杜 亭，吳國棟，譚斌忠，代佳俊

（雅礱江流域水電開發(fā)有限公司，四川 成都 610051）

0 引言

D 水電站總裝機240 萬kW，共4 臺水輪機組，是國家“西電東送”重點工程。采用“遠程控制，現(xiàn)場少人值守”的運行管理模式。年平均發(fā)電量117.76 億kW·h，每年將大量電能輸送至川渝及華東電網(wǎng)。當前社會對電力供應(yīng)要求越來越高。雖然電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制理論及技術(shù)在不斷發(fā)展、電網(wǎng)控制手段在不斷進步，但是近年來世界范圍內(nèi)電力系統(tǒng)大停電事故依然時有發(fā)生?？梢婋娋W(wǎng)大面積停電風(fēng)險依然存在。一旦發(fā)生電網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定性被破壞，設(shè)備故障等問題引起電站全廠失壓，需要迅速啟動廠內(nèi)黑啟動流程，恢復(fù)廠內(nèi)供電。因此做好對電網(wǎng)送電準備尤為重要。

1 廠內(nèi)電源系統(tǒng)及黑啟動電源

1.1 發(fā)送電系統(tǒng)

D 電站4 臺機組單機額定功率600 MW，發(fā)電機出口電壓20 kV，每臺機組各接有主變壓器1 臺和廠高變壓器1 臺。經(jīng)主變壓器將20 kV 的電壓升至500 kV 電壓等級后送出；廠高變將20 kV 的電壓降至10 kV 電壓等級供廠內(nèi)用電使用。500 kV 系統(tǒng)主接線采用3/2 接線方式，共有2 回送出線路。

1.2 廠用交流系統(tǒng)

D 電站正常運行時，廠用電系統(tǒng)采用10 kV、400 V 兩級電壓供電，由廠內(nèi)廠用電系統(tǒng)和廠外廠用電系統(tǒng)2 部分組成。10 kV 廠用電，分為廠內(nèi)Ⅰ母、Ⅱ母、Ⅲ母、Ⅳ母；廠外Ⅴ母、Ⅵ母、Ⅶ母共7 段。其中廠內(nèi)4 段主電源取自廠高變21B～24B 低壓側(cè)，將機組出口20 kV 的電壓降至10 kV。廠外Ⅴ母、Ⅵ母主電源分別取自廠內(nèi)Ⅱ母、Ⅳ母聯(lián)絡(luò)供電。如圖1 所示，Ⅶ母上配置有一臺10 kV 柴油發(fā)電機為機組黑啟動和防汛泄洪提供緊急備用電源。相鄰段之間均設(shè)有備自投裝置及母線聯(lián)絡(luò)裝置，用于單段母線進線電源失電時聯(lián)絡(luò)供電。400 V 配電盤進線電源取自2段不同的10 kV 母線，經(jīng)自用變壓器降壓至400 V。

正常情況下廠內(nèi)10 kV 開關(guān)和400 V 開關(guān)均置遠方模式，具備由遠程集控上位機發(fā)令操作功能。柴油發(fā)電機組可以連續(xù)帶額定功率運行4 h，可在自動模式下遠程一鍵啟動。

圖1 廠用交流系統(tǒng)簡圖

1.3 廠用直流系統(tǒng)

廠內(nèi)各區(qū)域直流系統(tǒng)均配有一定容量的蓄電池組，在交流電源中斷情況下仍可為設(shè)備控制回路、機組直流用電、機組勵磁系統(tǒng)直流啟勵回路、保護裝置、事故照明提供電源，滿足廠內(nèi)黑啟動要求。

圖2 500 kV 接線簡圖

2 黑啟動流程

在我國電力系統(tǒng)中，關(guān)于黑啟動方案需要大量的指導(dǎo)原則提供科學(xué)的理論依據(jù)，因此安全有效地進行黑啟動離不開科學(xué)的啟動方案[1]。當送出線路故障，電站全部失壓，外來電源全部中斷，受機變技術(shù)供水、推力外循環(huán)、高壓油系統(tǒng)、調(diào)速器系統(tǒng)等交流供電裝置限制，1 號～4 號機均無法正常開機。需依靠啟動柴油發(fā)電機，逐級恢復(fù)廠用10 kV 及機組400 V 輔助設(shè)備供電?，F(xiàn)地手動操作發(fā)電機組帶主變升壓至額定電壓，向500 kV 系統(tǒng)送電。通過遠方倒閘方式實現(xiàn)500 kV 系統(tǒng)向其余主變、廠高變反送電，而后啟動其余發(fā)電機組。根據(jù)10 kV 廠用電接線可先啟動2 號或4 號水輪機組，本次選擇先啟動4 號機組。

