董天剛，金 櫓，鐘東恒，馬玉博

（1.廣東粵電流溪河發(fā)電有限責(zé)任公司，廣東 廣州 510900；2.山東沂蒙抽水蓄能有限公司，山東 沂蒙 276000；3.華潤電力豫北新能源公司，河南 新鄉(xiāng) 453004）

1 概述

廣東粵電流溪河發(fā)電有限責(zé)任公司位于珠江三角洲水系、流溪河上游、廣州市從化區(qū)境內(nèi)。是一個以發(fā)電為主，兼顧防洪、灌溉等綜合利用的中型水利樞紐工程。流溪河現(xiàn)有4臺1.2萬kW水輪發(fā)電機(jī)組，裝機(jī)容量48 MW。

電網(wǎng)的黑啟動是電網(wǎng)大面積停電后，不依賴其他類型網(wǎng)絡(luò)的幫助，通過電網(wǎng)系統(tǒng)中具備自啟動能力發(fā)電機(jī)組的自動啟動，帶動電網(wǎng)內(nèi)部無自啟動能力的發(fā)電機(jī)組啟動起來發(fā)電，逐漸擴(kuò)大為電網(wǎng)系統(tǒng)恢復(fù)供電范圍，最終實現(xiàn)整個電網(wǎng)系統(tǒng)供電恢復(fù)。

2 試驗機(jī)組參數(shù)

試驗機(jī)組參數(shù)包括水輪機(jī)主要參數(shù)、發(fā)電機(jī)主要參數(shù)、調(diào)速系統(tǒng)主要參數(shù)、應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)主要參數(shù)、主變主要參數(shù)、機(jī)組公用直流系統(tǒng)蓄電池參數(shù)、機(jī)組公用直流系統(tǒng)事故放電時間。

3 試驗內(nèi)容及目的

依據(jù)相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)定和發(fā)電公司與電網(wǎng)調(diào)度機(jī)構(gòu)簽訂的黑啟動技術(shù)協(xié)議，對流溪河發(fā)電公司參與黑啟動的1 號水輪發(fā)電機(jī)組備用電源、黑啟動時間、調(diào)節(jié)參數(shù)、輔助設(shè)備等各個方面進(jìn)行測試，驗證1 號水輪發(fā)電機(jī)組的黑啟動能力，從而保證該機(jī)組在發(fā)生電網(wǎng)系統(tǒng)瓦解全黑事故的情況下能夠快速、安全的自動啟動，在保證水電站廠房、大壩、機(jī)組和相關(guān)設(shè)備安全的前提下，有序恢復(fù)對電網(wǎng)的送電。水輪發(fā)電機(jī)組主要試驗?zāi)康臑椋簻y試發(fā)電公司的黑啟動相關(guān)備用電源和輔助設(shè)備的性能以及可靠性[1]；測試黑啟動所需電氣和機(jī)械設(shè)備、保護(hù)及自動化裝置能否滿足黑啟動要求；測試機(jī)組黑啟動流程是否合理，通過機(jī)組實際黑啟動相關(guān)情況進(jìn)一步完善和優(yōu)化黑啟動流程[2]；測試機(jī)組黑啟動時間是否滿足所簽訂的黑啟動技術(shù)協(xié)議要求，能否達(dá)到初始可控的狀態(tài)；測試機(jī)組黑啟動相關(guān)特征參數(shù)，檢驗機(jī)組的調(diào)速器、勵磁系統(tǒng)在小電網(wǎng)系統(tǒng)（孤島）中的運(yùn)行穩(wěn)定性，即頻率50±0.2 Hz、110 kV 母線電壓在母線電壓額定值0%~+7%的指標(biāo)范圍內(nèi)，滿足要求。

4 試驗

4.1 試驗準(zhǔn)備

4.1.1 人員準(zhǔn)備

（1）組織機(jī)構(gòu)：試驗總指揮、試驗現(xiàn)場調(diào)度、項目負(fù)責(zé)人、試驗技術(shù)負(fù)責(zé)人、試驗工作人員、當(dāng)值運(yùn)行人員。

（2）職責(zé)

