徐志剛 凌云峰

（湖南發(fā)展集團(tuán)股份有限責(zé)任公司 長(zhǎng)沙市 410005）

1 概 述

空洲電廠位于湖南省湘江干流株洲縣空洲處，上游距衡陽(yáng)市約158 km，下游距株洲市約24 km。電站裝設(shè)5 臺(tái)燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)，總裝機(jī)容量140（5×28）MW，主變壓器2 臺(tái)（1#主變?nèi)萘繛?3 000 kVA，2#主變?nèi)萘繛?00 000 kVA），5 臺(tái)發(fā)電機(jī)分別為兩機(jī)一變和三機(jī)一變的接線方式，一條220 kV 母線，電站以2 回220 kV 線路接入王家坪220 kV 變電站，廠用變壓器2 臺(tái)（容量為1 600 kVA），近區(qū)變壓器1 臺(tái)（容量為5 000 kVA），11 kV 近區(qū)線路5 回。

2 水輪發(fā)電機(jī)黑啟動(dòng)需具備的條件

（1）機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)所需能量來(lái)源。

水輪發(fā)電機(jī)是就將水能轉(zhuǎn)換為電能，水的沖擊帶動(dòng)水輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，利用安培定律將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，所以水能是水電廠黑啟動(dòng)第一須具備的條件。而空洲電廠發(fā)電機(jī)為燈泡貫流式機(jī)組，最低發(fā)電水頭3 m，為低水頭電站，且電站位于湘江干流，湘江多年平均流量為1 720 m3/s，故水能能夠滿足發(fā)電要求。

（2）調(diào)速器系統(tǒng)問(wèn)題。

調(diào)速器系統(tǒng)正常是機(jī)組啟動(dòng)的必備條件，燈泡貫流式機(jī)組導(dǎo)葉槳葉的開(kāi)關(guān)完全由調(diào)速器系統(tǒng)控制，保證調(diào)速器系統(tǒng)正常，才能保證黑啟動(dòng)的正常進(jìn)行。水電機(jī)組在啟動(dòng)試運(yùn)行期間，需按照水輪發(fā)電機(jī)安裝技術(shù)規(guī)程GB/T 8564-2003 的規(guī)定，需要進(jìn)行低壓開(kāi)啟導(dǎo)葉試驗(yàn)，空洲電廠機(jī)組在試運(yùn)行期間已做過(guò)低壓?jiǎn)?dòng)試驗(yàn)，最低開(kāi)啟導(dǎo)葉壓力只需4.0 MPa?？罩揠姀S調(diào)速器為奧地利安德里茨廠家所生產(chǎn)，該調(diào)速器具有較好的保壓效果，機(jī)組運(yùn)行時(shí)油壓裝置啟停壓力范圍為（5.4～6.0）MPa 之間，其特點(diǎn)是機(jī)組停機(jī)時(shí)不需要油壓就可直接關(guān)閉導(dǎo)葉，在全廠失壓時(shí)，消耗的油壓很少，完全不影響下一次開(kāi)機(jī)。調(diào)速器電氣部分采用交直流兩用逆變電源供電，當(dāng)交流消失時(shí)，直流系統(tǒng)可直接對(duì)調(diào)速器電氣系統(tǒng)供電。

（3）直流系統(tǒng)問(wèn)題。

空洲電廠采用兩組直流蓄電池及兩段直流饋線為直流系統(tǒng)供電，單個(gè)電池容量為500 Ah，每組電池為108 個(gè)，正常運(yùn)行時(shí)，蓄電池處于浮充電狀態(tài)，一旦全廠失壓，自動(dòng)切換為蓄電池供電，蓄電池設(shè)計(jì)可供全廠監(jiān)控系統(tǒng)、保護(hù)系統(tǒng)、勵(lì)磁系統(tǒng)、調(diào)速器系統(tǒng)、事故照明直流高壓頂起油泵及其他電動(dòng)球閥等輔助設(shè)備使用5 h 以上，為黑啟動(dòng)所需直流電源提供了充分保證。