2.1 500 kV 送出系統(tǒng)簡化

拉開所有500 kV 開關(guān)、及送出線線路刀閘，其余刀閘保持不動。維持保護及自動裝置不變，準備實施黑啟動。

2.2 柴油發(fā)電機帶廠用電

退出所有10 kV 備自投和機旁400 V 備自投，防止誤動。拉開Ⅱ母、Ⅳ母、Ⅵ母、Ⅶ母上所有開關(guān)。啟動開關(guān)站10 kV 柴油發(fā)電機，查柴油機正常后向Ⅶ母送電，查Ⅶ母電壓正常。由于選擇先啟動4 號機組。故依次將Ⅶ母與Ⅵ母、Ⅳ母聯(lián)絡(luò)，查Ⅵ母、Ⅳ母電壓正常。由Ⅶ母送電至4 號機機旁配電盤，機旁盤兩段母線聯(lián)絡(luò)運行，恢復(fù)4 號機輔助設(shè)備供電。

2.3 4 號機開機，帶主變升壓

查4 號機具備自動開機條件后，上位機發(fā)令4號機開機至空轉(zhuǎn)。檢修人員配合解除調(diào)速、勵磁并網(wǎng)信號，依次合上出口刀閘、手動起勵，機組帶主變升壓至額定電壓。

2.4 逐步擴大廠用電送電范圍

4 號機變帶電后，合上4 號主變4B 高壓側(cè)開關(guān)向500 kV #2M 充電，查500 kV #2M 充電正常。500 kV母線帶電后合上2 號主變2B 高壓側(cè)開關(guān)向2 號主變、廠高變充電，查充電正常，給廠用電Ⅱ母充電，查Ⅱ母電壓正常送電至2 號機機旁配電盤?；謴?fù)2 號機開機條件，遠方發(fā)令開機至并網(wǎng)。拉開10 kV 聯(lián)絡(luò)開關(guān)，恢復(fù)Ⅳ母、Ⅱ母由廠用變壓器供電的正常模式，停運柴油發(fā)電機。

2.5 恢復(fù)500 kV 系統(tǒng)，做好對電網(wǎng)送電準備

恢復(fù)500 kV 系統(tǒng)，通過倒閘，同上（2 號機）對3 號主變3B、1 號主變1B 充電，逐步恢復(fù)和調(diào)整400 V 廠用電正常運行方式。檢查500 kV 開關(guān)合環(huán)運行正常。2 號機、4 號機帶500 kV 系統(tǒng)合環(huán)運行，21B 帶Ⅰ母，22B 帶Ⅱ母、Ⅴ母， 23B 帶Ⅲ母，24B 帶Ⅳ母、Ⅵ母運行，Ⅶ母停電，廠用電系統(tǒng)已恢復(fù)供電。500 kV 兩條線路具備對外送出條件。

3 黑啟動存在風(fēng)險及解決辦法

（1）柴油發(fā)電機啟動需依靠蓄電池作為啟動動力電源，需保證蓄電池電壓在22 V 以上，若電壓較低則需要充電。為保證柴油發(fā)電機隨時都可以啟動，電廠運行人員每周定期啟動柴油發(fā)電機空載運行15 min，抄錄運行數(shù)據(jù)（電壓、油壓、水溫）。檢查柴油機運行工況，保證事故情況下能夠及時啟動柴油發(fā)電機。為檢驗柴油發(fā)電機帶負荷能力，電廠多次進行柴油發(fā)電機帶負荷試驗，利用柴油發(fā)電機帶動廠房排風(fēng)洞400 V 風(fēng)機，地下廠房10 kV 深井泵，檢查風(fēng)機排水泵啟動正常，運行穩(wěn)定。

（2）由于黑啟動以后，機組并網(wǎng)發(fā)電沒有送出通道，負荷僅為廠內(nèi)負荷及生活營地等生活負荷。機組額定負荷為600 MW，廠內(nèi)負荷估算僅有40 MW。而機組運行窩滯工況為0～140 MW。若長時間在此工況內(nèi)運行，機組振動過大，容易對機組造成損傷。機組運轉(zhuǎn)后應(yīng)迅速啟用生活營地及廠內(nèi)設(shè)備大批負荷，保障負荷及電力供應(yīng)平衡，盡快聯(lián)系電網(wǎng)調(diào)度，如電網(wǎng)做好準備則盡快送電上網(wǎng)。其后需要對機組整體工況檢查評估。

（3）當電網(wǎng)大面積停電，廠內(nèi)失壓，廠內(nèi)消防系統(tǒng)也有癱瘓的可能，所以恢復(fù)過程中須特別注意廠區(qū)內(nèi)消防安全。廠內(nèi)通信設(shè)備可能癱瘓，手機等通信方式必然失去作用。除依靠內(nèi)線電話，值守人員均配備有無線對講機。保證事故情況下按照事故預(yù)案處理。

4 結(jié)語

電網(wǎng)黑啟動涉及電網(wǎng)和廠站、子系統(tǒng)的劃分、電源點和路徑的選擇、電網(wǎng)負荷恢復(fù)、電氣計算和保護及自動裝置的考慮等多方面的問題[2]，非常復(fù)雜。事故情況下需當班人員密切配合，臨危不亂，安全迅速的黑啟動對電網(wǎng)恢復(fù)供電具有重大意義。本文僅針對D 電站作為一個黑啟動電源點在事故恢復(fù)過程中廠內(nèi)運行方式倒換和操作步驟等情況進行分析，希望對同行業(yè)用戶提供參考。