龍門灘梯級水電站機組黑起動方案

陳能伯

(泉州市龍門灘引水工程管理處，福建泉州362500)

1 引言

黑起動，是指整個系統(tǒng)因故障停運后，不依賴于別的網(wǎng)絡幫助，通過系統(tǒng)中具有自起動能力機組的起動，帶動無自起動能力的機組，逐漸擴大系統(tǒng)恢復范圍，最終實現(xiàn)整個系統(tǒng)的恢復［1］。本文在介紹和分析了龍門灘梯級水電站傳統(tǒng)黑啟動方案不足的基礎上提出新型黑啟動方案。

龍門灘梯級水電站隸屬于泉州市龍門灘引水工程管理處，總裝機為5.08 MW，其中一級電站裝機為2×(9+1.6)MW;二級電站裝機為2×(13+1.8)MW(注:1.6 MW和1.8 MW的發(fā)電機組為1999年后技改的，由一臺水輪機帶二臺發(fā)電機)。該梯級電站于1999年進行改造，以計算機監(jiān)控系統(tǒng)取代常規(guī)控制方法，2006年又對系統(tǒng)進行一次升級，實現(xiàn)了城關調控中心的遠程監(jiān)控，它是泉州電網(wǎng)的主力發(fā)電企業(yè)之一，也是泉州電網(wǎng)“黑啟動”的主要啟動電源。該梯級電站遠離負荷中心，與系統(tǒng)的聯(lián)系比較薄弱，一旦發(fā)生全廠停電事故，若不能及時恢復廠用電，不僅不能挽救電網(wǎng)，而且很有可能發(fā)展成水淹廠房及全廠機電設備失控的重大事故，將造成巨大的經(jīng)濟損失。因此，龍門灘梯級水電站機組“黑啟動”能否成功，對及時地恢復廠用電，保證自己的機電設備安全和防止水淹廠房事故乃至整個泉州電網(wǎng)都具有重要意義。

2 龍門灘水電站機組傳統(tǒng)黑啟動方式

當前很多水電站都進行了計算機監(jiān)控系統(tǒng)改造，但機組的“黑啟動”仍用傳統(tǒng)的“黑啟動”方式，即手動方式來完成，其黑啟動的傳統(tǒng)方式為:

1)檢查確認機組符合黑啟動的相關條件(油壓在正常范圍、鎖錠、制動閘動作良好)。

2)檢查確認機組與系統(tǒng)隔離(相關的短路器和隔離開關在斷開狀態(tài))。

3)投入主變中性點隔離開關。

4)投入機組冷卻水系統(tǒng)。

5)手動拔出機組鎖錠，手動撤除機組制動閘。

6)將調速器切手動，手動將導葉打開至空載開度，監(jiān)視機組轉速達到額定轉速并穩(wěn)定運行，再將調速器切回自動。

7)投入機組勵磁系統(tǒng)，手動起勵，監(jiān)視發(fā)電機機端電壓正常。

8)投入廠用變壓器，逐步恢復廠用系統(tǒng)。

9)對外恢復電網(wǎng)供電，具體方式在內部已經(jīng)恢復廠用電的基礎上由電網(wǎng)調度員調度。

這種黑啟動方式主要的不足是速度慢、成功率較低。

3 龍門灘水電站機組黑啟動方案

3.1 黑啟動原則

確認系統(tǒng)故障導致大面積停電或廠用電全部消失后，運行人員應及時開啟所有事故照明設備，在權限范圍內自行斷開有關設備開關，并在計算機監(jiān)控系統(tǒng)控制程序中進入“黑啟動”操作畫面，做好黑啟動準備，取得調度同意后，選擇油壓較高、自啟動能力好、能自動開機的機組做“黑啟動”機組，盡快開機恢復廠用電，廠用電恢復后，聯(lián)系調度逐步向系統(tǒng)恢復送電。