1）試驗指揮負(fù)責(zé)試驗方案組織審核，負(fù)責(zé)試驗過程指揮調(diào)度工作等。

2）項目負(fù)責(zé)人負(fù)責(zé)試驗聯(lián)系、現(xiàn)場環(huán)境檢查，按規(guī)定填寫工作票和報批工作票。

3）試驗技術(shù)負(fù)責(zé)人負(fù)責(zé)組織編寫試驗方案、報告[2]。

4）試驗現(xiàn)場調(diào)度人員負(fù)責(zé)備用電源的投入與切換，黑啟動流程中相關(guān)邏輯檢查、運(yùn)行操作人員檢查、數(shù)據(jù)記錄及打印等協(xié)調(diào)調(diào)度工作。

5）運(yùn)行人員負(fù)責(zé)試驗相關(guān)系統(tǒng)的操作。

6）其他試驗過程安全、通信等方面負(fù)責(zé)現(xiàn)場安全、通信等工作。

（3）人員資格

1）試驗技術(shù)負(fù)責(zé)人：工作作風(fēng)嚴(yán)謹(jǐn)，熟悉試驗機(jī)組黑啟動流程及邏輯，對黑啟動試驗的目的、方法、過程控制及質(zhì)量目標(biāo)有深刻理解。

2）一般工作人員：熟悉試驗機(jī)組黑啟動邏輯，了解黑啟動試驗的目的、方法、過程控制及質(zhì)量目標(biāo)，能協(xié)助試驗技術(shù)負(fù)責(zé)人完成各項工作；熟悉黑啟動過程及運(yùn)行規(guī)程的正確操作。

4.1.2 試驗儀器準(zhǔn)備

測試所用設(shè)備見表1。

表1 黑啟動試驗相關(guān)測試設(shè)備

4.1.3 試驗條件準(zhǔn)備

（1）試驗方案需通過流溪河發(fā)電公司、廣州調(diào)度審核批準(zhǔn)，報廣州電網(wǎng)調(diào)度部門備案；

（2）柴油發(fā)電機(jī)及備用直流電源已進(jìn)行啟動試驗，具備正常運(yùn)行條件且實際技術(shù)參數(shù)滿足黑啟動的相關(guān)要求；

（3）調(diào)速器的壓油裝置油位和油壓滿足黑啟動條件；

（4）勵磁系統(tǒng)及監(jiān)控系統(tǒng)直流電源供電正常；

（5）集水井水位在黑啟動期間可保持在報警值以下；

（6）主機(jī)（水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)）保護(hù)正常投入；

（7）機(jī)組帶110 kV 流呂線（呂田站）線路保護(hù)正常投入。

4.2 機(jī)組黑啟動技術(shù)要求

根據(jù)《廣州電網(wǎng)黑啟動方案》（以下簡稱“技術(shù)方案”）中規(guī)定：

當(dāng)發(fā)電公司的母線（與電網(wǎng)系統(tǒng)連接的母線，本廠為110 kV 單母線）失壓時，運(yùn)行人員應(yīng)不待調(diào)度下令，迅速斷開該母線上所有開關(guān)，然后聯(lián)系調(diào)度，證實系統(tǒng)已經(jīng)全停并按調(diào)度的指令執(zhí)行本廠的黑啟動技術(shù)方案，及時啟動廠房柴油發(fā)電機(jī)保安電源，盡快恢復(fù)廠房主要負(fù)荷，然后及時有序啟動黑啟動機(jī)組，做好向出線流呂線送電的準(zhǔn)備工作，并向廣州調(diào)度匯報本廠已進(jìn)入初始可控狀態(tài)。

流溪河發(fā)電公司啟動后，增加負(fù)荷之前必須調(diào)整獨(dú)立網(wǎng)的頻率在50±0.2 Hz 范圍內(nèi)，220 kV變電站的220 kV、110 kV、35 kV 母線電壓在額定值-3%~+7% 范圍內(nèi)，110 kV 變電站的110 kV、35 kV 以及發(fā)發(fā)電公司低壓側(cè)母線電壓在額定值的0%~+7%范圍內(nèi)。方可進(jìn)行后續(xù)操作。

