羅銀兵

（國網(wǎng)新源富春江水電廠，浙江省桐廬縣 311504）

富春江水電廠黑啟動試驗分析

羅銀兵

（國網(wǎng)新源富春江水電廠，浙江省桐廬縣 311504）

本文介紹了富春江水電廠黑啟動試驗過程，分析了調(diào)速系統(tǒng)、廠用電系統(tǒng)等對黑啟動試驗的影響，同時提出了需要改進(jìn)的建議。

富春江水電廠；黑啟動

1 引言

隨著特高壓、大容量機(jī)組及眾多新技術(shù)、新設(shè)備的蓬勃發(fā)展，以及氣候環(huán)境逐漸惡化等不可抗力的增多，電力系統(tǒng)不可預(yù)測的事故隨時可能發(fā)生，大面積停電的風(fēng)險正在上升。如何在電力系統(tǒng)發(fā)生重大停電事故時及時可靠恢復(fù)供電，成為重點(diǎn)關(guān)注的問題。2005年9月26日，受第18號臺風(fēng)“達(dá)維”的影響，海南省電網(wǎng)全面瓦解，發(fā)生了罕見的全省范圍大面積停電事故。海南電網(wǎng)公司立即實(shí)施黑啟動方案，這是國內(nèi)第一次執(zhí)行的黑啟動，在正式下達(dá)命令的85min后南豐水電廠即匯報黑啟動成功，隨后逐步成功恢復(fù)海南電網(wǎng)的供電。事實(shí)證明,黑啟動方案是解決重大停電事故的有效途徑。由于水電廠機(jī)組一般都具有自啟動能力,而且啟動迅速、并網(wǎng)便捷，所以電網(wǎng)黑啟動首先會選擇水電廠作為啟動電源。

2 富春江水電廠簡介

富春江水電廠位于浙江省桐廬縣境內(nèi)，是20世紀(jì)50年代后期開始由我國自行設(shè)計和建設(shè)的低水頭河床式電站，共裝有6臺單機(jī)容量為60MW的軸流轉(zhuǎn)漿式水輪發(fā)電機(jī)組，擔(dān)負(fù)華東電網(wǎng)調(diào)峰、調(diào)頻及事故備用任務(wù)。

富春江水電廠從1998年開始對全廠設(shè)備進(jìn)行大范圍更新改造，目前已完成了一次主接線、廠用電系統(tǒng)、直流系統(tǒng)、調(diào)速系統(tǒng)、水輪發(fā)電機(jī)組、計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)等主設(shè)備的更新改造，已初步具備黑啟動試驗條件。富春江水電廠一次主接線示意圖如圖1所示。

3 黑啟動試驗?zāi)康募霸瓌t

富春江水電廠黑啟動的試驗?zāi)康氖菍趩釉囼炦^程中的部分關(guān)鍵電氣量進(jìn)行記錄，用于分析試驗過程和結(jié)果，掌握富春江水電廠柴油發(fā)電機(jī)組帶負(fù)荷能力，掌握富春江水電廠單臺機(jī)組的黑啟動性能，掌握富春江水電廠多臺機(jī)組間的協(xié)調(diào)運(yùn)行特性，從而驗證富春江水電廠提供電網(wǎng)黑啟動條件的能力。

黑啟動試驗是一項極富挑戰(zhàn)性的工作，從最初的電源啟動→機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)→恢復(fù)電網(wǎng)→拾取負(fù)荷→子系統(tǒng)并列，這些在“無窮大”系統(tǒng)看似簡單的過程，要在單機(jī)下以“滾雪球”方式實(shí)施系統(tǒng)恢復(fù)，所涉及的調(diào)頻、調(diào)壓、負(fù)荷、保護(hù)、系統(tǒng)穩(wěn)定性等問題，必將與正常情況相距甚遠(yuǎn)。本著保護(hù)水電廠設(shè)備和電網(wǎng)運(yùn)行安全為第一的原則，試驗采取循序漸進(jìn)的策略，在每個步驟成功的基礎(chǔ)上再開展下一步試驗。