（4）勵(lì)磁系統(tǒng)問(wèn)題。

勵(lì)磁系統(tǒng)是保證發(fā)電機(jī)發(fā)電主要條件之一，需要考慮的是起勵(lì)和勵(lì)磁變冷卻問(wèn)題?？罩揠姀S勵(lì)磁系統(tǒng)為自并激，由廣州電力科學(xué)研究院所生產(chǎn)，可采用殘壓起勵(lì)和零起升壓兩種方式，因直流蓄電池容量夠大，完全能滿足單臺(tái)機(jī)組零起升壓要求。勵(lì)磁變壓器為干式變壓器，所以不存在冷卻問(wèn)題。故全廠失壓情況下，勵(lì)磁系統(tǒng)能滿足運(yùn)行要求。

（5）廠用電問(wèn)題。

空洲電廠共有三段400 V 廠用電，廠用I 段和III 段分別通過(guò)廠用變連接至10.5 kVI 段和10.5 kVII段母線，廠用II 通過(guò)斷路器與廠用I、III 段相連，每臺(tái)機(jī)組輔機(jī)設(shè)備均從廠用I 段和廠用III 段取電源，兩段電源互為備用，在機(jī)組輔機(jī)屏處用兩臺(tái)800 A的斷路器連接廠用I 段和廠用III 段的電源，通過(guò)電氣和機(jī)械閉鎖，使斷路器自動(dòng)切換。電廠無(wú)其他外接保安電源，由一臺(tái)300 kW 的柴油發(fā)電機(jī)充當(dāng)保安電源，故在全廠失壓情況下，需切除與機(jī)組輔機(jī)無(wú)關(guān)的其他一切電源，并斷開(kāi)廠用I、II、III 段之間的聯(lián)絡(luò)。

3 發(fā)電機(jī)黑啟動(dòng)

所謂黑啟動(dòng)就單個(gè)電站而言是指當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生大面積停電時(shí)，電站與系統(tǒng)解列處于全黑狀態(tài)，此時(shí)通過(guò)開(kāi)啟具備啟動(dòng)能力的機(jī)組，迅速啟動(dòng)，并建立電壓，投入穩(wěn)定運(yùn)行，最終實(shí)現(xiàn)整個(gè)電站供電系統(tǒng)恢復(fù)?？罩揠姀S黑啟動(dòng)設(shè)計(jì)之初和正常啟動(dòng)機(jī)組程序基本一致，經(jīng)過(guò)多年運(yùn)行實(shí)踐，目前已優(yōu)化程序，當(dāng)全廠失壓時(shí)，因柴油發(fā)電機(jī)負(fù)荷有限，只有300 kW，而調(diào)速器電機(jī)功率為110 kV，空冷器冷卻水泵電機(jī)功率為37 kW，6 臺(tái)冷卻風(fēng)機(jī)功率共計(jì)66 kW，軸承油泵功率55 kW，軸承油冷卻水泵電機(jī)功率7.5 kW，廠區(qū)、滲漏排水泵電機(jī)功率共計(jì)110 KW，已超過(guò)柴油發(fā)電機(jī)總功率，因燈泡貫流式機(jī)組啟動(dòng)實(shí)踐很短，經(jīng)試驗(yàn)10 min 內(nèi)可將機(jī)組開(kāi)啟，短時(shí)間內(nèi)可不啟動(dòng)廠區(qū)及滲漏排水泵，而定子轉(zhuǎn)子溫度在短時(shí)間內(nèi)也不可能上升過(guò)高，一臺(tái)直流高壓頂起油泵也能滿足機(jī)組啟動(dòng)要求，對(duì)瓦無(wú)影響。經(jīng)優(yōu)化，黑啟動(dòng)程序中只保留了廠用III段中機(jī)組調(diào)速器油泵電機(jī)及軸承油泵電機(jī)電源，其他電源全部斷開(kāi)，黑啟動(dòng)時(shí)電廠5 臺(tái)機(jī)組均能滿足啟動(dòng)要求，并且可在監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)直接操作。遇到系統(tǒng)停電，電廠與系統(tǒng)解列的情況時(shí)，可在上位機(jī)任意啟動(dòng)一臺(tái)機(jī)組，機(jī)組開(kāi)啟后，直接勵(lì)磁，進(jìn)入空載狀態(tài)。

空洲電廠經(jīng)優(yōu)化后設(shè)計(jì)的以上黑啟動(dòng)程序，可在燈泡貫流式機(jī)組電廠中廣泛推廣使用，此啟動(dòng)程序已經(jīng)過(guò)多次驗(yàn)證，對(duì)機(jī)組本身無(wú)影響，并且可在最短時(shí)間內(nèi)完成。