4.3 試驗及準(zhǔn)備工作

4.3.1 發(fā)電機(jī)組

黑啟動開機(jī)至軸承油冷卻器系統(tǒng)恢復(fù)運(yùn)行過程中，設(shè)專人監(jiān)視并記錄軸承溫度變化，溫度不應(yīng)超過報警值。

4.3.2 水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)

調(diào)速系統(tǒng)是發(fā)電機(jī)組正常開機(jī)及安全停機(jī)的重要保障，黑啟動過程中如備用電源或線路發(fā)生故障，在無廠用電的極端情況下，調(diào)速壓力油控制系統(tǒng)應(yīng)能保證在無工作油泵電源時開機(jī)至空載，在低油壓情況下可觸發(fā)緊急停機(jī)。因此需對壓油系統(tǒng)的事故低油壓值、甩負(fù)荷過程及開機(jī)至空載過程油壓及油位變化值進(jìn)行事先率定，保證黑啟動試驗可安全可靠進(jìn)行。

（1）調(diào)速系統(tǒng)控制電源確定是采用交直流供電。

（2）測試調(diào)速系統(tǒng)在機(jī)組黑啟動工況或頻率波動超過一定范圍時，是否能自動切換到轉(zhuǎn)速/頻率控制模式。

（3）機(jī)組事故低油壓值率定。

1）試驗條件

①1 號機(jī)退出備用，2 號機(jī)退出備用；

②1 號機(jī)501 開關(guān)在“試驗”位置；

③2 號機(jī)502 開關(guān)在“試驗”位置；

④1 號機(jī)主閥關(guān)閉，主閥鎖定落下；

⑤2 號機(jī)主閥關(guān)閉，主閥鎖定落下；

⑥2 號機(jī)水車鎖定落下；

⑦1號機(jī)調(diào)速器柜接線：斷開調(diào)速器柜PT信號，由試驗儀器送出模擬機(jī)頻信號至調(diào)速器柜。

2）試驗步驟

①1 號機(jī)調(diào)速器柜PT 信號斷開（絕緣膠布封裹），由試驗儀器送出模擬機(jī)頻信號至調(diào)速器柜；

②由試驗儀器發(fā)出50 Hz 模擬機(jī)頻，模擬1 號機(jī)組開機(jī)至空載狀態(tài)；

③1 號機(jī)501 開關(guān)試驗位置合，調(diào)速器進(jìn)入發(fā)電態(tài)；

④手動控制導(dǎo)葉，開至機(jī)組帶負(fù)荷正常運(yùn)行開；

⑤斷開甲壓油裝置1 號油泵、2 號油泵電源；

⑥打開排氣閥排放甲壓油裝置壓力，直至達(dá)到機(jī)組事故低油壓保護(hù)動作值；

⑦記錄甲壓油裝置事故低油壓保護(hù)動作時油壓及油位；

⑧記錄1 號機(jī)組導(dǎo)葉全關(guān)后油壓及油位；

⑨恢復(fù)甲壓油裝置1 號油泵、2 號油泵電源，壓力油罐打油至正常值；

⑩恢復(fù)1 號機(jī)組調(diào)速器接線。

3）試驗注意事項

①試驗前確認(rèn)1 號機(jī)組、2 號機(jī)組主閥已關(guān)閉；

②試驗前確認(rèn)1 號機(jī)組、2 號機(jī)組壓力鋼管無水壓；

③試驗前確認(rèn)水車室無人作業(yè)；

④設(shè)專人記錄油壓及油位；

⑤設(shè)專人監(jiān)護(hù)油泵，壓油罐低于最低操作油壓時，及時啟動油泵補(bǔ)油。

（4）壓油裝置在正常工作壓力下限開關(guān)導(dǎo)葉能力測試

1）1 號機(jī)組退出備用狀態(tài)；

2）1 號機(jī)501 開關(guān)在“試驗”位置；

3）1 號機(jī)組蝸殼進(jìn)水閥門（或閘門）關(guān)閉，鎖定投入；

4）斷開主、備用壓油泵的電源；

5）手動調(diào)整甲壓油裝置壓油罐壓力至正常工作壓力下限（2.25 MPa）；

