水电黑启动的实现方法

杨启军，张 莉

(重庆电力高等专科学校，重庆400039)

彭水水电站位于重庆市彭水县的乌江上，是乌江干流水电开发的第10个梯级。坝址距彭水县城上游11 km，距乌江河口涪陵区约147 km，至重庆直线距离约170 km。电站装机容量5×350 MW，送出电压等级为500 kV，用水张一线和水张二线两回出线送电到张家坝500 kV变电站。彭水电站是目前重庆境内装机容量最大的水电站，也是重庆三个水电黑启动子网中最重要子网的黑启动电源，其黑启动成功与否对重庆电网的影响是巨大的。

1 重庆电网水电黑启动方案简介

所谓黑启动(Black-start)，是指电力系统在系统全停的情况下，利用系统内具有自启动能力的机组或系统外电源，逐步恢复系统正常运行的过程。

重庆电网的水电黑启动方案是基于重庆电网自身而不依赖于邻网的黑启动方案。在水电黑启动方案中，将重庆电网划分为三个子网同时启动，子网1为不含长寿、万州片区的主城区电网，黑启动电源为彭水电站;子网2为长寿片区电网，黑启动电源为江口电厂;子网3为万州片区电网，黑启动电源为重庆云阳冉家坝电站。重庆电网220 kV及以上电网的黑启动由市调负责，上述三个子网同时启动。

在电网恢复一定规模后，主网(子网1)与长寿片区电网(子网2)在张家坝站220 kV母联开关检同期并列。在通过500 kV网络送电至万州变后，在万州站母联214开关恢复万州片区电网(子网三)与主网检同期并列，最后恢复全网正常运行方式并送出全部负荷。

在具备与四川电网和华中主网并列的条件后，应及时恢复与四川电网及华中主网的并列。

2 水电黑启动在彭水电站的实现方法

2.1 黑启动初始状态

2.1.1 二次系统的初始状态

彭水电厂黑启动时，应退出全厂AGC及单机AGC控制，退出各机组失磁保护、各主变冷却器全停保护8LP4，退出各机组一次调频功能，退出各机组开机带基荷软压板。

2.1.2 电气主系统的初始状态

彭水电站电气主接线如图1所示。依据调令断开水张二线开关5052和主变1～4B开关5001、5002、5003、5004，各机组均处于备用状态。除水张一线开关5051、母联开关5012、主变5B开关5005处于合闸状态外，其余各开关处于备用状态。

图1 电气主接线

2.1.3 10 kV厂用电系统的初始状态

彭水电站厂用电系统接线如图2所示。将10 kV厂用电系统的11B～14B厂变开关111、112、113、114断开。同时，也断开厂用10 kV母线II段上至大坝10 kV开关柜的出线开关205，10 kV母线IV段上至大坝10 kV开关柜的出线开关406，厂用10 kV母线III段上近区变电站供电开关003，大坝10 kV母线V段上近区变电站供电开关005。

图2 厂用电主接线

2.2 黑启动总体思路和步骤

根据彭水电站电气一次接线及厂用电接线的具体情况，黑启动的总体思路是:首先，启动柴油发电机组，为4#机组的启动创造条件;其次，启动4#机组，并带主变采用零起升压，4#机组在黑启动中的作用是为其余各机组提供厂用电;再次，启动5#机组，并带主变、母线、水张一线零起升压;最后，按照正常启动方法，分别依次启动1#、2#、3#机组，并将相应发变组和水张二线并入系统。上述过程大致可分为八个阶段，下面分别加以叙述。

第一阶段，启动柴油发电机组，恢复0.4 kV 3#、4#机组自用电母线Ⅱ段供电，为4#机组的启动创造条件，如图3所示。主要电气操作任务如下:

(1)断开泄洪坝段Ⅱ段所有负荷开关，断开电源开关 454、B34、434、J34，并摇至试验位置;(2)启动柴油发电机 6F;(3)依次合 B0、B46、B34、10P-57、2P-53开关，向3#、4#机组自用电Ⅱ段送电。

图3 柴油发电机带3、4#机组自用电接线图

第二阶段，启动4#机组带变压器零起升压，先后恢复10 kV母线IV段及10 kV母线III段，以及大坝10 kV母线VI段的供电，再由它们恢复各自段上的0.4 kV负荷段的供电。上述各段供电正常后，停止柴油发电机组。本阶段主要电气操作步骤如下。

(1)检查4#机组自用电负荷全倒至3#、4#机组自用电母线II段。开机条件满足后，将4#机组自动开机至空转状态，然后合上其出口开关4;接着将4#机励磁系统控制方式切换至FCR方式，按下4#机组励磁现地建压按钮，监视发电机变压器自动升压至额定值;(2)合上 114、G34、J56、403、G12、J12、G56、G78开关，并依次检查10 kVⅣ段是否运行正常，2#公用Ⅱ段带Ⅰ段和5#机组自用电Ⅱ段带Ⅰ段联络运行正常，10 kVⅢ段带电正常。以及1#公用Ⅱ段带Ⅰ段、1#和2#机组自用电Ⅱ段带Ⅰ段、500 kV开关站用电Ⅱ段带Ⅰ段、厂内照明用电Ⅱ段带Ⅰ段联络运行正常;(3)摇入电源开关434至工作位置，检查0.4 kV 3#、4#机组自用电II母进线开关434三相电压正常，断开2P-53开关，合上434开关，检查0.4 kV 3#、4#机组自用电II母运行正常，手动启动4#发电机1#水导、推力外循环泵，摇入J34并合上J34开关，检查0.4 kV 3#、4#机组自用电联络运行正常;(4)合上406开关，检查进水口用电、尾水用电、升船机用电、船闸用电联络运行正常;(5)依次断开10P-57、B46、B0开关，停止柴油发电机运行，摇出10P-57、B46开关;摇入电源开关454至工作位并合上454开关，摇入B34开关至工作位，检查大坝用电联络运行正常。

