亭子口水电厂黑启动方案探讨

(嘉陵江亭子口水利水电开发有限公司，四川 苍溪，628400)

亭子口水电厂黑启动方案探讨

代云

(嘉陵江亭子口水利水电开发有限公司，四川 苍溪，628400)

在电网系统发生故障时，亭子口电厂作为川北电网的重要电源点，机组黑启动的可能性是客观存在的。本文结合亭子口电厂的实际，根据电厂实际接线及运行方式，对恢复厂用交流电源，以最快的速度实现电厂自救并向电网送电进行了分析探讨，并提出了具体的黑启动方案及步骤。

电网事故 亭子口水电厂 黑启动 方案

黑启动(Black—start)，是指整个系统因故障停运后，在无法依靠其它电网送电恢复的条件下，通过启动系统中具有自启动能力机组，带动无自启动能力的机组，逐步扩大系统的恢复范围，最终实现整个系统的恢复。水电站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。

现代电力系统，由于电网规模较大，一旦出现故障，影响面也很大，容易由局部故障而影响全局，乃至发生恶性连锁反映，造成灾难性的严重后果。电网发生电网瓦解或大面积停电事故，将给国民经济及电力系统本身都带来巨大的损失，这方面国内外均有过惨痛的教训。尽管平时已经采取了各种措施来预防事故发生，但是随着电网结构的复杂化，出现超校核水平故障发生的可能性日益增加。若事先采取相应措施，制定适当的启动程序，可尽快恢复系统运行并大大减少停电时间。黑启动方案的主要任务是最大限度地、快速而有序地恢复系统，最大限度地减少损失，因此研究并制定黑启动方案是很有必要的。

1 亭子口水电站运行方式

1、2号机组，3、4号机组分别作为一个扩大单元接入500kV母线。送出电线路只有亭中线一条，通过该出线接入巴中变电站，主要承担四川电网的调峰及电网紧急事故备用。

厂用电系统母线电压分为10kV和400V两个电压等级系统。

10kV厂用电系统母线共分8段：10kVⅠ～Ⅳ段接于厂内11B～14B厂高变，升船机用电10kV V、VI段分别接于厂内10kVⅠ段、Ⅲ段，坝区用电10kVⅦ段、Ⅷ段分别接于厂内10kVⅡ段、Ⅳ段，外来电源分别接入10kVⅠ段、Ⅳ段、Ⅶ段母线作为备用电源。正常运行时，10kV母线为分段运行，外来电源在热备状态。

400V厂用电系统共设有1、2号机组自用电，3、4号机组自用电，1号厂内公用电，2号厂内公用电，照明用电，升船机用电，坝区用电，进厂公路用电，左、右灌渠用电等11个主要用电点。每个400V供电点(除进厂公路用电，左右灌渠用电外)均设有两段400V母线，分别取自各对应的厂低变，通过联络开关实现相互备用。

不难看出，如果电网系统一旦出现较大故障，外来电源系统出现问题就将会导致亭子口电厂全厂厂用交流电源完全中断。

全站安装两台800kW柴油发电机，大坝柴油发电机接入大坝用电Ⅰ段400V母线作为大坝400V备用电源。厂房柴油发电机分别接入400V系统的1、2号机组自用电，3、4号机组自用电，1号厂内公用电，2号厂内公用电，照明用电作为厂房400V备用电源。厂房柴油发电机接线方式详见图1。

图1 亭子口水电厂厂房柴油发电机接线示意

2 处理思路的整理

作为当值的运行人员，首先要根据当时全厂设备的实际运行状态，如全厂所带负荷，有几台机组当时在运行状态，系统故障甩负荷后机组状态来选择黑启动机组。如果机组甩负荷后，机组被甩至空转态则选择该机组进行黑启动操作。如果机组被直接甩停，则选择备用机组进行黑启动，但是如果备用机组调速器油压过低，也可以选择刚刚甩停的机组来进行黑启动，还有机组在小负荷状态下的运行工况也要进行考虑。

因为1、2号机组自用电及3、4号机组自用电厂房柴油发电机都已接入，所以除去前面的必要条件外，可根据机组在小负荷状态下的实际运行工况选择1号或3号机组进行黑启动恢复厂用电。如在极端情况下，也可选择小负荷运行工况不佳机组黑启动成功恢复厂用电后，再行倒换。

因为还要考虑到厂内直流系统蓄电池的放电时间限制，开关站及机组直流系统极限放电时间均为10h左右，时间越往后直流系统蓄电池组的电压越低而且电压下降速度越快。为防止出现因直流电压过低造成的开关拒动及直流起励电源消失无法起励，从而导致机组黑启动失败，所以在进行黑启动操作时，尽可能将操作时间压缩在2h内完成。

3 机组黑启动方案的分析

根据亭子口水电厂的实际接线情况，以及厂内设备的实际运行方式特点。可以实现的黑启动方案有两种：厂房柴油发电机供电及大坝柴油发电机倒送电。

3.1 方案一：厂房柴油发电机供电

如图1所示，厂内800kW柴油发电机通过401开关和厂内所有400V系统相应开关与相应的400V母线均有连接，也就是说全厂的400V负荷都可以通过厂房柴油发电机供电。也包括机组的重要负荷，如：高顶油泵、水导外循环油泵、油压装置油泵等能影响机组正常运行的负荷。