圖1 富春江水電廠一次主接線示意圖

圖2 柴油發(fā)電機(jī)組帶廠用Ⅲ段母線繼而啟動5號機(jī)組1號壓油泵

4 黑啟動試驗

4.1 柴油發(fā)電機(jī)組帶負(fù)荷試驗?zāi)芰?/h3>

廠用Ⅲ段母線停運(yùn)，由柴油發(fā)電機(jī)組通過廠用Ⅲ段母線對5號機(jī)組廠用電進(jìn)行供電，先后啟動5號機(jī)組1號壓油泵及5號機(jī)組空冷水泵。5號機(jī)組1號壓油泵啟動時對柴油發(fā)電機(jī)組的影響見圖2，由圖2可知，5號機(jī)組1號壓油泵啟動時對柴油發(fā)電機(jī)組有較大影響。5號機(jī)組空冷水泵啟動時對柴油發(fā)電機(jī)組的影響見圖3，由圖3可知，空冷水泵啟動時對柴油發(fā)電機(jī)影響相對較小。柴油發(fā)電機(jī)組帶負(fù)荷試驗時，柴油發(fā)電機(jī)組能夠保持輸出電壓平穩(wěn)，這說明柴油發(fā)電機(jī)組能夠為黑啟動機(jī)組提供充足的廠用負(fù)荷能力。

4.2 5號機(jī)組帶03單元主變壓器零起升壓試驗（柴油發(fā)電機(jī)組提供5號機(jī)組廠用電）

圖3 柴油發(fā)電機(jī)帶廠用Ⅲ段母線繼而啟動5號機(jī)組空冷水泵

圖4 5號機(jī)組帶03單元主變壓器零起升壓試驗（柴油發(fā)電機(jī)組提供5號機(jī)組廠用電）

柴油發(fā)電機(jī)組通過廠用Ⅲ段母線對5號機(jī)組廠用電進(jìn)行供電，03單元主變壓器斷路器改為冷備用，5號機(jī)組開機(jī)對03單元主變壓器零起升壓。5號機(jī)組機(jī)端各電氣量的暫態(tài)記錄波形如圖4所示。由圖4可知，5號機(jī)組帶03單元主變壓器零起升壓過程中，5號機(jī)組機(jī)端電壓和電流以及5號機(jī)組機(jī)端有功和無功輸出均是穩(wěn)步增大，這說明5號機(jī)組具備足夠的起勵容量。如圖4所示的5號機(jī)組機(jī)端電壓頻率波形顯示，5號機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)在零起升壓過程中的調(diào)節(jié)行為呈現(xiàn)頻率為0.08Hz的穩(wěn)定低頻波動，相應(yīng)地，機(jī)端電壓頻率表現(xiàn)為在49.73～50.25Hz之間的小幅正弦振蕩，這種現(xiàn)象與當(dāng)前水頭、流量以及機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)在當(dāng)前工況下的性能有關(guān)，而且當(dāng)5號機(jī)組零起升壓后保持運(yùn)行一段時間后，這種波動的頻率將會逐漸減小到0.01Hz左右，試驗結(jié)果表明，5號機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)的這種特性不會影響黑啟動機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行，5號機(jī)組具備帶03單元兩臺主變壓器進(jìn)行零起升壓的能力。

4.3 柴油發(fā)電機(jī)組電源與5號機(jī)組所帶廠用電電源切換試驗

03單元主變壓器零起升壓正常后，通過3號廠用變壓器高壓斷路器對3號廠用變壓器空充。5號機(jī)組帶03單元兩臺主變壓器空負(fù)荷零起升壓后空充3號廠用變壓器的試驗記錄波形如圖5所示。由圖5可知，空充3號廠用變壓器在5號機(jī)組機(jī)端U相電流中產(chǎn)生較大的勵磁涌流，5號機(jī)組機(jī)端有功和無功都在短時間內(nèi)產(chǎn)生明顯的變化，但是5號機(jī)組機(jī)端電壓和頻率均無明顯變化，這說明5號機(jī)組能夠承受空充廠用變壓器產(chǎn)生的勵磁涌流的沖擊，空充廠用變壓器不會影響后續(xù)的廠用電電源切換操作。

