啟動 a.手動開啟機組技術供水閥門，投入機組各部技術供水；b.拔出接力器鎖錠；c.開啟開停機電磁閥；d.調(diào)速器切至備用箱手動位置；e.手動開啟機組導葉開度，直至機組轉(zhuǎn)速達到額定轉(zhuǎn)速；f.檢查各部正常，機組空轉(zhuǎn)運行正常；g.手動合上機組出口開關；h.手動增加機組勵磁對發(fā)變組進行零升，直至機組電壓升至額定電壓15.75kV左右，檢查發(fā)變組空載運行正常。

2）機組供電恢復 a.合上負荷開關對廠高變充電；b.合上廠高變低壓側開關對6kV母線充電；c.對黑啟動機組對應自用變充電，同時迅速恢復直流系統(tǒng)的正常運行；d.對黑啟動機組機旁動力盤母線充電，檢查母線電壓正常，輔助設備運行正常；e.手動（或短接油壓裝置開機令）啟動油壓裝置油泵，恢復油壓裝置油位油壓至正常范圍；f.手動（或短接水導外循環(huán)泵系統(tǒng)開機令）啟動水導外循環(huán)油泵；g.恢復機組其它系統(tǒng)部位正常供電；h.檢查機組接帶廠用電負荷、調(diào)速器在孤立電網(wǎng)中能隨實際負荷變化穩(wěn)定運行，檢查發(fā)變組繼電保護、調(diào)速器、勵磁等各系統(tǒng)工作正常。

圖2 試驗系統(tǒng)組成示意圖

3）電廠向系統(tǒng)送電 a.根據(jù)調(diào)度命令合上主變高壓側開關向母線充電，檢查母線充電正常；b.根據(jù)調(diào)度命令合上線路開關向線路充電，檢查勵磁系統(tǒng)調(diào)節(jié)正常，電壓迅速達到正常，電壓較高時，機組進相運行；c.系統(tǒng)內(nèi)機組接帶電并逐一啟動輔機，注意機組的頻率、電壓變化，并及時調(diào)整；d.系統(tǒng)內(nèi)機組與黑啟動機組并列，注意機組的頻率、電壓變化，并及時調(diào)整。

1.4 黑啟動安全措施及注意事項

1）開機過程中電調(diào)柜設專人監(jiān)視和調(diào)整機組轉(zhuǎn)速，防止機組過速。如轉(zhuǎn)速達到過速停機轉(zhuǎn)速時應啟動過速保護緊急事故停機，否則立即匯報現(xiàn)場指揮，并按機旁“緊急事故停機”按鈕停機。

2）開機過程中設專人監(jiān)視壓油罐油壓、油位變化情況（必要時應手動補氣維持油壓）。

3）對機組以及廠用電供電恢復時應逐步進行，并注意檢查調(diào)整電壓、頻率，對水廠以及生活小區(qū)等站外供電開關盡量斷開。

4）為保證機組黑啟動成功后小系統(tǒng)穩(wěn)定運行，應及時啟動其它機組并列、備用、或者單獨接帶部分廠用電。

2 黑啟動試驗

2010年9月26日在山西調(diào)通中心組織指揮下利用萬家寨水電站發(fā)電機組進行山西電網(wǎng)黑啟動試驗。其小系統(tǒng)為萬家寨5#機組→萬家寨220k V D母→萬方I線254→方城變電站220k V南線→方向線266→向陽堡變電站220 kV東母→朔向I線→朔州500 kV變電站220 kV BD母線→平朔I線→平朔電廠220 kV A母→平朔電廠黑啟動試驗被啟動機。試驗系統(tǒng)組成如圖2所示。

2.1 對內(nèi)恢復廠用電

1）廠內(nèi)黑啟動試驗系統(tǒng)。選擇5#水輪發(fā)電機組作為啟動機組，與5#主變、廠高變13T、廠用6kV II段、自用變33T及5#發(fā)電機組機旁動力盤組成廠內(nèi)黑啟動系統(tǒng)。

2）廠內(nèi)黑啟動試驗過程。08：47手動打開技術供水，調(diào)速器切至備用箱手動位置，手動打開調(diào)速器隔離閥，手動拔鎖定，緩慢開啟導葉使機組到空載狀態(tài)；手動啟勵，零起升壓到額定電壓15.75kV；依次合上5號機組單元廠用電開關，恢復5#機組400V動力盤；09:23恢復5#機組各輔助動力電源及直流系統(tǒng)供電。試驗過程中記錄電站各項黑啟動數(shù)據(jù)，見表1和 表2。

表1 廠內(nèi)部分機組啟動參數(shù)

表2 恢復供電后運行參數(shù)

2.2 對電網(wǎng)恢復供電

萬家寨水電站機組黑啟動成功后，根據(jù)調(diào)度命令向線路送電，10:02 順次合上萬家寨205開關、254開關,檢查220kV D母線電壓情況，合上向陽堡變256開關,給平朔電廠02啟備變充電，恢復平朔電廠廠用電源，接帶共用負荷，利用萬家寨提供電源啟動平朔電廠3#機；11:05與萬家寨5#機并網(wǎng)，至此黑啟動小系統(tǒng)形成；小系統(tǒng)運行穩(wěn)定后，12:00 合上萬家寨母聯(lián)開關220與主網(wǎng)系統(tǒng)并網(wǎng)，試驗數(shù)據(jù)見表2。

3 結語

模擬電網(wǎng)全黑狀態(tài)下，利用萬家寨水電站直流系統(tǒng)蓄電池儲存的能量和調(diào)速器液壓系統(tǒng)儲存的液壓能量進行機組啟動，并順利建壓，恢復對系統(tǒng)供電。此次試驗是蒙西電網(wǎng)2004年11月10日成功試驗后的再次成功試驗，試驗結果表明，該方案具有可操作性，可作為晉蒙電網(wǎng)全停后快速啟動的一種應急預案。