电厂未雨绸缪-“黑启动”

杨德亿 叶秀英

摘要:“黑启动”是水电厂相对于其他形式发电厂的独具优势,它能确保电网的安全运行,减少电力系统发生重大停电事故时的损失。对具备“黑启动”功能的水电厂的要求是非常高的,同时该水电厂在系统中的作用和地位也是非常高的。具备“黑启动”功能,也将是今后水电厂发展的必然趋势。

关键词:大停电电力系统水电厂“黑启动”试验趋势

中图分类号:TM6 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)06(b)-0072-01

1 “黑启动”的由来和概念

2003年8月“美加大停电”造成美国近5000万人陷入黑暗,造成的经济损失每天可能多达300亿美元。2005年5月“莫斯科大停电”,波及25座城市。紧接着“印尼大停电”、“洛杉矶大停电”、“东京大停电”、“西欧大停电”等等。类似莫斯科、纽约那样大停电会不会再次在中国上演呢？因此,保证整个电力系统安全可靠运行已成为上自中央领导下至黎民百姓普遍关注的话题。像这样的大停电事故,是无法避免也无法做到零事故的,但是如何在事故发生后在最短时间内系统自恢复,减少损失,是我们刻不容缓需要解决的问题,因此“黑启动”概念便孕育而生了。

黑启动(Black-Start)又叫“零启动”,说得通俗一点,是指整个电网发生垮网事故时,在无法依靠其它电网送电恢复的条件下,通过电网内具有自启动能力机组的启动,给自身及无自启动能力的机组提供厂用电,使机组逐个启动并网,进而逐步扩大电力系统的恢复范围,最终实现整个电力系统的恢复。“黑启动”是一个形象化的提法,一个“黑”字,足以说明这种启动的原始状态和条件的恶劣。

2 “黑启动”试验的水电厂概述

火溪河发源于四川岷山山脉摩天岭北麓,是绵阳涪东上游左岸最大的一条支流,全长114km,全流域集水面积1494km2。现已建成了“一库四级”水电厂,自上而下,为水牛家、自一里、木座、阴坪,总装机容量400MW。龙头水电厂——水牛家具有多年调节能力,水库正常蓄水位2270.00m,总库容约1.435亿m3,其中调节库容1.092亿m3,该电站对下游梯级的补偿效益显著,可以增加下游3个梯级电厂期平均出力39.2%(56.1MW),平均年发电量增加0.377亿kw.h,并使枯水期电量占年发电量的比重提高到39.1%。

3 “黑启动”在火溪河流域的成功运用

早在2006年8月,四川省电力公司就在火溪河流域自一里水电厂进行了四川省内第一次电网“黑启动”试验。那次试验采用实战模式,在全厂失电的情况下,不启动柴油发电机直接由水轮发电机实现“黑启动”,当时仅在30min内就完成了手动开机带线路零起升压的全过程。

2008年5月12日14时28分04秒,“汶川大地震”猝然袭来,大地颤抖,山河移位,满目疮痍,生离死别……至今想起都还历历在目,心有余悸。当时整个火溪河流域四个水电厂的通讯、交通、电力全部中断,220KV输电线路全部永久性故障,靠外界恢复供电是不可能的了。安生部迅速启动应急预案,实施了自一里、木座两个电厂的“黑启动”,实现了自保自救,并且还向邻近电厂送电,对减轻地震损失和避免地震次生灾害的发生发挥了巨大作用,成为四川省内“黑启动”的第一个受益者。

2012年,省电力公司在四川境内数百家单位当中选择了八家有能力的单位做“黑启动”验证试验的试点单位,火溪河流域便理所当然地成为其中之一。3月6日,按照省电力公司的安排,在四川省调和试验公司相关人员的配合下,由华能涪江公司安全与生产部全权组织操作完成了火溪河流域第二座水电厂“黑启动”试验。

4 “黑启动”试验的注意事项

“黑启动”不是每个电厂都能完成的,它需要技术精湛的专业人员、统一调度的领导、团结合作的工作人员和可靠先进的设备。尤其是可靠先进的设备更是“黑启动”的基础,是它的灵魂,没有它根本无法实现“黑启动”。一个水电厂必需具备以下硬件条件才能实现“黑启动”。

(1)进水口球阀油压装置:球阀油压装置能够保证球阀全开全关一次的压力和油位。若操作过程中,油压不足时,在油泵无法启动时,可以手动给予补气,增加其压力。(2)调速器油压装置:调速油压装置要能满足导叶接力器全关1次,然后摆动若干次,又全开1次的油压和油位。若压力不够,也可按上面方法进行。(3)调速器具有孤网运行功能,能将频率控制在50±0.5Hz内。(4)励磁系统:1)由于失电,励磁风机不能运行,励磁系统不能长时间运行。2)对长线路充电问题,如果“黑启动”的机组需向系统充电,则需要考虑线路末端过电压问题,故“黑启动”机组带长线路起励时应采用零起升压得方式,手动慢慢升压。(5)轴承:由于全厂失电,冷却水无法正常供应,轴承温度和油温要能满足“黑启动”的要求。(6)直流系统:直流系统是电厂的继电保护、操作、控制、励磁、调速器、通讯、事故照明等运行的前提条件,应考虑直流系统的供电时间是否能滿足“黑启动”的要求。(7)UPS系统:监控系统显示器、调速触摸屏、励磁触摸屏、保护打印机、控制设备工控机等一般都用UPS供电,因此需要保证其供电的可靠性。(8)照明系统:厂房照明系统全停,试验人员需充分准备好照明设备,以免走错间隔,杜绝误操作现象的发生。

5 “黑启动”试验的操作步骤

“黑启动”验证试验采用实战模式,全厂失电,由2F机组自启动恢复厂用电。现在以此为例,简单介绍“黑启动”操作的重要步骤:

(1)检查2F机组恢复至正常备用状态。(2)检查辅机系统(油、水、气)是否满足要求。(3)与省调联系,将2F机组及主变从系统中申请解列退出运行,断开2#主变高压侧开关202DL。(4)断开厂用电Ⅲ段外送电源43DL。(5)断开41DL,42DL,厂用电全停。(6)将2F机组励磁调节器控制方式切“现在”,自动电压Ug设定为30%启励电压,电压自动跟踪退出。(7)用巡检钥匙将2F机组LCU控制方式切“现地”。(8)手动将2F机组技术供水电动蝶阀全开。(9)手动退出2F机组制动风闸。(10)手动退出2F机组空气围带。(11)手动退出2F机组调速器机械锁锭。(12)将2F机组调速器控制方式切“现地”,“电手动”方式。(13)手动开2F机组导叶至空载开度(12%),维持机组转速为95%－99%左右,稳定后将调速器切“自动”,维持机组额定转速。(14)手动启励建压,建压到机端电压约20%(机端电压约1500V至2000V)。(15)手动合机组出口断路器2DL对主变充电。(16)快速增加励磁,建压到10.3KV,密切注意机组各项参数。(17)手动合2号厂用变高压侧开关42DL。(18)检查厂用电400V恢复正常。(19)检查技术供水泵是否启动,如果未自动启动,则手动启动技术供泵运行。(20)全面检查,各设备是否都带电正常。

6 结语

“黑启动”是保障电网安全稳定运行的重要方案,是现代电力系统有效防灾的重要措施,是减少自然灾害和人为灾害带来的经济损失的重要手段。它是在“千拥万呼”中滋生出来的,是科学技术发展的必然产物,是电力行业的一次革新。我们坚信,全国大部分中小水电厂都将具备“黑启动”的功能是水电行业发展的必然趋势。