圖5 5號機(jī)組帶03單元主變壓器空負(fù)荷零起升壓后空充3號廠用變壓器

廠用Ⅲ段母線在柴油發(fā)電機(jī)組電源與5號機(jī)組所帶廠用電電源之間切換的試驗結(jié)果如圖6所示。由圖6可見，廠用Ⅲ段母線電壓在柴油發(fā)電機(jī)組電源與5號機(jī)組所帶廠用電電源之間切換的過程中相當(dāng)平穩(wěn)，無過電壓產(chǎn)生。

4.4 5號機(jī)組和6號機(jī)組并列運(yùn)行試驗

5號機(jī)組帶03單元主變壓器零起升壓正常后，6號機(jī)組開機(jī)與5號機(jī)組并列，兩機(jī)組并列過程由5號機(jī)組機(jī)端電氣量的暫態(tài)記錄波形體現(xiàn)，試驗記錄波形如圖7所示。由圖7可見，在同期最初階段，5號機(jī)組機(jī)端有功向負(fù)向變化，同時5號機(jī)組機(jī)端頻率短時增大，這說明同期瞬間6號機(jī)組頻率高于5號機(jī)組，而且6號機(jī)組機(jī)端電壓相位超前于5號機(jī)組，此時6號機(jī)組作為發(fā)電機(jī)，而5號機(jī)組作為電動機(jī)被拖動；同期之后，5號機(jī)組和6號機(jī)組經(jīng)歷4s左右相互間的功率振蕩之后即進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，由于6號機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)被設(shè)定為跟蹤5號機(jī)組的頻率，6號機(jī)組機(jī)端電壓的相位在同期后落后于5號機(jī)組，因此，5號機(jī)組在同期后就開始從電動機(jī)狀態(tài)擺脫出來，轉(zhuǎn)而進(jìn)入發(fā)電機(jī)狀態(tài)，輸出0.8MW左右的有功功率；6號機(jī)組則相反，從發(fā)電機(jī)狀態(tài)轉(zhuǎn)換到電動機(jī)狀態(tài)。圖7中5號機(jī)組穩(wěn)定時輸出2.8Mvar左右的無功，5號機(jī)組和6號機(jī)組并列小系統(tǒng)的無功—電壓特性比較靈敏，需要較多的無功支撐，要求并列小系統(tǒng)中提供無功的機(jī)組具備一定的勵磁容量。圖7中在此之后的電流、電壓以及有功、無功的變化都是由現(xiàn)場試驗人員對試驗機(jī)組勵磁系統(tǒng)設(shè)定值的操作引起的。圖7所示5號機(jī)組和6號機(jī)組并列運(yùn)行試驗結(jié)果表明，富春江水電廠同一單元的兩臺機(jī)組能夠在黑啟動過程中協(xié)調(diào)運(yùn)行。

