周 愨，胡元鋒，劉 勇

（北方國際合作股份有限公司，北京100040）

1 引言

黑啟動是指整個(gè)電力系統(tǒng)因故障停運(yùn)后， 在無法依靠其他電網(wǎng)送電恢復(fù)的條件下，通過系統(tǒng)中具有自啟動能力的機(jī)組的啟動， 帶動無自啟動能力的機(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)。水輪發(fā)電機(jī)組沒有復(fù)雜的輔機(jī)系統(tǒng)， 廠用電少， 啟動速度快，是方便、理想的黑啟動電源。

南湃（Nam Phay）水電站位于老撾萬象省北部Phoun區(qū)，壩址位于南俄河（Nam Ngum）支流南湃河（Nam Phay）上游峽谷，南俄河（Nam Ngum）是湄公河的1級支流。水庫正常蓄水位1140 m，設(shè)計(jì)洪水位1141.7 m，校核洪水位1143.49 m，水庫總庫容2.059億m3，調(diào)節(jié)庫容1.326億m3，電站廠房位于南樂克河右岸。由于老撾電網(wǎng)容量小，雨季期間又極易發(fā)生線路故障造成全廠廠用電失電現(xiàn)象，因此啟動機(jī)組恢復(fù)全廠廠用電，保證全廠設(shè)備正常運(yùn)行，是很有必要的措施。本文詳細(xì)分析了機(jī)組黑啟動的條件，并對黑啟動中倒閘的基本操作及注意事項(xiàng)也進(jìn)行了分析。

2 南湃水電站機(jī)電設(shè)備概況

2.1 機(jī)電設(shè)備概況

南湃水電站為引水式電站，裝設(shè)2臺沖擊式水輪發(fā)電機(jī)組，水輪機(jī)的型號為：CJC 601-l-180/4×14.5，發(fā)電機(jī)的型號為：SF43-10/3900，總裝機(jī)容量86 MW（2×43 MW），額定轉(zhuǎn)速 600 r/min，額定水頭 700 m，額定流量14.03 m3/s。發(fā)電機(jī)出口額定電壓11 kV，額定頻率50 Hz。兩臺機(jī)組通過發(fā)電機(jī)、變壓器單元接線型式經(jīng)115 kV GIS母線，由兩回線路接入Thongkoun2變電站，每回線路長度約為42 km。

2.2 黑啟動相關(guān)設(shè)備概況

2.2.1 黑啟動電源

黑啟動電源系統(tǒng)如圖1所示，在機(jī)組停機(jī)狀態(tài)下，若115 kV線路發(fā)生故障跳閘，廠用變壓器ST1及ST2將失電，機(jī)組黑啟動首選電源為柴油發(fā)電機(jī)，柴油發(fā)電機(jī)出口斷路器在I段400 V母線上，II段母線可以通過母聯(lián)斷路器由I段母線供電，22 kV外來備用電源接在II段母線上。柴油發(fā)電機(jī)參數(shù)如表1所示。

圖1 黑啟動電壓接線圖

2.2.2 黑啟動柴油發(fā)電機(jī)所帶負(fù)荷

黑啟動過程中柴油機(jī)所帶負(fù)荷分為A類負(fù)荷和B類負(fù)荷， 其中A類負(fù)荷指黑啟動過程中必須啟動的負(fù)荷，B類負(fù)荷指黑啟動過程中滿足啟動容量的前提下可以啟動的負(fù)荷。

表1 柴油發(fā)電機(jī)主要參數(shù)

各類負(fù)荷統(tǒng)計(jì)如表2 所示。

表2 黑啟動負(fù)荷統(tǒng)計(jì)表

如表2所示，在機(jī)組黑啟動過程中，南湃水電站A類負(fù)荷為118.77 kW，B類負(fù)荷為53.2 kW，A、B類總負(fù)荷為171.97 kW，而柴油發(fā)電機(jī)容量為320 kW，完全滿足機(jī)組黑啟動所需電源。

2.2.3 調(diào)速器系統(tǒng)

南湃水電站調(diào)速器由武漢國測三聯(lián)水電設(shè)備有限公司提供，型號為CJWT-4/4-6.3，是機(jī)械液壓系統(tǒng)與微機(jī)電氣裝置配合組成的微機(jī)型電液調(diào)速器，機(jī)、電柜分開，電柜、機(jī)柜分別布置在發(fā)電機(jī)層、電纜夾層。調(diào)速器及壓油裝置已按《DL/T496-2001水輪機(jī)電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)及裝置調(diào)整試驗(yàn)導(dǎo)則》進(jìn)行試驗(yàn)，達(dá)到《DL/T 563-2004水輪機(jī)電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)及裝置技術(shù)規(guī)程》的指標(biāo)。調(diào)速器壓油裝置主要技術(shù)參數(shù)見表3。

