電力系統(tǒng)黑啟動(dòng)恢復(fù)過(guò)程中的注意事項(xiàng)

［摘要］電網(wǎng)一旦發(fā)生大停電事故，應(yīng)快速穩(wěn)定地恢復(fù)系統(tǒng)供電。文章分析黑啟動(dòng)恢復(fù)過(guò)程中需要注意的一些事項(xiàng)，保證電網(wǎng)安全的運(yùn)行。

［關(guān)鍵詞］電力系統(tǒng)；黑啟動(dòng)；注意事項(xiàng)

［作者簡(jiǎn)介］王琮輝，廣東電網(wǎng)公司江門恩平供電局工程師，廣東恩平，529400

［中圖分類號(hào)］ TM73 ［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］ A ［文章編號(hào)］ 1007-7723（2009）04-0049-0002

電網(wǎng)“黑啟動(dòng)”是指整個(gè)電網(wǎng)因故障崩潰停運(yùn)后，系統(tǒng)全部停電，處于全“黑”狀態(tài)，此時(shí)通過(guò)系統(tǒng)中具有自啟動(dòng)能力機(jī)組的啟動(dòng)和外來(lái)電源，帶動(dòng)無(wú)自啟動(dòng)能力的機(jī)組，逐步擴(kuò)大系統(tǒng)的恢復(fù)范圍，最終實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的恢復(fù)和正常供電。

一、黑啟動(dòng)原則

（一）目標(biāo)要求

電力系統(tǒng)黑啟動(dòng)是指在系統(tǒng)全停的情況下，利用系統(tǒng)外電源或系統(tǒng)內(nèi)具有自啟動(dòng)能力的機(jī)組逐步恢復(fù)系統(tǒng)正常運(yùn)行的過(guò)程。電力系統(tǒng)恢復(fù)的總目標(biāo)是在最短時(shí)間內(nèi)使系統(tǒng)恢復(fù)帶負(fù)荷的能力，具體要求有兩個(gè)：盡可能地用最小啟動(dòng)功率啟動(dòng)機(jī)組；制定嚴(yán)格的操作票制度，實(shí)現(xiàn)操作步驟最少。

（二）恢復(fù)方法

一般電網(wǎng)全停后主要靠?jī)煞N方法來(lái)恢復(fù)：從周邊還有電源的系統(tǒng)取得電源，用來(lái)恢復(fù)本地區(qū)的電網(wǎng)網(wǎng)架和啟動(dòng)本地區(qū)的主要電廠；利用本電網(wǎng)區(qū)域內(nèi)的、具有自啟動(dòng)能力的電廠首先啟動(dòng)，然后再逐步恢復(fù)系統(tǒng)。

（三）方案的制定

在制定黑啟動(dòng)方案時(shí)需考慮下列原則：路徑中電壓轉(zhuǎn)換的次數(shù)盡量少；每個(gè)方案的路徑長(zhǎng)度盡可能短；盡量先啟動(dòng)離重要負(fù)荷近的機(jī)組；每個(gè)方案開關(guān)操作次數(shù)盡量少；每個(gè)方案在啟動(dòng)容量允許的前提下，要選擇被啟動(dòng)機(jī)組的容量盡量大；便于主網(wǎng)架的快速恢復(fù)。

（四）子系統(tǒng)劃分

針對(duì)黑啟動(dòng)的具體情況，黑啟動(dòng)時(shí)可以將電網(wǎng)劃分成為多個(gè)子系統(tǒng)，各子系統(tǒng)內(nèi)部可以同時(shí)進(jìn)行黑啟動(dòng)操作，以加速全系統(tǒng)的恢復(fù)。每一個(gè)子系統(tǒng)都應(yīng)有1個(gè)主網(wǎng)架，包括子系統(tǒng)內(nèi)的黑啟動(dòng)電源、主要電廠、樞紐變電站和重要負(fù)荷。子系統(tǒng)劃分原則如下：根據(jù)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和黑啟動(dòng)電源所在的地理位置合理劃分子系統(tǒng)；各子系統(tǒng)至少有1個(gè)黑啟動(dòng)電源并具有較好的調(diào)頻調(diào)壓手段；各子系統(tǒng)應(yīng)具有明確可靠的同期并列點(diǎn)，子系統(tǒng)之間具有的合環(huán)點(diǎn)需要明確。

（五）電源電廠的選擇

選擇黑啟動(dòng)電源的電廠時(shí)應(yīng)遵循下列原則：盡量選擇調(diào)節(jié)性能好的、啟動(dòng)速度快、具備進(jìn)相運(yùn)行能力的機(jī)組；優(yōu)先選用直調(diào)電廠作為啟動(dòng)電源，其次選用用戶電源；盡量選擇接入較高電壓等級(jí)的電廠；有利于快速恢復(fù)其他電源的電廠；距離負(fù)荷中心近的電廠。