4.5 5號機(jī)組帶02、03單元主變壓器零起升壓試驗

圖6 廠用Ⅲ段母線在柴油發(fā)電機(jī)組電源與5號機(jī)組所帶廠用電電源之間切換

圖7 5號機(jī)組和6號機(jī)組并列運(yùn)行試驗

柴油發(fā)電機(jī)組通過廠用Ⅲ段母線對5號機(jī)組廠用電進(jìn)行供電，220kV母聯(lián)斷路器改冷備用空出220kV正母線，02、03單元主變壓器斷路器改為正母運(yùn)行，5號機(jī)組自動開機(jī)對02、03單元主變壓器零起升壓。5號機(jī)組帶3、4、5、6號主變壓器零起升壓試驗結(jié)果如圖7所示。圖8所示的5號機(jī)組帶3、4、5、6號主變壓器零起升壓過程中，5號機(jī)組機(jī)端電壓和電流以及5號機(jī)組機(jī)端有功和無功輸出均是穩(wěn)步增大，這說明5號機(jī)組具備起勵容量，足以保證5號機(jī)組帶02和03兩個單元的4臺主變壓器空負(fù)荷零起升壓的能力。圖8中5號機(jī)組機(jī)端電壓頻率波形表明，5號機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)在零起升壓過程中的調(diào)節(jié)行為呈現(xiàn)出頻率為0.077Hz的穩(wěn)定低頻波動，相應(yīng)的機(jī)端電壓頻率表現(xiàn)為在49.69～50.27Hz之間的小幅正弦振蕩，結(jié)合前述試驗項目的結(jié)果，這種現(xiàn)象是5號機(jī)組帶單元升壓變壓器空負(fù)荷零起升壓過程中的特征表象，而且5號機(jī)組零起升壓結(jié)束后保持運(yùn)行一段時間，這種波動的頻率就會逐漸減小到0.01Hz左右，試驗結(jié)果表明，5號機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)的這種特性不會影響黑啟動機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行，5號機(jī)組具備帶02和03兩個單元的4臺主變壓器進(jìn)行零起升壓的能力。

4.6 5、4、3、6號機(jī)組并列運(yùn)行試驗

5號機(jī)組對02、03單元零起升壓正常后，4、3、6號機(jī)組先后開機(jī)并入5號機(jī)組建立的并列小系統(tǒng)。

4.6.1 4號機(jī)組開機(jī)與5號機(jī)組并列

圖8 5號機(jī)組帶3、4、5、6號主變壓器零起升壓試驗

5號機(jī)組帶02和03兩個單元4臺主變壓器零起升壓后，將4號機(jī)組開機(jī)和5號機(jī)組并列，兩機(jī)并列過程由4號和5號機(jī)組機(jī)端電氣量的暫態(tài)記錄波形體現(xiàn)，試驗記錄波形如圖9和圖10所示。由圖9和圖10可見，在同期最初階段，5號機(jī)組機(jī)端有功向負(fù)向變化，同時5號機(jī)組機(jī)端頻率短時減小，而4號機(jī)組機(jī)端有功向正向變化，同時4號機(jī)組機(jī)端頻率短時增大，這說明同期瞬間5號機(jī)組頻率高于4號機(jī)組，但是4號機(jī)組機(jī)端電壓相位超前于5號機(jī)組，此時4號機(jī)組作為發(fā)電機(jī)，而5號機(jī)組作為電動機(jī)被拖動；同期之后，5號機(jī)組和4號機(jī)組經(jīng)歷4s左右相互間的功率振蕩之后即進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，由于4號機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)被設(shè)定為跟蹤5號機(jī)組的頻率，4號機(jī)組機(jī)端電壓的相位在同期后落后于5號機(jī)組，因此，5號機(jī)組在同期后就開始脫離電動機(jī)狀態(tài)，轉(zhuǎn)而進(jìn)入發(fā)電機(jī)狀態(tài)，輸出1.8MW左右的有功功率；4號機(jī)組則相反，從發(fā)電機(jī)狀態(tài)轉(zhuǎn)換到電動機(jī)狀態(tài)。圖9中5號機(jī)組穩(wěn)定時輸出9.9Mvar左右的無功，5號機(jī)組和4號機(jī)組并列小系統(tǒng)的無功—電壓特性比較靈敏，需要較多的無功支撐，要求并列小系統(tǒng)中提供無功的機(jī)組具備一定的勵磁容量。圖9和圖10中5號機(jī)組和4號機(jī)組及在此之后的電流、電壓以及有功、無功的變化都是由現(xiàn)場試驗人員對試驗機(jī)組勵磁系統(tǒng)設(shè)定值的操作引起的。4號機(jī)組和5號機(jī)組并列運(yùn)行試驗結(jié)果表明，富春江水電廠不同單元的兩臺機(jī)組能夠在黑啟動過程中協(xié)調(diào)運(yùn)行。

