基于柴油发电机的大型电站黑启动研究

杜 亭，吴国栋，谭斌忠，代佳俊

（雅砻江流域水电开发有限公司，四川 成都 610051）

0 引言

D 水电站总装机240 万kW，共4 台水轮机组，是国家“西电东送”重点工程。采用“远程控制，现场少人值守”的运行管理模式。年平均发电量117.76 亿kW·h，每年将大量电能输送至川渝及华东电网。当前社会对电力供应要求越来越高。虽然电网安全稳定控制理论及技术在不断发展、电网控制手段在不断进步，但是近年来世界范围内电力系统大停电事故依然时有发生。可见电网大面积停电风险依然存在。一旦发生电网系统稳定性被破坏，设备故障等问题引起电站全厂失压，需要迅速启动厂内黑启动流程，恢复厂内供电。因此做好对电网送电准备尤为重要。

1 厂内电源系统及黑启动电源

1.1 发送电系统

D 电站4 台机组单机额定功率600 MW，发电机出口电压20 kV，每台机组各接有主变压器1 台和厂高变压器1 台。经主变压器将20 kV 的电压升至500 kV 电压等级后送出；厂高变将20 kV 的电压降至10 kV 电压等级供厂内用电使用。500 kV 系统主接线采用3/2 接线方式，共有2 回送出线路。

1.2 厂用交流系统

D 电站正常运行时，厂用电系统采用10 kV、400 V 两级电压供电，由厂内厂用电系统和厂外厂用电系统2 部分组成。10 kV 厂用电，分为厂内Ⅰ母、Ⅱ母、Ⅲ母、Ⅳ母；厂外Ⅴ母、Ⅵ母、Ⅶ母共7 段。其中厂内4 段主电源取自厂高变21B～24B 低压侧，将机组出口20 kV 的电压降至10 kV。厂外Ⅴ母、Ⅵ母主电源分别取自厂内Ⅱ母、Ⅳ母联络供电。如图1 所示，Ⅶ母上配置有一台10 kV 柴油发电机为机组黑启动和防汛泄洪提供紧急备用电源。相邻段之间均设有备自投装置及母线联络装置，用于单段母线进线电源失电时联络供电。400 V 配电盘进线电源取自2段不同的10 kV 母线，经自用变压器降压至400 V。

正常情况下厂内10 kV 开关和400 V 开关均置远方模式，具备由远程集控上位机发令操作功能。柴油发电机组可以连续带额定功率运行4 h，可在自动模式下远程一键启动。

图1 厂用交流系统简图

1.3 厂用直流系统

厂内各区域直流系统均配有一定容量的蓄电池组，在交流电源中断情况下仍可为设备控制回路、机组直流用电、机组励磁系统直流启励回路、保护装置、事故照明提供电源，满足厂内黑启动要求。

图2 500 kV 接线简图

2 黑启动流程

在我国电力系统中，关于黑启动方案需要大量的指导原则提供科学的理论依据，因此安全有效地进行黑启动离不开科学的启动方案[1]。当送出线路故障，电站全部失压，外来电源全部中断，受机变技术供水、推力外循环、高压油系统、调速器系统等交流供电装置限制，1 号～4 号机均无法正常开机。需依靠启动柴油发电机，逐级恢复厂用10 kV 及机组400 V 辅助设备供电。现地手动操作发电机组带主变升压至额定电压，向500 kV 系统送电。通过远方倒闸方式实现500 kV 系统向其余主变、厂高变反送电，而后启动其余发电机组。根据10 kV 厂用电接线可先启动2 号或4 号水轮机组，本次选择先启动4 号机组。

