尼尔基发电厂黑启动方案分析

姚 远，张 强

（嫩江尼尔基水利水电有限责任公司尼尔基发电厂，黑龙江齐齐哈尔 161005）

尼尔基发电厂黑启动方案分析

姚 远，张 强

（嫩江尼尔基水利水电有限责任公司尼尔基发电厂，黑龙江齐齐哈尔 161005）

1 黑启动及黑启动方案

大面积停电后的系统自恢复通俗称为黑启动。具体是指整个系统因故障停运后，在系统全部停电，处于全“黑”状态下，不依赖别的网络帮助，通过系统中具有自启动能力的发电机组启动，带动无自启动能力的发电机组，逐渐扩大系统恢复范围，最终实现整个系统的恢复。黑启动的关键是电源点的启动，水轮发电机组与火电、核电机组相比，具有其它电力设备不具有的优点——辅助设备简单、厂用电少，启动速度快等。

作为一个相对独立的系统，水力发电厂的黑启动是指在无厂用交流电的情况下，仅仅利用电厂储存的两种能量——直流系统蓄电池储存的电能量和液压系统储存的液压能量，完成机组自启动，对内恢复厂用电，对外配合电网调度恢复电网运行。机组具有黑启动功能不仅是电站在全厂失电情况下安全生产自救的必要措施，也是电网发展的需要。

黑启动方案就是指电力系统发生大规模停电后，尽快有序地恢复并重新构建一种新的稳定运行方式的预案和实际操作方案。

2 尼尔基发电厂黑启动主要步骤

尼尔基发电厂采用河床式电站厂房，厂内装有4台ZZ587A—LH—732型水轮发电机组，单机容量62.25 MW，总装机容量250 MW。

2.1 发电厂一次系统

2台150 MVA主变压器，其机变接线方式为两机送一变扩大单元接线方式。发电机出口电压为13.8 kV，经主变升压为220 kV。1，2号机送1号主变，且在一号主变低压侧公共母线接有1号厂用变压器31 T，其带Ⅰ段厂用电源。3，4号机送2号主变，且在2号主变低压侧公共母线接有2号厂用变压器32 T，其带Ⅱ段厂用电源。1，2号主变送至220 kV公共母线，220 kV母线为单母线运行方式，最终通过线路断路器送至黑龙江省拉东变电站。

厂用电方面，10.5 kV共有3段母线。正常运行状态下，1号厂用变（31 T）、2号厂用变（32 T）运行分别为10.5 kVⅠ段母线及10.5 kVⅡ段母线送电。从地区变电所引来10.5 kV电源3开关正常在合闸状态单带10.5 kVⅢ段母线。1号厂用变压器31 T低压侧1开关单带10.5 kVⅠ段母线，2号厂用变压器32 T低压侧2开关单带10.5 kVⅡ段母线。10.5 kVⅠ，Ⅲ段母线联络1013开关及10.5 kVⅡ，Ⅲ段母线联络1023开关处于热备用状态。

2.2 水轮发电机组

水轮机为轴流转桨式，立轴布置，型号ZZA833—LH—640；发电机为立轴半伞式密闭自循环空气冷却三相凸极同步发电机，型号SF62.5—56/10850。额定容量62.5 MW，额定电压13.8 kV；额定电流2 988 A；额定转速107.1 r/min；额定频率50 Hz。

电厂励磁部分的调节器为双微机三通道调节器，其中A，B通道为微机通道，C通道为数字通道。正常工作时起励装置采用残压起励，黑启动时则采用零启升压的方式。

当失去厂用电源时，由于电厂调速器、监控现地LCU控制站和励磁装置均采用交、直流双路电源供电，均不影响其正常工作。

2.3 4号机组带厂用电（黑启动）送电操作顺序

拉开4号机引出线1341开关（并检查开关在开位）；拉开3号机引出线1331开关（并检查开关在开位）；拉开尼拉线引出线2251开关（并检查开关在开位）；拉开2号主变高压侧2202开关（并检查开关在开位）；合上2号主变中性点22022刀闸；拉开二号厂用变压器低压侧2开关；拉开地区10.5 kV开关（并检查开关在开位）；4号机组同期方式选择开关切至“手动”位置；4号机组同期切换开关切至“切除闭锁”位置（滑差表）；4号机A，B套励磁调节器切手动，系统电压跟踪退出，残压启励退出，零启升压投入；检查4号机灭磁开关在投入；用上位机下达开机令；将4号励磁调节器柜上“整流/逆变”把手切至“逆变”位置；检查4号机端电压为零伏，手合4号机引出线1341开关；将4号励磁调节器柜上“整流/逆变”把手切至“整流”位置，同时按4号机起励按钮及DDL触发按钮，机端电压建立后，手动增励至13.8 kV，将A，B套励磁调节器切至自动；合上2号厂用变压器低压侧2开关，带全厂厂用电。

3 黑启动的注意事项

1）根据事故处理原则中保证厂用电的原则，在发生事故时应在最短时间内恢复厂用电。因此在一般状况下，当厂用电失去时，首选的恢复方式是利用来自地区变电所的可靠电源，具有时间短、供电可靠等优点。只有在厂用电失去，地区变电站同样无法正常供电且短时间内无法恢复的时候，再采用黑启动方式。

2）因厂内各排水泵不能长期失电，而黑启动实施过程时间较长，因此尼尔基发电厂特设1台柴油发电机作为水泵的保安电源，可提供水泵近2 h的供电，避免发生更为严重的事故。

3）选择自启动机组时应选择备用状态较好（机组平时运行稳定性好、调速器和压力系统的油压较高）的机组进行自启动。根据尼尔基发电厂机组特性，带厂用电机组应首先选用3号机组或4号机组，而所有带厂用电机组压油罐压力必须在5.7～6.3 MPa之间，压力油罐油位在＋2 060～2 400 mm之间。如不能达到上述标准，应及时更换机组。

4）带厂用电机组升压前必须将主变高压侧开关断开,将机组同10.5 kV系统断开。

5）升压过程应缓慢进行，且电压每升高2 kV对发电机和变压器进行一次检查，无异常后才能继续升压。

6）恢复厂用电时应先恢复运行机组所在的相应段厂用电运行，然后迅速恢复运行机组的动力电源、自动化控制电源和厂房照明电源；有效利用0.4 kV系统的斯沃开关逐步恢复全厂厂用电。

7）在黑启动过程中，应派专人监视升压过程及机组启动过程，一旦发现异常情况，立即更换机组。

8）为保障黑启动可以顺利进行，发电厂在220 V交流回路中加装了一套UPS逆变电源，可将蓄电池内的直流电逆变成为交流电，保证黑启动前设备的运行。

4 制定黑启动方案的目的及意义

目前，我国还没有广泛适用于不同网络（运行方式和工况）的恢复方案，国家有关规定和规程以及相关文献对发电厂全厂停电的处理也较少涉及。作为电力系统恶性事故之一——全厂停电事故一旦发生，将给发电厂及国家带来巨大的经济损失。

通过对尼尔基发电厂黑启动方案的制定，可以确保事故发生后最短时间内有效恢复厂用电，并逐步恢复系统，减少事故损失，保障用户正常用电。

TV61

B

1002－0624（2011）05－0063－02

2010-12-22