4.6.2 3號機(jī)組開機(jī)與4、5號機(jī)組并列

3號機(jī)組開機(jī)并入由4、5號機(jī)組建立的并列小系統(tǒng)，3臺機(jī)組并列過程由4號和5號機(jī)組機(jī)端電氣量的暫態(tài)記錄波形體現(xiàn)，試驗記錄波形如圖11和圖12所示。由圖11和圖12可見，在同期最初階段，4、5號機(jī)組機(jī)端有功均向正向變化，同時4、5號機(jī)組機(jī)端頻率均短時增大，這說明同期瞬間4、5號機(jī)組的頻率小于3號機(jī)組，而且4、5號機(jī)組機(jī)端電壓相位超前于3號機(jī)組，此時5號機(jī)組作為發(fā)電機(jī)，而3號機(jī)組作為電動機(jī)被拖動；同期之后4、5號機(jī)組和3號機(jī)組經(jīng)歷4s左右相互間的功率振蕩之后即進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，由于3號機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)被設(shè)定為跟蹤5號機(jī)組的頻率，3號機(jī)組機(jī)端電壓的相位在同期后落后于5號機(jī)組，因此，5號機(jī)組在同期后仍舊保持發(fā)電機(jī)狀態(tài)，輸出1.6MW左右的有功功率；3號機(jī)組則保持電動機(jī)狀態(tài)運(yùn)行。圖11中5號機(jī)組穩(wěn)定時輸出4.8Mvar左右的無功，3、4、5號機(jī)組并列小系統(tǒng)的無功—電壓特性比較靈敏，需要較多的無功支撐，要求并列小系統(tǒng)中提供無功的機(jī)組具備一定的勵磁容量。圖11和圖12中5、4號機(jī)組在此之后的電流、電壓以及有功、無功的變化都是由現(xiàn)場試驗人員對試驗機(jī)組勵磁系統(tǒng)設(shè)定值的操作引起的。3號機(jī)組與4、5號機(jī)組并列運(yùn)行試驗結(jié)果表明，富春江水電廠不同單元的3臺機(jī)組能夠在黑啟動過程中協(xié)調(diào)運(yùn)行。

圖9 4號機(jī)組和5號機(jī)組并列運(yùn)行——5號機(jī)組機(jī)端暫態(tài)記錄波形

4.6.3 6號機(jī)組與3、4、5號機(jī)組并列

6號機(jī)組并入由3、4、5號機(jī)組建立的并列小系統(tǒng)，4臺機(jī)組并列過程由4號和5號機(jī)組機(jī)端電氣量的暫態(tài)記錄波形體現(xiàn)，試驗記錄波形如圖13和圖14所示。由圖13和圖14可見，在同期最初階段，4、5號機(jī)組（還包括3號機(jī)組）機(jī)端有功均向負(fù)向變化，同時4、5號機(jī)組（還包括3號機(jī)組）機(jī)端頻率均短時增大，這說明同期瞬間4、5號機(jī)組（還包括3號機(jī)組）的頻率小于6號機(jī)組，而且4、5號機(jī)組（還包括3號機(jī)組）機(jī)端電壓相位滯后于6號機(jī)組。此時6號機(jī)組作為發(fā)電機(jī)，而5號機(jī)組作為電動機(jī)被拖動；同期之后3、4、5號機(jī)組和6號機(jī)組經(jīng)歷4s左右相互間的功率振蕩之后即進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，由于6號機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)被設(shè)定為跟蹤5號機(jī)組的頻率，3號機(jī)組機(jī)端電壓的相位在同期后落后于5號機(jī)組，因此，5號機(jī)組在同期后開始擺脫電動機(jī)狀態(tài)進(jìn)入發(fā)電機(jī)狀態(tài)，輸出1.4MW左右的有功功率；而6號機(jī)組則從發(fā)電機(jī)狀態(tài)進(jìn)入電動機(jī)狀態(tài)運(yùn)行。圖13中5號機(jī)組穩(wěn)定時輸出2.4Mvar左右的無功，3、4、5、6號機(jī)組并列小系統(tǒng)的無功—電壓特性比較靈敏，需要較多的無功支撐，要求并列小系統(tǒng)中提供無功的機(jī)組具備一定的勵磁容量。圖13和圖14中5、4號機(jī)組在此之后的電流、電壓以及有功、無功的變化都是由現(xiàn)場試驗人員對試驗機(jī)組勵磁系統(tǒng)設(shè)定值的操作引起的。6號機(jī)組與3、4、5號機(jī)組并列運(yùn)行試驗結(jié)果表明，富春江水電廠兩個單元的4臺機(jī)組能夠在黑啟動過程中協(xié)調(diào)運(yùn)行。

