尼爾基電廠黑啟動方案研究

高 洋

(嫩江尼爾基水利水電有限責任公司，內(nèi)蒙古 莫旗 1628500)

1 概述

黑啟動:指整個系統(tǒng)因故障停運后，不依賴別的網(wǎng)絡(luò)的幫助，通過系統(tǒng)中具有自啟動能力的機組的啟動，帶動無自啟動能力的機組，逐步擴大電力系統(tǒng)的恢復(fù)范圍，最終實現(xiàn)整個電力系統(tǒng)的恢復(fù)。

1.1 電網(wǎng)安全穩(wěn)定的要求

電力系統(tǒng)穩(wěn)定性定義包含3個內(nèi)容:不發(fā)生主系統(tǒng)的非同步運行;不發(fā)生頻率崩潰;不發(fā)生電壓崩潰。在原則上，首先應(yīng)當盡一切可能防止主系統(tǒng)出現(xiàn)穩(wěn)定破壞事故。對于主系統(tǒng)的穩(wěn)定破壞，如果處理不當或者因繼電保護等不正確動作，都可能導(dǎo)致系統(tǒng)大面積長期停電的事故，因此，考慮電力系統(tǒng)可能出現(xiàn)的最壞情況，從最壞處著眼，建立應(yīng)對電網(wǎng)失去穩(wěn)定性的措施，確實是保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的最后一道防線。

1.2 黑啟動的劃分

黑啟動的實質(zhì)是指在電網(wǎng)發(fā)生大面積或全網(wǎng)停電的情況下，電網(wǎng)利用內(nèi)部部分發(fā)電機組(即電源)自身或外來的動力資源發(fā)電機組啟動達到額定轉(zhuǎn)速并建立正常電壓，有步驟地對電網(wǎng)進行充電，恢復(fù)電網(wǎng)運行和用戶供電。

目前，電力系統(tǒng)的黑啟動主要分為電網(wǎng)黑啟動和水電站黑啟動兩個層面。

1.2.1 電網(wǎng)黑啟動

電網(wǎng)黑啟動是指系統(tǒng)全部停電后(不排除獨立小電網(wǎng)仍維持運行)，迅速恢復(fù)電網(wǎng)供電的方式。電網(wǎng)恢復(fù)的基本方法有串行恢復(fù)和并行恢復(fù)兩種。

1)串行恢復(fù)

串行恢復(fù)是在大多數(shù)發(fā)電機并網(wǎng)前對整個(或局部)網(wǎng)絡(luò)進行充電。在電網(wǎng)局部和子系統(tǒng)恢復(fù)時常被電網(wǎng)所采用。串行恢復(fù)存在的主要問題是:高壓輸電系統(tǒng)充電是系統(tǒng)產(chǎn)生的無功常常超出實施充電的發(fā)電機的無功吸收能力，可能導(dǎo)致系統(tǒng)端出現(xiàn)過電壓。

2)并行恢復(fù)

并行恢復(fù)是將系統(tǒng)分成幾個子系統(tǒng)同時恢復(fù)，各子系統(tǒng)同步后進行同期并列將整個網(wǎng)絡(luò)連接起來。在系統(tǒng)全黑情況下或沒有任何外部互聯(lián)情況時，因子系統(tǒng)同步恢復(fù)能顯著縮短恢復(fù)時間，因而此方案通常被全電網(wǎng)所采用。

1.2.2 水電站黑啟動

水電站黑啟動是指機組在無0.4 kV廠用電情況下，依DC220V電源迅速完成機組自啟動，對內(nèi)恢復(fù)廠用電，并配合調(diào)度對電網(wǎng)安全恢復(fù)。水電站黑啟動的基本任務(wù)為:對內(nèi)恢復(fù)廠用電;對電網(wǎng)安全恢復(fù)，即用機組自啟動后并對電網(wǎng)進行充電。

2 黑啟動試驗步驟及注意事項

對于對內(nèi)恢復(fù)廠用電，水電站能否自啟動的關(guān)鍵是開機操作時導(dǎo)水機構(gòu)的油壓維持時間和蓄電池(含UPS)的供電維持時間。為了預(yù)防尼爾基廠廠用電失去，而短時間不能恢復(fù)送電的情況下，為盡快恢復(fù)廠用電電源，保證設(shè)備正常運行，減少事故造成的損失，結(jié)合尼爾基發(fā)電廠實際，制定黑啟動試驗程序如下:

2.1 開機試驗前設(shè)備運行狀態(tài)(利用4#機組試驗)