6）手動控制1 號機(jī)導(dǎo)葉全開、全關(guān)，測試3 次導(dǎo)葉接力器行程的甲壓油裝置耗油耗壓情況；

7）記錄開關(guān)1 號機(jī)導(dǎo)葉甲壓油裝置油壓和油位的下降情況；

8）填寫開關(guān)1 號機(jī)過程甲壓油裝置油壓和油位記錄表。

4.3.3 機(jī)組技術(shù)供水試驗

發(fā)電公司機(jī)組冷卻水取自蝸殼，經(jīng)減壓閥減壓后直接供給機(jī)組，各項操作均可手動進(jìn)行，因此在機(jī)組黑啟動試驗中可以不考慮技術(shù)供水電源問題，只需根據(jù)黑啟動步驟進(jìn)行，在黑啟動開始時手動操作開啟技術(shù)供水閥。

4.3.4 廠房集水井水位上升試驗

切除集水井排水泵，測試1 號機(jī)組啟動運(yùn)行過程中集水井水位上升速率，確保黑啟動期間，如出現(xiàn)備用電源故障導(dǎo)致集水井排水泵無法啟動的極端情況，機(jī)組可在集水井水位到達(dá)報警值前恢復(fù)廠用電，以避免造成水淹廠房的事故。

（1）試驗條件：機(jī)組按發(fā)電計劃正常開機(jī)發(fā)電，無需額外措施。

（2）試驗步驟

1）斷開廠房集水井1 號排水泵，2 號排水泵電源，切除廠房集水井射流泵；

2）斷開閥室集水井1 號排水泵，2 號排水泵電源，切除閥室集水井射流泵；

3）記錄全廠負(fù)荷；

4）記錄30 min 后廠房及閥室集水井水位上升情況；

5）投入廠房及閥室集水井射流泵；

6）記錄30 min 后廠房及閥室集水井水位上升情況；

7）恢復(fù)廠房集水井1 號排水泵，2 號排水泵電源；

8）恢復(fù)閥室集水井1 號排水泵，2 號排水泵電源；

9）查監(jiān)控歷史數(shù)據(jù)，記錄廠房及閥室排水泵啟泵水位，停泵水位，平均啟泵時間。集水井水位上升速率和非電源射流泵排水能力。

4.3.5 勵磁系統(tǒng)

（1）確認(rèn)勵磁系統(tǒng)是否具備殘壓或直流起勵的能力。

（2）確定勵磁系統(tǒng)控制電源是否采用交直流供電配置。

（3）黑啟動過程中，設(shè)專人監(jiān)視并記錄勵磁系統(tǒng)各部分溫度變化，各部分極限溫度不應(yīng)超過相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。

4.3.6 繼電保護(hù)及二次回路

（1）確定廠用電工作電源及備用電源失電時，繼電保護(hù)裝置及二次控制回路。

（2）確定發(fā)電機(jī)出口斷路器控制回路是否具備斷路器兩端無電壓合閘功能。

4.3.7 計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)

（1）確認(rèn)廠用電工作電源和備用電源同時消失時,與黑啟動流程相關(guān)的采集和控制設(shè)備能否能正常的工作，和黑啟動控制相關(guān)的通信暢通。

（2）確定不間斷電源設(shè)備帶正常運(yùn)行負(fù)載時，斷開交流主用輸入電源，是否自動切換至直流電源供電，負(fù)載設(shè)備是否運(yùn)行正常，供電時間是否滿足黑啟動用時要求；恢復(fù)交流主用輸入電源時，是否可自動切換至交流主路電源供電，負(fù)載設(shè)備是否運(yùn)行正常。

4.3.8 直流系統(tǒng)

（1）蓄電池組充放電試驗

按照DL/T 724 標(biāo)準(zhǔn)的要求進(jìn)行蓄電池容量核對性充放電試驗，蓄電池容量應(yīng)不低于額定容量的80%。若發(fā)電公司有定期充放電試驗的報告，可予以采用，不再重復(fù)此試驗。

