大型水电厂一键黑启动方案及其系统试验

田小兵

(贵州构皮滩发电厂，贵州 遵义 564408)

大型水电厂一键黑启动方案及其系统试验

田小兵

(贵州构皮滩发电厂，贵州 遵义 564408)

介绍构皮滩发电厂在现场无人值班的模式下，针对系统全停，通过远方控制机组自启动，恢复厂内用电的一键黑启动方案。同时对设备改造和实际现场试验中发生的问题进行分析，该方案和具体试验经验针对无人值守的电厂有一定的可操作性，不再依赖人为启动柴油发电机，是一种快速有效的黑启动方法。

机组一键自启动;系统恢复;黑启动

图1 一键黑启动简要说明及其试验范围

0 引言

电厂黑启动是指在电厂全面积停电，无外来电源，机组无自用电的情况下，通过有黑启动能力的机组启动，带动自身厂用电，从而进一步带动全厂用电，正常恢复其他机组乃至整改系统的运行。

构皮滩电厂一键黑启动有别于以往的常规黑启动，不再依赖现场值班人员和柴油发电机。在现场无人值守，远程集控的情况下，通过上位机程序一键操作，直接完成设备的自启动，从而带动全厂厂用供电，完成黑启动。

1 一键黑启动方案主要内容

因为水电厂具有开机快，启动简单的特点，所以黑启动相对比较方便。同时作为无人值班，远程集控的电厂，不能再完全依赖传统的柴油发电机进行黑启动，所以通过远程控制，机组自身黑启动是最优的黑启动方案[1]。

1.1黑启动的范围

构皮滩电厂#2机组上位机一键黑启动采用机组作为电源点进行黑启动，如图1所示。当监控系统监测到全厂失压信号动作后迅速将告警信号发送至乌江集控中心及厂内24 h即时信息报警系统，由集控值班调度人员(或厂调度组人员)在上位机监控系统一键黑启动按钮对#2机组进行黑启动，将#2机组开至发变组“黑启动空载态”，然后靠10 kV及400 V厂用电自行恢复#2机组及公用充电装置厂用电。

试验范围：#2发电机及变压器组(发电组)、12B高压厂用变压器(高厂变)、10 kV II段母线及其负荷开关及所属400 V电压厂用电(厂用电)系统。

1.2技术措施

1.2.1 全厂失压信号监控改造

在数据库中增加“全厂失压”综合信号点，并将该信号送集控中心及厂内oncall系统，该信号的判断条件为所有机组机端电压及500 kV I、II段母线电压均小于额定电压的10%，10 kV母线电压均小于10%。

在计算机监控系统数据库全厂对象中，增加行为“全厂失压”，在对象编辑里，引入机组机端电压及500 kV I、II段母线电压，编写脚本全厂失压判断逻辑，再将该对象点引入全厂开关量中。在最后新增一点“黑启动全厂失压测试点”，用于全厂对象“全厂失压送集控”中脚本判断(模拟全厂失压)判据1：500 kV I段母线电压<50 kV且500 kV II段母线电压<50 kV且10 kV I段母线电压<1 kV且10 kV II段母线电压<1 kV且10 kV III段母线电压<1 kV且10 kV IV段母线电压<1 kV。

判据2：人为干预进行信号点强置为全厂失压(主要为试验时使用)

结论：若判据1和判据2中任意一项成立，判定为全厂失压情况成立，其他情况判断全厂失压情况不成立。

1.2.2 一键黑启动操作逻辑增加

分别新增机组一键黑启动操作命令及允许操作条件。该命令允许操作条件共10项：机组现地控制单元(LCU)在远方位置、全厂失压、机组无事故、机组消防无事故、进水口闸门全开(开关量)、发电机出口地刀在分位置、压油装置油压>5.2 MPa、主变高压侧地刀分闸、开关站直流系统两段母线电压正常>200 V、厂房直流系统两段母线电压正常>200 V。操作按钮设置在计算机监控系统中机组的“单元接线”画面，并将允许操作条件做成虚拟点上送集控中心。上述逻辑段中所有10项允许操作条件必须全部同时满足，才可进行黑启动操作。

1.2.3 解决无压状态时无法合发电机出口开关问题

原程序中机组在停机态时，机端电压无压，但是发电机出口断路器系统(GCB)无远方无压合闸程序。在原有程序中机组出口开关GCB在合闸位置时，上位机监控系统默认机组为发电状态，在此情况下无法下达机组开机令。本次一键黑启动前，在上位机增加“上位机允许无压合软压板”，当黑启动机组需无压合GCB时投入。该软压板投入后，机组能够正常判定为停机状态，上位机监控系统能够正常下达开机令，机组开机。

1.2.4 技术供水控制系统改造

原机组技术供水电磁阀控制电源为AC 220 V，在全厂失压时交流电源消失，电磁阀将无法打开，需将技术供水电磁阀控制电源改为DC 220 V电源控制，并对控制元件进行换型(继电器、接触器、空开)、满足黑启动机组技术供水控制要求。

1.2.5 励磁系统起励程序段优化

因一键黑启动后需带主变进行升压，但黑启动对GCB进行合闸后，励磁系统默认为已并网，励磁系统不能进行零起升压，需在励磁系统新增黑启动起励程序，使其满足一键黑启动要求。同时利用监控系统机组线路控制器(LCU)柜备用继电器开出励磁黑启动命令，当励磁系统收到该命令后进行黑启动状态下的励磁调节。