（六）恢復(fù)過(guò)程

黑啟動(dòng)中可以把恢復(fù)過(guò)程分為三個(gè)階段：形成獨(dú)立的子系統(tǒng)；各子系統(tǒng)的并列與合環(huán)；負(fù)荷的恢復(fù)，最終電網(wǎng)全面恢復(fù)正常運(yùn)行。

二、負(fù)荷恢復(fù)中的注意事項(xiàng)

第一，黑啟動(dòng)過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)按照負(fù)荷的重要等級(jí)，并考慮電網(wǎng)的穩(wěn)定及恢復(fù)速度有序恢復(fù)，在負(fù)荷恢復(fù)的過(guò)程中，系統(tǒng)頻率應(yīng)控制在49. 5～50. 5 Hz 之間。在調(diào)度操作方案中應(yīng)列出負(fù)荷恢復(fù)的優(yōu)先次序和數(shù)量，優(yōu)先保證各級(jí)電力調(diào)度機(jī)構(gòu)、電廠、通訊部門、黨政機(jī)關(guān)、重點(diǎn)廠礦企業(yè)的保安負(fù)荷等重要負(fù)荷的供電。

第二，負(fù)荷恢復(fù)過(guò)程中，電壓應(yīng)控制在0. 9～1.1p . u. 之間。每一步操作都需要監(jiān)測(cè)重要節(jié)點(diǎn)的電壓水平，否則極易導(dǎo)致黑啟動(dòng)失敗。

第三，負(fù)荷恢復(fù)過(guò)程中，系統(tǒng)應(yīng)留有一定的旋轉(zhuǎn)備用容量，旋轉(zhuǎn)備用容量一般不低于系統(tǒng)發(fā)電負(fù)荷的30 %。

第四，采用外網(wǎng)黑啟動(dòng)時(shí)，其容量較大、安全穩(wěn)定余度較高，故黑啟動(dòng)的同時(shí)即可恢復(fù)部分負(fù)荷；采用內(nèi)部自啟動(dòng)電源進(jìn)行黑啟動(dòng)時(shí)，其容量較小、啟動(dòng)及恢復(fù)速度較慢、安全穩(wěn)定余度較低，故黑啟動(dòng)的同時(shí)可恢復(fù)的負(fù)荷要根據(jù)機(jī)組的容量及運(yùn)行要求，密切配合調(diào)度人員和電廠運(yùn)行人員逐步恢復(fù)，不能操之過(guò)急。

第五，為了保證電網(wǎng)的電壓水平，要求電網(wǎng)中的無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備能根據(jù)電壓情況進(jìn)行必要投切，避免遠(yuǎn)距離輸送無(wú)功功率。

三、系統(tǒng)要求

（一）初始狀態(tài)

黑啟動(dòng)調(diào)度操作方案中應(yīng)根據(jù)其路徑方案明確各黑啟動(dòng)機(jī)組、被啟動(dòng)機(jī)組的初始狀態(tài)，以及各廠站上的初始狀態(tài)。對(duì)各廠站的黑啟動(dòng)初始狀態(tài)安排中，要有防止非同期合閘的操作及措施。黑啟動(dòng)機(jī)組、被啟動(dòng)機(jī)組的初始狀態(tài)應(yīng)保證直流及安全控制回路正常、機(jī)組的各參數(shù)正常、具備黑啟動(dòng)條件。黑啟動(dòng)路徑中各變電站應(yīng)按照預(yù)定方案倒為黑啟動(dòng)初始運(yùn)行方式，可以直接由外部受電，并可作為下一級(jí)廠站的電源。

（二）二次系統(tǒng)

1．直流系統(tǒng)

電網(wǎng)黑啟動(dòng)過(guò)程中，各調(diào)度機(jī)構(gòu)及廠站應(yīng)加強(qiáng)對(duì)直流系統(tǒng)的監(jiān)視和維護(hù)，采取減少直流負(fù)荷的措施，延長(zhǎng)直流電源的供電時(shí)間，一般情況下應(yīng)大于4小時(shí)。若變電站停電時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，直流電源已耗盡，將會(huì)造成斷路器和隔離開關(guān)等設(shè)備無(wú)法進(jìn)行自動(dòng)操作，從而導(dǎo)致黑啟動(dòng)時(shí)間延長(zhǎng)、延緩整個(gè)電網(wǎng)的恢復(fù)過(guò)程。

2．電力通信

電網(wǎng)黑啟動(dòng)過(guò)程中，各級(jí)調(diào)度機(jī)構(gòu)及廠站應(yīng)保持通信暢通，若不能直接聯(lián)系，可以通過(guò)第三方聯(lián)系。但系統(tǒng)全停時(shí)，通信系統(tǒng)應(yīng)立即按照應(yīng)急機(jī)制啟動(dòng)通信應(yīng)急預(yù)案，保證調(diào)度電話和繼電保護(hù)通道的暢通。