圖10 4號機(jī)組和5號機(jī)組并列運(yùn)行——4號機(jī)組機(jī)端暫態(tài)記錄波形

5 黑啟動試驗分析

（1）水電廠調(diào)速系統(tǒng)是水電廠黑啟動成功的關(guān)鍵因素。水電廠調(diào)速系統(tǒng)主要由調(diào)速器及油壓裝置組成。當(dāng)發(fā)生大面積停電事故后，廠用交流剛剛消失時，可以利用機(jī)組壓油裝置殘存的油壓，手動將發(fā)電機(jī)組開至空轉(zhuǎn)，通過對主變壓器零起升壓，帶廠用電運(yùn)行。手動開機(jī)不僅可以有效減少機(jī)組壓油裝置的壓力損耗，而且可以避免計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)對機(jī)組自動開機(jī)的閉鎖。對于富春江水電廠這樣有多臺機(jī)組的電廠，黑啟動時應(yīng)綜合考慮選擇壓油裝置油位較高、操作簡單、機(jī)組性能穩(wěn)定、調(diào)速系統(tǒng)油耗較少的機(jī)組。富春江水電廠機(jī)組調(diào)速器采用武漢四創(chuàng)公司步進(jìn)式雙可編程微機(jī)調(diào)速器，在手動方式運(yùn)行時，不需要借助于任何外部電源，僅依靠手動旋轉(zhuǎn)調(diào)速器機(jī)柜上手輪即可將發(fā)電機(jī)組開至空轉(zhuǎn)。按富春江水電廠電廠機(jī)組情況，一般只需3～5min就可完成手動開機(jī)操作。6臺機(jī)機(jī)組壓油泵電源取自廠用400V交流系統(tǒng)，廠用電消失時雖然壓油泵無法啟動，但是在正常的油壓油面范圍內(nèi)仍能保證機(jī)組的正常啟動運(yùn)行。

圖11 3號機(jī)組和5、4號機(jī)組并列運(yùn)行——5號機(jī)組機(jī)端暫態(tài)記錄波形

（2）水電廠黑啟動成功的重點(diǎn)是快速、可靠地恢復(fù)廠用電系統(tǒng)供電。使用柴油發(fā)電機(jī)組對廠用電系統(tǒng)供電操作簡單，不僅可以大大提升廠用電系統(tǒng)恢復(fù)速度而且更加安全，因此對柴油發(fā)電機(jī)組的維護(hù)保養(yǎng)工作必須高度重視，水電廠運(yùn)行人員需定期對柴油發(fā)電機(jī)組進(jìn)行啟動試驗，水電廠維護(hù)人員應(yīng)定期對柴油發(fā)電機(jī)組進(jìn)行保養(yǎng)，保證油料充足、蓄電池電壓正常、電氣控制完好。