3.2 黑啟動程序

龍門灘梯級水電站在第一次計算機監(jiān)控系統(tǒng)改造時，機組黑起動采用傳統(tǒng)方式，曾多次出現(xiàn)機組黑起動失敗，2006年計算機監(jiān)控系統(tǒng)升級改造時，針對以前出現(xiàn)的問題，設計了一個單獨的機組黑啟動開機程序，把黑起動作為一個獨立的工況處理，在保證機組安全的前提下，減少黑起動工況的起動條件，因為交流輔助設備不能投入運行，所以黑起動開機的起動條件及程序比正常開機要少得多，具體起動流程如圖1所示。

圖1 龍門灘電站機組黑啟動流程圖

4 黑啟動的試驗及運行情況

自2006年黑啟動程序投運以來，每年試驗一次均園滿成功，表1是最近一次(即2009年4月23日)的試驗數(shù)據(jù):

表1 黑啟動程序試驗數(shù)據(jù)表

實際的黑啟動情況也很理想:如2009年8月22日，110kV線路相間距離I段保護動作，造成一、二級電站4臺機組復合電壓過流保護動作停機的事故，二級電站14∶17∶40線路保護動作跳閘至14∶33∶52二級電站1#機黑啟動完成，自保廠用電，用了17分35秒，除去事故處理時間，執(zhí)行黑啟動方案至廠用電恢復只用了3分56秒。這說明該黑啟動方案快速、操作方便且成功率高。

5 經(jīng)驗總結

1)機組黑起動的關鍵是調速系統(tǒng)和直流系統(tǒng)。對于調速系統(tǒng)，由于廠用電消失，壓油泵不能正常運行，水輪發(fā)電機組黑啟動的關鍵是能否將水輪機導葉開啟的油壓及油槽油位維持在正常的工作范圍以內，以滿足機組的開機要求。所以在事故處理時要迅速、果斷、準確。龍門灘一、二級梯級水電站的4臺機組都進行過黑啟動試驗，結果表明:調速系統(tǒng)均能滿足要求。對于直流系統(tǒng)，其可靠性對機組黑啟動的成功起著決定性的作用，所以在事故處理中應盡可能節(jié)省直流電源，盡量采取手動操作。同時，要對蓄電池嚴格的維護，定期容量校驗，以保證供電可靠性。尤其要注意檢查測量直流系統(tǒng)運行時的浮充電壓、浮充電流是否符合蓄電池的要求，以免浮充電壓/浮充電流過高或過低而影響蓄電池的使用壽命。

2)機組黑起動過程中，監(jiān)控系統(tǒng)是區(qū)別于正常開機的專用程序。對勵磁系統(tǒng)沒有特別要求，而對于調速器來說則有特別要求。正常情況下，機組在電網(wǎng)中轉速基本穩(wěn)定。而機組黑啟動后自成一個小網(wǎng)，此時調速器弧立于電網(wǎng)運行，對轉速的控制要求很高。

3)監(jiān)控系統(tǒng)UPS電源對黑起動也有較大影響。計算機監(jiān)控系統(tǒng)配備專用的不間斷電源裝置與蓄電池，但蓄電池的使用壽命不長，所以黑啟動過程中，操作要準確、迅速，做到一次成功。同時，對蓄電池嚴格維護并定期校驗容量，保證監(jiān)控系統(tǒng)在黑起動過程中正常運行。

6 結束語

龍門灘梯級電站采用“監(jiān)控專門程序”的黑啟動方案后，四臺機組均可以作為黑起動的電源，在系統(tǒng)停電時能夠在最短的時間內黑啟動成功，恢復廠用電，并對電網(wǎng)供電。有效提供了泉州電網(wǎng)黑起動的一個穩(wěn)定起動電源點。

［1］熊惠敏，房鑫炎，等.電力系統(tǒng)全網(wǎng)停電后的恢復－黑啟動綜述［J］.電力系統(tǒng)及其自動化學報，1999(3):12－17.