1)3#機停止備用，出口開關(guān)及出口刀閘在開位。

2)10.5 kVⅡ段母線所有負荷倒Ⅰ段運行，2號廠用變高壓側(cè)開關(guān)在合位，低壓側(cè)開關(guān)在分位。

3)2#主變高壓側(cè)開關(guān)在分位，高壓側(cè)刀閘在分位，中性點刀閘在合位。

2.2 試驗步驟

2.2.1 第一次試驗(4#機油壓在6.0～6.3MPa)。

1)檢查4#機壓油罐油壓在試驗定值范圍內(nèi)，并由專人監(jiān)視記錄油壓及油面。

2)將4#機壓油泵手/自動切換把手放切。

3)將4#機機旁動力盤上勵磁風機動力電源切除。

4)4#機調(diào)速器在自動，調(diào)速器交流電源切除。

5)4#機A、B套勵磁調(diào)節(jié)器切手動，系統(tǒng)電壓跟蹤退出，殘壓啟勵退出，零啟升壓投入。

6)將同期選擇把手放切除位置，通知值長上位機自動開機。

7)機組轉(zhuǎn)速建立后，確認發(fā)電機出口殘壓低于0.3kV，開關(guān)操作把手入試驗位置，手動合4#機出口1341開關(guān)。

8)待4#機轉(zhuǎn)速達到90%以上額定轉(zhuǎn)速，操作4#機勵磁調(diào)節(jié)器，零起升壓至13.8kV，將勵磁調(diào)節(jié)器切自動。

9)將4#機勵磁風機動力電源投入。

10)將4#機壓油泵手/自動切換把手放自動。

11)將調(diào)速器交流電源投入。

12)合上2#廠用變壓器低壓側(cè)開關(guān)，將10.5kVⅡ段負荷倒回，由4#機單獨帶一側(cè)廠用電，至機組帶0.4kV動力電源后，記錄油壓、油面及試驗結(jié)束時間，并實測機組震動、擺度等運行情況。

13)將10.5kVⅡ段負荷倒至10.5kVⅠ段，拉開2#廠用變壓器低壓側(cè)開關(guān)。

14)試驗結(jié)束，4#機停機。

2.2.2 第二次試驗(4#機油壓在5.7～6.0MPa)

1)重復(fù)步驟一中1～5項措施。

2)將同期選擇把手放切除位置，通知值長4#機上位機自動開機。

3)觀察記錄油壓下降情況。

4)重復(fù)第一次步驟中7～11項試驗步驟，不帶廠用電負荷。

5)通知值長4#機停機。

2.3 安全措施

2.3.1 技術(shù)措施

1)試驗前檢查被試驗機組應(yīng)處于良好狀態(tài)，壓油裝置油面、油壓均在合格范圍內(nèi)，并由檢修安排人員做好記錄。

2)將壓油泵切除后，及時記錄切除時間，以及當時油壓、油面，并作好監(jiān)視和記錄。

3)分別監(jiān)視記錄壓油裝置油壓降至自動啟動時的時間、油面、油壓;降至備用泵啟動的時間、油面、油壓;降至5.0 MPa的時間、油面;降至4.8 MPa時的時間、油面。

4)確定壓油裝置油面低于520 mm以下、油壓降至4.8 MPa以下及時啟動壓油泵(需要現(xiàn)場確認一下)。

5)機組開機建立起電壓后，恢復(fù)廠用電時，將壓油泵投入自動運行，并記錄當時的油面和油壓。

6)試驗過程中加強監(jiān)視水輪發(fā)電機組、變壓器、調(diào)速系統(tǒng)、勵磁系統(tǒng)等運行情況，任意一處出現(xiàn)異常應(yīng)立即停止試驗。

7)機組單帶廠用電后，測量機組振動、擺度，并作好記錄。

8)分階段記錄試驗時間，包括開機令下達到建立電壓時間及廠用電倒閘操作完成時間。

9)在第一次、第二次試驗過程中如果因調(diào)速器用油量大，導(dǎo)致油壓降低過多造成事故油壓保護動作或自動不能開機等，應(yīng)立即將壓油泵(兩臺)投入“自動”試驗終止。

10)試驗前準備工作必須充分，將可能影響開機的環(huán)節(jié)提前在現(xiàn)場作試驗驗證;運行提前準備好倒閘操作票，防止非同期。

2.3.2 組織措施

1)試驗前，參加試驗人員應(yīng)熟悉試驗方案，明確整個試驗程序，提前作好各項準備。

2)試驗前后組織人員檢查現(xiàn)場安全措施是否完善，試驗工作是否安全可靠。

3)試驗中要服從指揮，相互配合，發(fā)現(xiàn)問題及時匯報。4)應(yīng)做好各項停用的交流電源記錄、監(jiān)視技術(shù)記錄、時間記錄、測量記錄、巡視檢查。