（3）水電廠直流系統(tǒng)是水電廠黑啟動成功的必要條件，它是水電廠繼電保護(hù)、自動裝置、信號回路、操作回路等負(fù)載的主要工作電源，是事故照明的備用電源，即使廠用電中斷，也必須保證直流電的正常、可靠、連續(xù)供電。它不僅直接影響水電廠黑啟動能力，還會給事故的指揮、事故處理、數(shù)據(jù)通信、操作的正確性及人員的安全帶來危害。富春江水電廠設(shè)有兩套相同的直流系統(tǒng)，正常時兩套直流系統(tǒng)分列運(yùn)行，兩套直流系統(tǒng)之間設(shè)有聯(lián)絡(luò)開關(guān)，可以并列運(yùn)行，事故時可以考慮切除部分事故照明負(fù)荷，延長直流系統(tǒng)供電時間。

（4）水電廠勵磁系統(tǒng)基本功能是調(diào)節(jié)及控制機(jī)端電壓，富春江水電廠機(jī)組勵磁調(diào)節(jié)器采用南京電力自動化研究院研制的微機(jī)勵磁調(diào)節(jié)器，勵磁調(diào)節(jié)器性能完全能夠滿足黑啟動的要求。勵磁系統(tǒng)具備他勵起勵和殘壓起勵兩種方式，勵磁調(diào)節(jié)器電源采用交直流雙路電源供電，采用他勵起勵時起勵電源也來自于直流系統(tǒng)，因此在全廠失電時，勵磁系統(tǒng)仍能起勵建壓，不影響機(jī)組帶主變壓器零起升壓。雖然勵磁風(fēng)機(jī)采用交流電源供電，無法啟動，但在升壓過程中轉(zhuǎn)子電流較小，勵磁功率柜溫升較緩慢，而且升壓正常后，機(jī)端廠用電恢復(fù)供電，勵磁風(fēng)機(jī)即可恢復(fù)啟動。富春江水電廠機(jī)端電壓從零升至額定電壓只需數(shù)十秒時間，恢復(fù)機(jī)端廠用電供電也只需數(shù)分鐘，因此可以不用考慮勵磁功率柜溫升情況。

圖12 3號機(jī)組和5、4號機(jī)組并列運(yùn)行——4號機(jī)組機(jī)端暫態(tài)記錄波形

（5）水電廠運(yùn)行人員是黑啟動試驗?zāi)芊癯晒Φ臎Q定性因素。富春江水電廠設(shè)備經(jīng)過多年的改造，設(shè)備各項性能指標(biāo)已滿足黑啟動的要求。但是隨著水電廠智能化程度越來越高，對運(yùn)行人員的技能水平要求不是降低了而是更高了。黑啟動時計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)必然會出現(xiàn)大量的報警信息，不僅會造成運(yùn)行人員的誤判，而且無法分清輕重緩急、不知從何下手；黑啟動試驗涉及的設(shè)備多，試驗耗時長，而且由于自動控制流程的閉鎖，一些設(shè)備的操作不能再使用常用的操作方法，需要運(yùn)行人員手動幫助；如何正確隔離試驗設(shè)備與運(yùn)行設(shè)備，試驗設(shè)備發(fā)生過速、過壓、失控等事故如何處理，運(yùn)行設(shè)備出現(xiàn)異常如何隔離、恢復(fù)，如何避免試驗過程中出現(xiàn)誤操作，這些都是運(yùn)行人員必須面對的考驗。黑啟動對運(yùn)行人員心理素質(zhì)、身體素質(zhì)也都是一個極大的考驗。

6 黑啟動試驗結(jié)論

對黑啟動試驗數(shù)據(jù)的詳細(xì)分析表明，富春江水電廠柴油發(fā)電機(jī)組組在整個黑啟動試驗期間都能夠保證穩(wěn)定的輸出，其負(fù)荷能力能夠滿足黑啟動機(jī)組廠用電負(fù)荷啟動要求；富春江水電廠機(jī)組的勵磁系統(tǒng)不僅能夠提供足夠的起勵和勵磁容量，而且調(diào)節(jié)性能也滿足多臺機(jī)組并列運(yùn)行的協(xié)調(diào)要求，調(diào)速系統(tǒng)的性能也滿足多臺機(jī)組并列后協(xié)調(diào)運(yùn)行的要求，不同單元中的多臺機(jī)組能夠在黑啟動過程中協(xié)調(diào)運(yùn)行。比較各項試驗的暫態(tài)記錄波形，結(jié)合試驗觀測結(jié)果，可以認(rèn)定機(jī)組在并列狀態(tài)下比單機(jī)運(yùn)行更穩(wěn)定，而且并列機(jī)組越多，運(yùn)行越穩(wěn)定。通過這次試驗，可以確定富春江水電廠機(jī)組具備了電網(wǎng)所要求的黑啟動能力。