機(jī)組一次開機(jī)至空轉(zhuǎn)調(diào)速器油壓下降0.1 MPa，油位下降10.5 mm。在正常情況下，油壓裝置的油壓能保證進(jìn)行1次開啟和關(guān)閉，但需要注意壓油罐的油、氣比例。由于機(jī)組零起升壓前，需先將機(jī)組出口斷路器合閘（帶主變），為避免機(jī)組在零起升壓過程出現(xiàn)頻率異常波動現(xiàn)象，調(diào)速器頻率控制參數(shù)要設(shè)置為“頻率調(diào)節(jié)”模式。

2.2.4 勵磁系統(tǒng)

表3 調(diào)速器壓油裝置主要技術(shù)參數(shù)

南湃水電站水輪發(fā)電機(jī)組勵磁系統(tǒng)是采用可控硅三相全控橋整流自并勵靜止勵磁，勵磁設(shè)備采用武漢洪山電工科技有限公司的ZL-088型勵磁裝置。該裝置包括2個(gè)整流柜，1個(gè)HWJT-09 C型雙微機(jī)勵磁調(diào)節(jié)器柜，1個(gè)由起勵裝置、滅磁回路組成的滅磁柜、轉(zhuǎn)子過壓保護(hù)柜以及配套的勵磁變壓器。勵磁裝置采用冗余設(shè)計(jì)，安裝了2套自動調(diào)節(jié)裝置以及2套功率整流裝置，正常運(yùn)行情況下，2套裝置自動運(yùn)行調(diào)節(jié)，無需運(yùn)行人員干涉。發(fā)電機(jī)正常起勵為殘壓起勵，殘壓不足時(shí)用直流進(jìn)行起勵。正常滅磁采用可控硅逆變滅磁，事故時(shí)采用磁場斷路器加非線性電阻進(jìn)行滅磁，功率柜冷卻方式采用強(qiáng)迫風(fēng)冷方式。勵磁風(fēng)機(jī)電源在黑啟動過程中由柴油發(fā)電機(jī)提供。

基于勵磁本身設(shè)計(jì)原因，機(jī)組零起升壓操作需要在勵磁柜本地操作，操作前先修改參數(shù)“自動Ug參數(shù)位置”為3600，且要將“發(fā)電機(jī)出口斷路器分閘位置”短接到勵磁系統(tǒng)中（X7第8號端子）。

3 南湃水電站黑啟動操作及保障措施

由于本站機(jī)組容量有限，不足以支撐整個(gè)電網(wǎng)黑啟動運(yùn)行，黑啟動主要任務(wù)為恢復(fù)本站廠用電系統(tǒng)運(yùn)行。

3.1 廠用電的啟動操作

廠用電的啟動操作分為利用柴油發(fā)電機(jī)對400 V系統(tǒng)的啟動操作和利用“黑啟動”機(jī)組對11 kV系統(tǒng)和400 V系統(tǒng)的啟動操作。

3.1.1 柴油發(fā)電機(jī)組對400 V系統(tǒng)的啟動操作

（1）拉開并確認(rèn)廠用變高低壓側(cè)開關(guān)52 PS、52 PS1、52 PS2、ACB1、ACB2、ACB4 及 400 V 母聯(lián)開關(guān)ACB5處于分閘狀態(tài)。

（2）起動柴油發(fā)電機(jī)，合上柴油發(fā)電機(jī)出口開關(guān)。

（3）確認(rèn)柴油發(fā)電機(jī)出口已帶電。

（4）合上ACB3開關(guān)，對400 V I段廠用電母線充電。

（5）確認(rèn)400 V I段母線已帶電。

（6）合上 400 V 母聯(lián)開關(guān) ACB5，對 400 V II段母線充電。

3.1.2 黑啟動機(jī)組對廠用電系統(tǒng)的啟動操作

（1）檢查確認(rèn)全廠廠用電已由柴油發(fā)電機(jī)供電。

（2）檢查機(jī)組的狀況，包括油、水、氣輔助設(shè)備及開機(jī)條件，確認(rèn)機(jī)組是否具備啟動條件。

（3）修改調(diào)速器參數(shù)（調(diào)速器設(shè)置為“頻率調(diào)節(jié)”模式）。

（4）將具備啟動條件的機(jī)組開至“空轉(zhuǎn)態(tài)”，為機(jī)組的零起升壓做準(zhǔn)備，并密切觀察機(jī)組輔助設(shè)備的運(yùn)行情況，特別是技術(shù)供水泵的運(yùn)行情況。

（5）確認(rèn)機(jī)組已經(jīng)開至“空轉(zhuǎn)態(tài)”。

（6）修改勵磁參數(shù)（將機(jī)組控制參數(shù)的“自動Ug參數(shù)位置”改為3600），并在滅磁柜上短接“出口斷路器分閘位置”信號（X7第8號端子）。