2.1 500 kV 送出系统简化

拉开所有500 kV 开关、及送出线线路刀闸，其余刀闸保持不动。维持保护及自动装置不变，准备实施黑启动。

2.2 柴油发电机带厂用电

退出所有10 kV 备自投和机旁400 V 备自投，防止误动。拉开Ⅱ母、Ⅳ母、Ⅵ母、Ⅶ母上所有开关。启动开关站10 kV 柴油发电机，查柴油机正常后向Ⅶ母送电，查Ⅶ母电压正常。由于选择先启动4 号机组。故依次将Ⅶ母与Ⅵ母、Ⅳ母联络，查Ⅵ母、Ⅳ母电压正常。由Ⅶ母送电至4 号机机旁配电盘，机旁盘两段母线联络运行，恢复4 号机辅助设备供电。

2.3 4 号机开机，带主变升压

查4 号机具备自动开机条件后，上位机发令4号机开机至空转。检修人员配合解除调速、励磁并网信号，依次合上出口刀闸、手动起励，机组带主变升压至额定电压。

2.4 逐步扩大厂用电送电范围

4 号机变带电后，合上4 号主变4B 高压侧开关向500 kV #2M 充电，查500 kV #2M 充电正常。500 kV母线带电后合上2 号主变2B 高压侧开关向2 号主变、厂高变充电，查充电正常，给厂用电Ⅱ母充电，查Ⅱ母电压正常送电至2 号机机旁配电盘。恢复2 号机开机条件，远方发令开机至并网。拉开10 kV 联络开关，恢复Ⅳ母、Ⅱ母由厂用变压器供电的正常模式，停运柴油发电机。

2.5 恢复500 kV 系统，做好对电网送电准备

恢复500 kV 系统，通过倒闸，同上（2 号机）对3 号主变3B、1 号主变1B 充电，逐步恢复和调整400 V 厂用电正常运行方式。检查500 kV 开关合环运行正常。2 号机、4 号机带500 kV 系统合环运行，21B 带Ⅰ母，22B 带Ⅱ母、Ⅴ母， 23B 带Ⅲ母，24B 带Ⅳ母、Ⅵ母运行，Ⅶ母停电，厂用电系统已恢复供电。500 kV 两条线路具备对外送出条件。

3 黑启动存在风险及解决办法

（1）柴油发电机启动需依靠蓄电池作为启动动力电源，需保证蓄电池电压在22 V 以上，若电压较低则需要充电。为保证柴油发电机随时都可以启动，电厂运行人员每周定期启动柴油发电机空载运行15 min，抄录运行数据（电压、油压、水温）。检查柴油机运行工况，保证事故情况下能够及时启动柴油发电机。为检验柴油发电机带负荷能力，电厂多次进行柴油发电机带负荷试验，利用柴油发电机带动厂房排风洞400 V 风机，地下厂房10 kV 深井泵，检查风机排水泵启动正常，运行稳定。

（2）由于黑启动以后，机组并网发电没有送出通道，负荷仅为厂内负荷及生活营地等生活负荷。机组额定负荷为600 MW，厂内负荷估算仅有40 MW。而机组运行窝滞工况为0～140 MW。若长时间在此工况内运行，机组振动过大，容易对机组造成损伤。机组运转后应迅速启用生活营地及厂内设备大批负荷，保障负荷及电力供应平衡，尽快联系电网调度，如电网做好准备则尽快送电上网。其后需要对机组整体工况检查评估。

（3）当电网大面积停电，厂内失压，厂内消防系统也有瘫痪的可能，所以恢复过程中须特别注意厂区内消防安全。厂内通信设备可能瘫痪，手机等通信方式必然失去作用。除依靠内线电话，值守人员均配备有无线对讲机。保证事故情况下按照事故预案处理。

4 结语

电网黑启动涉及电网和厂站、子系统的划分、电源点和路径的选择、电网负荷恢复、电气计算和保护及自动装置的考虑等多方面的问题[2]，非常复杂。事故情况下需当班人员密切配合，临危不乱，安全迅速的黑启动对电网恢复供电具有重大意义。本文仅针对D 电站作为一个黑启动电源点在事故恢复过程中厂内运行方式倒换和操作步骤等情况进行分析，希望对同行业用户提供参考。