圖13 6號機(jī)組和5、4、3號機(jī)組并列運(yùn)行——5號機(jī)組機(jī)端暫態(tài)記錄波形

黑啟動試驗過程中也反映出一些問題，亟需進(jìn)行改進(jìn)：

1）機(jī)組勵磁工控機(jī)采用單路交流電源供電，廠用電失電后無法開啟，不便于運(yùn)行人員觀察勵磁調(diào)節(jié)器狀態(tài)，影響機(jī)組零升操作，建議勵磁工控機(jī)采用單元UPS供電。

2）柴油機(jī)發(fā)電機(jī)組安裝位置距離廠房太遠(yuǎn)，且只有手動啟動方式，事故處理時延長了廠用電電源恢復(fù)時間，建議柴油機(jī)發(fā)電機(jī)組增設(shè)遠(yuǎn)方控制或自動啟停功能。

3）機(jī)組溫度巡檢儀電源取自機(jī)旁動力盤，作為機(jī)組重要保護(hù)，電源可靠性偏低，建議改接至單元UPS電源系統(tǒng)供電，其中6號機(jī)組測溫盤盤內(nèi)負(fù)載多，其電源開關(guān)在試驗過程中恢復(fù)送電時多次跳開，導(dǎo)致6號機(jī)組溫度巡檢儀失電，影響機(jī)組安全運(yùn)行，6號機(jī)組溫度巡檢儀電源應(yīng)與其他設(shè)備電源分開。

4）機(jī)組在無機(jī)端廠用電時，由于計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)流程閉鎖，無法自動開機(jī)，需現(xiàn)地手動開機(jī)。建議在計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)置黑啟動模式，自動將機(jī)組勵磁調(diào)節(jié)器設(shè)置為零升模式同時解除計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)對自動開機(jī)流程的閉鎖。

5）本廠黑啟動成功，220kV系統(tǒng)線路斷路器對線路充電時對黑啟動機(jī)組的影響情況還不明確：一是發(fā)電機(jī)的自勵磁現(xiàn)象；二是合閘過電壓問題；三是繼電保護(hù)配合問題。

圖14 6號機(jī)組和5、4、3號機(jī)組并列運(yùn)行——4號機(jī)組機(jī)端暫態(tài)記錄波形

7 結(jié)束語

2011年12月4日，富春江水電廠成功進(jìn)行了機(jī)組黑啟動試驗，試驗結(jié)果證明富春江水電廠具備黑啟動能力，為確保電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行進(jìn)一步夯實(shí)了基礎(chǔ)。但是水電廠機(jī)組黑啟動能否成功不僅受制于水電廠的調(diào)速系統(tǒng)、廠用電系統(tǒng)、勵磁系統(tǒng)等，而且主要取決于運(yùn)行人員的技能水平，因此必須制定切實(shí)可行的黑啟動方案、擬定典型操作票，而且還要定期開展黑啟動方案演練。

羅銀兵（1973— ），男，本科，水電廠組長，主要從事運(yùn)行值班工作。

Analysis of Black-start test in Fuchunjiang Hydropower Plant

LUO Yinbing
（State Grid Xinyuan Fuchunjiang Hydropower Plant，Tonglu 311504，China）

This text introduces the black-start test process of Fuchunjiang hydropower plant, analysis the effect of speed governor system and auxiliary power system on black-start test,and also puts forward opinions of improvements.

Fuchunjiang hydropower plant; black-start test