(1)根据系统故障后机组的实际情况，先选择好最适宜的机组。将该机组所在400V自用电备自投退出并断开其进线电源开关后，再由厂房柴油发电机对其供电。再将该机组的发电机及水轮机动力柜倒换为联络运行，以便满足机组开机条件或机组运行条件。上述工作完成后，再视情况做开机或下一步处理。通过厂房柴油发电机带机组空载试验，厂房柴油发电机带机组空载时，其电压401V、电流124A、转速1500r/min、功率57kW。是完全满足需要的，虽然柴油发电机容量有800kW，但是为了不出现柴油发电机过载的情况，尽量将一些厂内不重要的三类负荷进行切除。

(2)执行黑启动方案一时，厂房柴油发电机投入前，要先确认该段机组自用电母线进线开关一定要在断开位置，不能对10kV母线反向送电。

(3)在通过厂房柴油发电机将机组开出至空载或维持机组在空载态后，需要尽快断开该机组主变高压侧刀闸，解开该机组调速器、励磁系统并网令端子后，将机组转为发电态后倒换厂用由该机组带，再对其余机组及全厂的设备逐一恢复至正常运行状态，等待调度指令配合对系统的恢复。因为柴油发电机使用的燃料为柴油，现场存储有限，运输也受时间限制，不经济也不环保。再加上柴油的运输和存储都具有一定的风险性，使得柴油发电机的使用受到很大的制约。

3.2 方案二：大坝柴油发电机倒送电

在最极端的情况下，系统出现重大故障、外来电源消失、厂房柴油发电机也出现故障的情况下，只能由大坝柴油发电机通过厂用系统线路，从大坝厂用系统将电源倒送回厂内。亭子口水电厂厂用系统及大坝厂用系统详见图2。

图2 亭子口水电厂厂用系统及大坝厂用系统示意

如图所示，大坝柴油发电机通过402开关与400V大坝用电I段连接。如要进行倒送电，必须将400V大坝用电I段、坝区用电10kVⅦ段、厂内10kVⅡ段、厂内10kVⅢ段母线上所有负荷都要切除掉，防止大坝柴油发电机运行中出现过载等意外事故，影响倒送电的成功从而影响到黑启动。启动大坝柴油发电机正常后，再手动合上必要相应的负荷开关。

(1)该方案较为复杂，所涉及的设备较多且操作范围较大，进行操作时需要配合的专业人员也较多(如：需二次人员解除相应开关的逻辑闭锁条件等)、对厂用电的恢复所需时间也比较长，不利于短时间进行黑启动工作和黑启动后下一步工作的开展和进行。

(2)大坝柴油发电机倒送电对大坝400V厂低变61B的冲击较大，而且所带400V、10kV母线较多，送电线路较长，对进行黑启动工作的安全性会有一定的影响。经倒送电带负荷试验：大坝柴油发电机倒送电分别带一台检修泵和一台渗漏泵运行正常(检修排水泵启动电流671A，运行电流：372A，运行电压384V；渗漏泵启动电流368A，运行电流158A，运行电压382V；柴油发电机带一台检修排水泵运行时转速1508r/min，频率50.2Hz，电压387V；柴油发电机带一台检修排水泵及一台渗漏排水泵运行时转速1508r/min，频率50.2Hz，电压385V)，证明大坝柴油发电机倒送电至厂房厂用电系统方案确实可行。

(3)大坝柴油发电机倒送电至厂内400V机组自用电母线后，其余操作步骤与方案一一致。

(4)基于安全性、经济性和可靠性的考虑。在通过大坝柴油发电机倒送电至厂用电并完成机组黑启动，待机组运行稳定后，要马上断开该机组主变高压侧刀闸，解开该机组调速器、励磁系统并网令端子后，将机组转为发电态后倒换厂用由该机组带，再对其余机组及全厂的设备逐一恢复至正常运行状态，等待调度命令随时准备配合对电网系统的恢复。

3.3 方案分析总结

通过上述对方案一、方案二的分析和比较，有了一个基本的对比。对比内容及结果详见表1。

表1 两种黑启动方案优劣对比

通过对比不难看出，在可持续性、经济性及环保性都一样的情况下，在其它几项对比内容中，方案一都要比方案二更适合作为常备黑启动的方案。而方案二基于对比内容差距，可作为对方案一的紧急备用或补充，使得亭子口水电厂的黑启动方案手段更加丰富和稳妥。

4 结语

水电厂的黑启动，作为反事故的最后一道防线，是不得已情况下所采取的特殊运行方式。当电力系统发生重大故障而导致大面积停电事故后的巨大损失，是与电网系统不能及时有效地恢复有直接联系的。亭子口电厂作为电网重要电源支撑点，有合理并可靠的黑启动方案，对消除电网事故影响，恢复厂内供电以及对配合电网恢复是多么的重要。

黑启动方案的具体步骤是比较复杂的一个过程，本文中只涉及到了通过以柴油发电机恢复机组自用电，来实现机组的黑启动恢复，未涉及对电网系统的恢复。另外文中的例子是预想在经历电网故障甩负荷后，机组及重要辅设没有出现重大缺陷的情况时的最理想状态下的假设，在实际中肯定还有许多的问题有待解决。

所以在日常工作中，运行人员应该加强演练以及事故反演，做到能熟悉掌握黑启动的方案及操作，以保证在各类复杂情况下，都能顺利地完成安全生产工作，来确保电网系统的稳定运行。

〔1〕陈积民，樊祥荣.电力安全生产[M].北京：中国电力出版社，1998.

〔2〕徐青山.电力系统故障诊断及故障恢复[M].北京：中国电力出版社，2007

〔3〕刘志鸿，耿敏彪.发电机组黑启动的实施方法[J].江苏电器.2005年01期.

TV737∶TM732

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2095-1809(2017)06-0050-04