2 机组黑启动试验步骤

(1)完成下位机系统中#2机LCU、公用系统LCU、开关站LCU中黑启动相关可编程逻辑控制器(PLC)流程的添加。

(2)完成上位机系统中#2机黑启动相关数据库、控制画面、顺控流程等功能的配置工作。

(3)完成#2机黑启动相关开出信号核对。

(4)完成#2机黑启动相关流程静态试验。

(5)完成#2机黑启动动态试验。

3 一键黑启动静态试验

3.1静态试验目的

检查新增一键黑启动程序编写的正确性，检查新增改造项目的正确与否，检查新增程序的控制回路是否通畅并正确开出，检查终端设备能否正确接收程序信号。

3.2静态试验前设备状态要求

断开#2主变高、低压侧断路器和隔离刀闸，断开#2机组出口开关和隔离刀闸，断开#2高厂变出口开关092并摇至试验位置，断开#2机自用电10 kV 021开关并摇至试验位置，断开#2机自用电400 V 421开关并摇至试验位置，#2机组调速器切至现地控制方式，#2机励磁调节器切至现地控制方式，#2机技术供水切至现地控制方式。

3.3静态试验实施

(1)在上位机监控系统选定#2机一键黑启动按钮，启动#2机组黑启动程序自动开启#2发变组至空载状态并恢复自带厂用电。

(2)监视500 kV系统5021，5022开关、12B低压侧092开关、10 kVⅡ段上0120，001，021，047，023，031，033，041，053，025，043以及10 kVⅢ段上0230开关自动分闸正常。

(3)检查调速器接收到开机令，继电器动作。

(4)模拟机组空转态后检查励磁调节器接收到起励令。

(5)模拟机组空载态后和高厂变电压正常信号后，检查092，021，421开关合闸动作正常。

(6)全面检查#2发变组及所属辅机控制设备运行正常。

4 一键黑启动动态试验

4.1动态试验目的

在完成静态实验的基础上，按照真正的全厂失压去设置实验机组边界条件，检查黑启动流程执行时设备的实际动作情况，从而得到全过程中关于设备温度变化、辅助设备投入、一次设备动作、电压变化等原始数据，真正完成一次机组一键自启动试验。

4.2动态试验前设备状态要求

合上#2主变高、低压侧断路器和隔离刀闸，断开#2机组出口开关和隔离刀闸，合上#2高厂变出口开关，合上#2机自用电10 kV 021开关，合上#2机自用电400 V 421开关，#2机组调速器切至远方控制方式，#2机励磁调节器切至远方控制方式，#2机技术供水切至远方控制方式。

4.3动态试验实际动作流程

(1)在上位机监控系统选定#2机一键黑启动按钮，启动#2机组黑启动程序自动开启#2发变组至空载状态并恢复自带厂用电。

(2)监视500 kV系统5021，5022开关、12B低压侧092开关、10 kVⅡ段上0120，001，0230，021，023，031，033，041，053，025，043以及10 kVⅢ段上0230开关自动分闸正常。

(3)开启#2机组技术供水正常。

(4)调速器接收到开机令，机组转速上升正常值空转态。

(5)检测发电机出口开关GCB 802合闸正常，出口隔离开关8026在合闸位置。

(6)励磁调节器接收到起励令，机组机端电压正常，机组空载态。

(7)092，021，421开关合闸动作正常。

(8)发变组及所属辅机控制设备运行正常。

5 黑启动过程中注意事项

(1)启动试验过程中派专人在调速器电气控制柜监视转速和导叶动作情况，出现机组频率超过53 Hz，转速超过115% Ne而过速保护未动作时，应立即按下紧急停机按钮停机。

(2)启动试验过程中派专人在机房盘监视监视机组各轴承温度，当轴承温度上升至60 ℃(推力轴承温度上升至55 ℃)时，立即按下紧急停机按钮停机。

(3)启动试验过程中派专人在励磁调节柜监视机组励磁情况，发现励磁电压和机端电压异常波动情况时，立即紧急停机灭磁按钮停机。

(4)启动试验过程中派专人在#2机机组自用电监视机组自用电动作情况，启动总指挥在启动过程中发现机组空载正常后未能及时恢复机组自用电时，应立即通知现场人员合上#2机自用电Ⅱ段上推力外循环电源开关，启动机组推力外循环。

(5)启动试验过程中派专人监视#2机机组压油装置油压、油位变化情况，发现油压低于4.8 MPa事故低油压未动作或者油位越低低限情况，立即合上#2机自用电Ⅱ段上压油装置电源，启动压油装置油泵(或按调速器紧急停机电磁阀停机)。

(6)派人监视水车室顶盖水位情况，若出现水位异常升高情况，立即通知机旁盘监视人员合上#2机自用电Ⅱ段上水轮机动力柜电源开关，启动机组顶盖排水泵。

6 结束语

现场无人值班是目前水电厂正在探讨的一种新型工作模式，一键黑启动不需要现场人员，与传统的柴油发电机黑启动由很大区别，真正保证了现场无人时，系统失压后的迅速恢复，大大提高了系统的安全性。同时一键黑启动整个过程时间较短，相比传动的柴油发电机黑启动时效性和安全性更好，具有很好的推广性和借鉴性。

[1]赵秀奇.关于黑启动及试验[J].云南电力技术，2011.39(8)：24-26.

TM 621

B

1674-1951(2017)10-0060-03

2017-05-22；

2017-09-11

(本文责编：齐琳)

田小兵(1984—)，男，贵州遵义人，助理工程师，从事水电生产管理、运行调度、事故处理、设备试验、发电设备检修方面的工作(E-mail:54582100@qq.com)。