（7）就地手動合上發(fā)電機(jī)出口斷路器。

（8）確認(rèn)發(fā)電機(jī)出口斷路器已合上。

（9）在勵磁系統(tǒng)上操作零起升壓對主變及11 kV母線進(jìn)行充電；若出現(xiàn)升壓失敗現(xiàn)象，應(yīng)迅速采取滅磁操作。

（10）確認(rèn)主變及11 kV母線充電完畢。

（11）切換廠用電由機(jī)組供電，切換過程若出現(xiàn)技術(shù)供水泵停止運(yùn)行情況，應(yīng)立即手動啟動該水泵。

（12）廠用電切換完畢后可保持柴油發(fā)電機(jī)在運(yùn)行狀態(tài)，以應(yīng)對突發(fā)意外時(shí)，可迅速地恢復(fù)廠用電。

3.2 保障措施

3.2.1 應(yīng)急照明保障

廠房應(yīng)保持有性能良好、充電正常的應(yīng)急照明燈，存放在工器具柜中。

3.2.2 人員保障

領(lǐng)導(dǎo)小組成員、現(xiàn)場應(yīng)急指揮部成員及專業(yè)應(yīng)急小組成員應(yīng)配備性能良好的應(yīng)急照明燈，并保證其處于充電正常狀態(tài)。

4 南湃水電站黑啟動試驗(yàn)分析及總結(jié)

南湃水電站于2017年9月10日進(jìn)行了機(jī)組黑啟動演習(xí)，本次黑啟動演習(xí)檢驗(yàn)了本站2號機(jī)組、柴油發(fā)電機(jī)帶廠用電運(yùn)行的能力、提升了運(yùn)行人員黑啟動及倒廠用電操作的水平。演習(xí)從09：00開始，11：20結(jié)束，最終實(shí)現(xiàn)了機(jī)組平穩(wěn)地帶廠用電運(yùn)行。

4.1 柴油發(fā)電機(jī)帶全廠廠用電運(yùn)行情況

機(jī)組啟動前首先啟動柴油發(fā)電機(jī)，恢復(fù)全廠廠用電。在切除全廠不重要的負(fù)荷（空調(diào)、通風(fēng)、空壓機(jī)、滲漏排水泵、消防供水泵等）后，柴油發(fā)電機(jī)順利實(shí)現(xiàn)了帶全廠廠用電運(yùn)行，證明了柴油發(fā)電機(jī)的功率、出口相序等符合本站運(yùn)行的技術(shù)要求。

柴油發(fā)電機(jī)帶廠用電期間，由于柴油發(fā)電機(jī)房通風(fēng)效果差，造成柴油發(fā)電機(jī)本體溫升過高，最高溫度達(dá)到了89℃（停機(jī)溫度95℃），建議對柴油發(fā)電機(jī)房進(jìn)行改造，增強(qiáng)通風(fēng)效果，以免柴油發(fā)電機(jī)在長時(shí)間持續(xù)運(yùn)行的工況下，由于本體溫度過高導(dǎo)致停機(jī)。

4.2 機(jī)組黑啟動運(yùn)行情況

本次黑啟動試驗(yàn)以2號機(jī)組為試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)，啟動前檢查球閥系統(tǒng)、調(diào)速器系統(tǒng)、技術(shù)供水、勵磁系統(tǒng)等設(shè)備均處于正常狀態(tài)，機(jī)組順利開至“空轉(zhuǎn)態(tài)”。將發(fā)電機(jī)出口斷路器合閘，然后在勵磁系統(tǒng)上操作零啟升壓。準(zhǔn)備工作完成后，機(jī)組第1次零起升壓，機(jī)端電壓順利升至額定值。在機(jī)組第1次零起升壓完畢后，機(jī)組頻率出現(xiàn)了異常波動現(xiàn)象，頻率最高值甚至達(dá)到了52 Hz。在調(diào)速器系統(tǒng)檢查其頻率控制參數(shù)為“開度調(diào)節(jié)”模式，將此參數(shù)修改為“頻率調(diào)節(jié)”模式后，第2次零起升壓，機(jī)組頻率未出現(xiàn)異常波動現(xiàn)象。機(jī)組零起升壓過程中檢查2號主變未發(fā)現(xiàn)異常，并最終升壓至額定值。將全廠廠用電倒至由機(jī)組供電，機(jī)組運(yùn)行正常，電壓、頻率、瓦溫等參數(shù)未發(fā)生異常波動，黑啟動試驗(yàn)順利結(jié)束。

5 結(jié)語

本文就南湃水電站首次黑啟動試驗(yàn)進(jìn)行了分析，通過黑啟動試驗(yàn)，證明了南湃水電站機(jī)組具備黑啟動能力，這將提高本站應(yīng)對電網(wǎng)大規(guī)模停電的能力， 降低了停電事故帶來的危害。同時(shí)通過試驗(yàn)也檢驗(yàn)了黑啟動方案的可行性。