（2）蓄電池組供電時長測試

在黑啟動試驗前，需核對在失去廠用電時，發(fā)電公司計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、調(diào)速系統(tǒng)、事故照明系統(tǒng)的工作情況，計算發(fā)電公司直流系統(tǒng)負(fù)載下蓄電池的供電時長，確保蓄電池可正常投入應(yīng)用，持續(xù)時間應(yīng)能滿足發(fā)電公司黑啟動時間要求，為機(jī)組黑啟動試驗提供安全可靠保證。

廠房直流Ⅰ、Ⅱ段的放電操作按發(fā)電公司《廠房直流系統(tǒng)運(yùn)行規(guī)程》，計算機(jī)監(jiān)控和通信直流的放電操作按發(fā)電公司相關(guān)規(guī)程執(zhí)行。

4.3.9 事故備用電源測試

在進(jìn)行黑啟動試驗前，需測試在失去廠用電情況下，事故備用電源是否可正常投入，機(jī)電設(shè)備是否正常，如采用自動方式投入，測試從廠用電失電至備用電源自動投入間隔時長。正常情況下，備用柴油發(fā)電機(jī)組處于“自動熱備”運(yùn)行方式。

4.3.10 空載擾動試驗

機(jī)組帶廠用電運(yùn)行時調(diào)速器為頻率調(diào)節(jié)模式，在頻率波動較大時調(diào)速器動態(tài)響應(yīng)性能關(guān)系到機(jī)組的安全與穩(wěn)定，需在空載工況下進(jìn)行空載擾動試驗，以測試機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)空載及小網(wǎng)運(yùn)行PID 參數(shù)（bt、Td、Tn）設(shè)置是否合理，必要時進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化。

4.4 質(zhì)量控制點

（1）TG 2000H-3 測試系統(tǒng)的接線；

（2）壓力油系統(tǒng)各項參數(shù)率定；

（3）集水井水位上升率的率定；

（4）計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)斷電測試；

（5）緊急備用電源啟動測試；

（6）黑啟動試驗期間，110 kV 母線電壓不高于126 kV。

4.5 其它注意事項

（1）本次試驗由試驗工作小組組長統(tǒng)一指揮，由組長統(tǒng)一發(fā)令操作。各部門工作人員在試驗中遇到問題情況也應(yīng)向試驗組長直接進(jìn)行報告。

（2）試驗過程中，電站各種相關(guān)設(shè)備的操作由運(yùn)行值班人員進(jìn)行操作，不允許其他人員操作。

（3）試驗前應(yīng)對試驗方案進(jìn)行充分論證，對試驗中的危險點進(jìn)行分析研究，準(zhǔn)備必要的應(yīng)急措施。

（4）操作票中操作順序應(yīng)重新編寫，因本次試驗操作不是常規(guī)流程操作，應(yīng)按實際需要對操作步驟編寫。

4.6 報告與記錄

機(jī)組黑啟動性能測試記錄表、機(jī)組黑啟動演習(xí)評價表、流溪河發(fā)電公司1 號機(jī)組黑啟動過程動態(tài)參數(shù)記錄曲線、流溪河發(fā)電公司1 號機(jī)組黑啟動試驗報告。

5 結(jié)語

近年來，國內(nèi)外多次發(fā)生了電力系統(tǒng)大停電事故，造成了巨大的社會影響和經(jīng)濟(jì)損失。廣州電網(wǎng)黑啟動電源少、容量小，抵御電網(wǎng)嚴(yán)重故障能力不足。黑啟動恢復(fù)供電的范圍和速度受到嚴(yán)重限制，黑啟動能力亟待加強(qiáng)。在電網(wǎng)發(fā)生大面積或者全網(wǎng)停電的極端情況下，如果采取了適當(dāng)?shù)暮趩哟胧?，將能很大程上度縮短停電時間，從而避免因為長時間的停電對國民經(jīng)濟(jì)造成重大損失。黑啟動的關(guān)鍵是電源點的啟動，水輪發(fā)電機(jī)組與核電、火電等機(jī)組相比，具有廠用電少和輔助設(shè)備簡單并且啟動速度快等優(yōu)點，成為了黑啟動電源點的理想選擇。