3．繼電保護(hù)

電網(wǎng)黑啟動(dòng)過(guò)程中，各保護(hù)應(yīng)充分考慮系統(tǒng)電源問(wèn)題，以保證在黑啟動(dòng)過(guò)程中快速切除故障。對(duì)繼電保護(hù)的要求為：重合閘應(yīng)退出運(yùn)行；過(guò)電壓保護(hù)必須投入；低電壓和低周保護(hù)(低周保護(hù)是當(dāng)電源頻率低于設(shè)定值時(shí)，保護(hù)電路就動(dòng)作，并發(fā)出報(bào)警信號(hào)) 停用。

4．安全自動(dòng)裝置

系統(tǒng)全停后，原則上退出區(qū)域穩(wěn)控裝置中的切除機(jī)組、切除負(fù)荷出口壓板，就地穩(wěn)控裝置的運(yùn)行狀態(tài)不變。

5．調(diào)度自動(dòng)化

電網(wǎng)黑啟動(dòng)過(guò)程中，調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)立即按照應(yīng)急機(jī)制啟動(dòng)自動(dòng)化應(yīng)急預(yù)案，保證自動(dòng)化信息的準(zhǔn)確、可靠。

四、黑啟動(dòng)決策支持系統(tǒng)

（一）人工制定黑啟動(dòng)方案的弊端

目前黑啟動(dòng)方案總體制定一般是根據(jù)系統(tǒng)的具體情況，人工選擇一條或幾條黑啟動(dòng)路徑，然后借助各種電力系統(tǒng)分析軟件對(duì)黑啟動(dòng)過(guò)程中所涉及的不同問(wèn)題分別進(jìn)行分析校驗(yàn)，確定可行的方案。但是人工制定方案有很大弊端：首先，黑啟動(dòng)方案的制定需要進(jìn)行大量的系統(tǒng)計(jì)算分析，靠人工對(duì)初選方案進(jìn)行分析比較，確定可行方案過(guò)程復(fù)雜，而且所能研究的方案數(shù)量有限，很難得到最優(yōu)的方案；其次，由于系統(tǒng)運(yùn)行情況的多變性，已制定的黑啟動(dòng)方案難以及時(shí)更新，不能適應(yīng)新的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式，影響黑啟動(dòng)方案的可用性。

（二）黑啟動(dòng)決策支持系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)

為了克服人工制定黑啟動(dòng)方案的不足，根據(jù)黑啟動(dòng)的特點(diǎn)，借助人工智能搜索技術(shù)，并結(jié)合傳統(tǒng)的數(shù)值計(jì)算方法和優(yōu)化規(guī)劃技術(shù)設(shè)計(jì)的一種黑啟動(dòng)決策支持系統(tǒng)，可為調(diào)度人員提供一個(gè)科學(xué)、直觀的決策依據(jù)。決策支持系統(tǒng)的一個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)是：方案制定者可根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際狀態(tài)，及時(shí)快速地修正黑啟動(dòng)方案庫(kù)。

（三）黑啟動(dòng)決策支持系統(tǒng)特性及發(fā)展方向

通常設(shè)計(jì)的黑啟動(dòng)決策支持系統(tǒng)需要具有較強(qiáng)的抗干擾能力、自學(xué)習(xí)能力、良好的可維護(hù)性和靈活處理恢復(fù)中遇到的各類實(shí)際問(wèn)題的能力。隨著電網(wǎng)規(guī)模越來(lái)越大，建立自適應(yīng)的黑啟動(dòng)策略將成為一個(gè)趨勢(shì)。

五、結(jié)語(yǔ)

伴隨著電網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大，電網(wǎng)事故的幾率也在增大，造成電網(wǎng)大面積停電的原因變得越來(lái)越復(fù)雜。若電網(wǎng)發(fā)生大面積停電甚至全部停電事故，其恢復(fù)的難度遠(yuǎn)大于因設(shè)備故障而造成的個(gè)別地區(qū)部分停電。因此，除了加強(qiáng)電網(wǎng)建設(shè)和安全管理，還要做到防患于未然，對(duì)電力系統(tǒng)黑啟動(dòng)進(jìn)行深入的研究，一旦發(fā)生電網(wǎng)全?；蛘叽竺娣e停電事故，電網(wǎng)黑啟動(dòng)預(yù)案將發(fā)揮極其重要的作用。

［參考文獻(xiàn)］

［1］蔡述濤，張堯，荊朝霞. 地區(qū)電網(wǎng)黑啟動(dòng)方案的制定［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2005，29(12).

［2］諶軍，曾勇剛，楊晉柏，等. 南方電網(wǎng)黑啟動(dòng)方案［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2006，30(9).