值得说明的是，为使0.4 kV 3#、4#机组自用电母线I、II段改由4#机供电，应合上434开关和J34开关，但为防止与柴油发电机非同期并列，应先断开2P-53开关，2P-53开关的作用，如图3所示。同时10 kV泄洪坝段母线 I、II段供电应改由大坝10 kV母线VI段经54B供电。

第三阶段，启动5#机组，带5#机组主变，500 kV母线及水张一线、张隆一线(张家坝变电站与隆盛变电站间的线路)及隆盛站500 kV母线零起升压，升压成功后将4#机组并入电网。本阶段的主要操作任务如下:(1)按调令将5#机组自动开机至空转状后，合上其出口开关5;然后将机组励磁系统控制方式切换至FCR方式后，按下其励磁现地建压按钮，监视5#发变组，500 kVⅠ、Ⅱ母线及水张Ⅰ线自动升压的状态;(2)根据重庆孤网负荷情况调频、调压，频率按照50±0.5 Hz控制，控制5#机组机端电压不超过17.55 kV，确保隆盛站母线电压不超过550 kV;(3)接调令同期合上5004开关，将4#发变组并入电网。

第四阶段，启动1#机组，将1#发变组并入电网，使10 kV母线VI段带电，恢复本段所带0.4 kV负荷的正常供电。其主要工作如下:(1)将1#机组自动开机至空转状态，合上机组出口开关1，按下其励磁现地建压按钮，然后接调令同期合上5001开关，将1#发变组并入电网;(2)合上111开关，检查10 kVⅠ段带电正常;(3)检查1#和2#机组0.4 kV自用电分段、500 kV变电所0.4 kV用电分段、0.4 kV厂内照明用电分段、0.4 kV 1#公用分段运行是否正常。

第五阶段，启动2#机组，并将2#发变组并入电网，使10 kV母线II段带电，恢复本段所带0.4 kV负荷的正常供电。其主要工作如下:(1)2#机组自动开机至空转状态，合上机组出口开关2，按下其励磁现地建压按钮，然后接调令同期合上5002开关，将将2#发变组并入电网;(2)合上112开关，检查10 kVⅡ段带电正常;(3)检查0.4 kV 2#公用分段、0.4 kV 5#机组自用电分段、0.4 kV 3#及4#机组自用电分段运行是否正常。

第六阶段，启动3#机组，并将3#发变组并入电网，使10 kV母线III段改由13B供电，恢复本段所带0.4 kV负荷的正常供电。其主要工作如下:(1)将3#机组自动开机至空转状态，合上机组出口开关3，按下其励磁现地建压按钮，然后接调令同期合上5003开关，将3#发变组并入系统;(2)断开403开关，合上113开关，检查10 kVⅢ段带电正常;检查0.4 kV 1#和2#机组自用电分段、0.4 kV的500 kV变电站用电分段、0.4 kV厂内照明用电分段、0.4 kV 1#公用分段运行正常。

第七阶段，合上205、003、005开关，调整恢复大坝10 kV供电，并带上泄洪坝段用电负荷。其方法如下:(1)合上 205、003、005开关，检查进水口用电、尾水用电、升船机用电、船闸用电分段、泄洪坝段用电分段、泄洪坝段用电负荷开关;(2)合上1～5#主变保护冷却器全停保护压板8LP4。

第八阶段，待水张二线带电正常后接调令同期合上5052开关。

3 结论与思考

作为重庆组网(子网1)的黑启动电源，彭水电站黑启动的正确实施，是重庆电网在没有外来黑启动电源的情况下，迅速恢复电网正常运行的关键环节。但在实施的过程中，以下几点应引起注意:

(1)在10 kVⅣ段带电后可以停止柴油发电机，并切换3#、4#机组自用电0.4 kVⅡ段由10 kVⅣ段供电。但此过程中4#机辅助设备会有瞬时失电的风险。所以，应手动启动水导、推力外循环油泵。若在恢复3#、4#机组自用电Ⅰ段后再停柴油发电机，将3#、4#机组自用电Ⅱ段倒由10 kVⅣ段带，则不会有4#机停辅机的风险，但应考虑柴油发电机支撑时长的限制问题。

(2)水电黑启动试验时，在4#、5#机并网后可以先给 1#、2#、3#主变充电带 10 kV Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段，而不需要1#、2#、3#机组带主变零升，这样做可以减少操作项目。但此时是孤网运行比较脆弱，对1#、2#、3#主变充电肯定会在合闸时造成一定冲击和波动。

(3)水电黑启动试验时，如果励磁调节器有纯手动调节模块，在零起升压操作时，为保证升压成功，应尽量使用纯手动调节功能。

［1］ 王洪楠.水电站黑启动功能的意义及应注意的问题［J］.西北水电，2010，(5):63-64，78.

［2］ 税利荣，胡刚，吴登高.江垭水电站机组黑启动功能的实现［J］.水电站机电技术，2013，(6):40-42.