5)從值長下令開機時刻為開始時間，發(fā)電機電壓調(diào)整到額定為終止時間及帶上廠用電時間，設(shè)專人記錄。

2.4 結(jié)論

經(jīng)過上述2次不同油壓狀態(tài)下開機試驗，證明即使油壓在最不利情況下也能夠滿足機組開機并帶上負荷，黑啟動試驗成功。

3 尼爾基廠用機組帶廠用電(黑啟動)送電原則及操作順序

3.1 全廠廠用電失去時送電原則

1)立即啟動柴油發(fā)電機帶機組頂蓋排水泵負荷，在時間允許情況下再帶大南滲漏泵、廠房滲漏泵負荷。(柴油發(fā)電機運行期間由檢修人員監(jiān)視、維護)。

2)立即退出主變冷卻器全停跳閘連片，投入事故照明，在變壓器恢復(fù)送電前投入主變冷卻器全停跳閘連片，待廠用系統(tǒng)恢復(fù)正常后將事故照明切至正常。

3)匯報廠領(lǐng)導(dǎo)及通知檢修人員。

4)聯(lián)系黑龍江省調(diào)、拉東變電所、莫旗變電所或根據(jù)設(shè)備運行情況分析判斷，確認1小時內(nèi)220kV尼拉線、地區(qū)10.5kV廠內(nèi)備用電源線路，任一條線路不能恢復(fù)送電，并請示廠長同意，按機組帶廠用電操作順序開機帶廠用電。

5)帶廠用電機組應(yīng)首先選用3號機組或4號機組;所有帶廠用電機組壓油罐壓力必須在5.7MPa～6.3MPa，壓油罐油位在+2 060～2 400 mm。

3.2 機組帶廠用電運行方式送電操作順序(以4#機為倒)

1)拉開4#機引出線開關(guān)(或檢查開關(guān)在開位)。

2)拉開3#機引出線開關(guān)(或檢查開關(guān)在開位)。

3)拉開尼拉線引出線開關(guān)(或檢查開關(guān)在開位)。

4)拉開2#主變高壓側(cè)開關(guān)(或檢查開關(guān)在開位)。

5)合上2#主變高中性點刀閘。

6)拉開2#用變壓器低壓側(cè)開關(guān)。

7)拉開地區(qū)10.5kV開關(guān)(或檢查開關(guān)在開位)。

8)4#機組同期方式選擇開關(guān)切至“手動”位置。

9)4#機組同期切換開關(guān)切至“切除閉鎖”位置(滑差表)。

10)4#機A、B套勵磁調(diào)節(jié)器切手動，系統(tǒng)電壓跟蹤退出，殘壓啟勵退出，零啟升壓投入。

11)檢查4#機滅磁開關(guān)在投入。

12)用上位機下達開機令。

13)將4#勵磁調(diào)節(jié)器柜上“整流/逆變”把手切至“逆變”位置。

14)檢查4#機端電壓為零伏，手合4機引出線開關(guān)。

15)將4#勵磁調(diào)節(jié)器柜上“整流/逆變”把手切至“整流”位置，同時按4#機起勵按鈕及DDL觸發(fā)按鈕，機端電壓建立后，手動增勵至13.8kV，將AB套勵磁調(diào)節(jié)器切至自動。

16)合上2廠用變電器低壓側(cè)2開關(guān)，帶全廠廠用電及生活區(qū)負荷。

17)將頂蓋排水泵、廠房滲漏排水泵及大壩灌漿廊道滲漏排水泵負荷倒回由機組帶，停柴油發(fā)電機。(拉、合各泵雙投刀閘前應(yīng)將控制開關(guān)放至“切”位)。

18)尼拉線或地區(qū)10.5kV開關(guān)恢復(fù)送電后將廠用系統(tǒng)恢復(fù)正常運行方式運行。

4 結(jié)束語

在電網(wǎng)發(fā)生大面積或全網(wǎng)停電的情況下，如果沒有任何黑啟動措施，將使得停電時間大大延長，甚至對電網(wǎng)安全恢復(fù)無從入手，不知所措，并由此造成國民經(jīng)濟的重大損失。水電站的水輪發(fā)電機組是電網(wǎng)安全恢復(fù)首選的黑啟動電源，與火電、核電機組相比，水輪發(fā)電機結(jié)構(gòu)簡單，沒有復(fù)雜的輔機系統(tǒng)，廠用電少，啟動速度快，是安全、理想、方便的電網(wǎng)安全恢復(fù)工具之一。