4 機(jī)組孤網(wǎng)運(yùn)行問(wèn)題

系統(tǒng)出現(xiàn)大面積停電，電廠與系統(tǒng)解列，即便是黑啟動(dòng)成功，也面臨發(fā)電無(wú)法送出問(wèn)題，廠內(nèi)排水系統(tǒng)無(wú)法正常運(yùn)行，最終將導(dǎo)致水淹廠房，給電廠帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失，各電廠必須考慮發(fā)電機(jī)孤網(wǎng)運(yùn)行問(wèn)題，孤網(wǎng)運(yùn)行最突出的特點(diǎn)，是由負(fù)荷控制轉(zhuǎn)變?yōu)轭l率控制，要求調(diào)速系統(tǒng)具有符合要求的靜態(tài)特性、良好的穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，以保證在用戶負(fù)荷變化的情況下自動(dòng)保持電網(wǎng)頻率的穩(wěn)定。這就是通常所說(shuō)的一次調(diào)頻功能。運(yùn)行人員關(guān)注的問(wèn)題不再是負(fù)荷調(diào)整，而是調(diào)整孤網(wǎng)頻率，使之維持在額定頻率的附近。這種調(diào)整通過(guò)操作調(diào)速系統(tǒng)的給定機(jī)構(gòu)來(lái)完成，成為二次調(diào)頻。由于孤網(wǎng)容量較小，其中旋轉(zhuǎn)慣量?jī)?chǔ)存的動(dòng)能和鍋爐群所具備的熱力勢(shì)能均較小，要求機(jī)組的調(diào)速系統(tǒng)具有更高的靈敏度，更小的遲緩率和更快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)?？罩揠姀S因孤網(wǎng)運(yùn)行時(shí)負(fù)荷很小，在調(diào)速器死區(qū)范圍內(nèi)，故每次機(jī)組孤網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，調(diào)速器穩(wěn)定性很差，負(fù)荷調(diào)整頻繁，導(dǎo)致調(diào)速器系統(tǒng)油溫經(jīng)常過(guò)高，經(jīng)多次探討，最終找到如下解決方案，使機(jī)組運(yùn)行達(dá)到穩(wěn)定。

當(dāng)電廠與系統(tǒng)解列后，立即啟動(dòng)黑啟動(dòng)程序，機(jī)組開(kāi)啟之后，將調(diào)速器控制屏柜內(nèi)斷路器合閘節(jié)點(diǎn)解開(kāi)，再在監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)手動(dòng)合上機(jī)組出口斷路器，此時(shí)因調(diào)速器控制屏內(nèi)斷路器合閘節(jié)點(diǎn)已解開(kāi)，調(diào)速器系統(tǒng)無(wú)法檢測(cè)斷路器狀態(tài)，故一直處于空載運(yùn)行狀態(tài)，不會(huì)產(chǎn)生大的擾動(dòng)，運(yùn)行平穩(wěn)，所帶負(fù)荷能滿足近區(qū)及廠用電要求，經(jīng)多次試驗(yàn)后，此方案已很成熟，可以在類似電廠推廣。

5 結(jié) 語(yǔ)

由于水電機(jī)組結(jié)構(gòu)科學(xué)、合理，沒(méi)有復(fù)雜的輔機(jī)系統(tǒng)，廠用電也相對(duì)較少，機(jī)組啟動(dòng)速度也較快，故機(jī)組黑啟動(dòng)和孤網(wǎng)運(yùn)行相對(duì)較為簡(jiǎn)單，空洲電廠還作為株洲地區(qū)黑啟動(dòng)電源的電站，目前電廠已編制出較為完善的黑啟動(dòng)和孤網(wǎng)運(yùn)行方案，不過(guò)尚未在株洲地區(qū)作為黑啟動(dòng)電源試驗(yàn)過(guò)，還需進(jìn)行試驗(yàn)和演習(xí)，這也是目前仍需完善的地方，今后如有機(jī)會(huì)需與株洲電業(yè)局共同合作，進(jìn)行實(shí)戰(zhàn)演習(xí)，以備不時(shí)之需。