電力系統(tǒng)黑啟動試驗方法研究

金 新 曹德鑫

（牡丹江水力發(fā)電總廠，黑龍江 牡丹江 157000）

1 概述

所謂黑啟動（Black-start），是指整個電力系統(tǒng)因故障停運后，在無法依靠其它電網(wǎng)送電恢復(fù)的條件下，通過啟動系統(tǒng)中具有自啟動能力的機(jī)組，帶動沒有自啟動能力的機(jī)組，逐步擴(kuò)大系統(tǒng)的恢復(fù)范圍，最終實現(xiàn)整個系統(tǒng)的恢復(fù)?，F(xiàn)代電力系統(tǒng)，由于電網(wǎng)規(guī)模較大，一旦出現(xiàn)故障，影響面也很大，容易由局部故障而影響全局，乃至發(fā)生惡性連鎖反映，造成災(zāi)難性的嚴(yán)重后果，這方面國內(nèi)外都有過慘痛的教訓(xùn)，如2003年美加8.14大停電事故就是典型的事例。電網(wǎng)發(fā)生電網(wǎng)瓦解或大面積停電事故，將給國民經(jīng)濟(jì)及電力系統(tǒng)本身都帶來了空前的損失。如果一個電網(wǎng)事前未進(jìn)行全網(wǎng)的黑啟動方案研究，無任何黑啟動措施，一旦發(fā)生了大面積停電或電網(wǎng)全網(wǎng)停電后，電網(wǎng)的復(fù)雜性和龐大性也使電網(wǎng)的恢復(fù)過程變得空前的復(fù)雜，運行人員往往束手無策，恢復(fù)供電復(fù)雜而費時，電網(wǎng)恢復(fù)非常緩慢，用戶停電時間延長，停電的損失和影響擴(kuò)大，將給國民經(jīng)濟(jì)和人民生活帶來極大的損失，甚至影響社會安定。若事先采取相應(yīng)措施，制定適當(dāng)?shù)膯映绦?，可盡快恢復(fù)系統(tǒng)運行并大大減少停電時間。因此，鏡泊湖發(fā)電廠作為黑龍江省東部電網(wǎng)的黑啟動源頭參加了黑龍江省東部電網(wǎng)黑啟動試驗。水電機(jī)組作為啟動電源最為方便，啟動過程較快，從機(jī)組啟動速度、調(diào)節(jié)系統(tǒng)特性及可持續(xù)供電時間來看，是比較理想的黑啟動電源。黑龍江省電力有限公司的這次黑啟動試驗是以鏡泊湖發(fā)電廠老廠一臺機(jī)組作為系統(tǒng)"全黑"情況的黑啟動電源，進(jìn)而通過新廠地下電站、溫春變，啟動牡丹江第二發(fā)電廠，然后逐步恢復(fù)電網(wǎng)供電。

2 黑啟動試驗前的準(zhǔn)備工作

2.1 黑啟動試驗前提

按黑龍江省應(yīng)急事故處理預(yù)案，黑龍江省網(wǎng)發(fā)生全停事故，按電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，將省電網(wǎng)分成四片同時進(jìn)行黑啟動，東部網(wǎng)為鏡泊湖發(fā)電廠、牡丹江、雞西電網(wǎng)。當(dāng)系統(tǒng)全部停電，鏡泊湖發(fā)電廠與系統(tǒng)解列，廠用電全停，事故照明投入時以鏡泊湖發(fā)電廠老廠作為黑啟動電源啟動?xùn)|部網(wǎng)。

2.2 黑啟動試驗條件

在黑龍江省黑啟動試驗前，鏡泊湖發(fā)電廠老廠并不具備成熟度的黑啟動試驗條件，原因及解決方案：

2.2.1 鏡泊湖發(fā)電廠老廠，沒有柴油機(jī)組，也就說在系統(tǒng)"全黑"的情況下沒有（除保溫機(jī)組外）帶廠用電的電源，在進(jìn)行理論分析核實計算后，購入一臺由英國威爾信工程有限公司生產(chǎn)的35kW P44E1型柴油發(fā)電機(jī)組。

2.2.2 黑啟動試驗也可由保溫機(jī)組帶廠用電，而本次黑啟動試驗，保溫機(jī)組還肩負(fù)著帶鏡泊湖發(fā)電廠新廠廠用電的任務(wù)，而現(xiàn)在鏡泊湖發(fā)電廠老廠保溫機(jī)組勵磁裝置、調(diào)速器設(shè)備老化、運行特性差，根本不具備條件，經(jīng)研究決定進(jìn)行更換。將原勵磁裝置更換為北京吉思公司生產(chǎn)的GEC-S01/S02型全數(shù)字微機(jī)勵磁裝置，原調(diào)速器更換為天津電氣傳動研究所生產(chǎn)的TDBYWT步進(jìn)電機(jī)型微機(jī)調(diào)速器。

在對鏡泊湖發(fā)電廠老廠相應(yīng)設(shè)備增設(shè)更換，并對運行人員進(jìn)行新設(shè)備的培訓(xùn)講解，使其能夠熟練掌握后，使得鏡泊湖發(fā)電廠老廠具備了相應(yīng)的黑啟動試驗條件。

3 黑啟動技術(shù)措施

3.1 要求直流系統(tǒng)運行可靠和蓄電池容量滿足要求。

3.2 確保事故照明自動切換裝置工作正常，事故時可靠投入。

3.3 確保通訊直流電源可靠工作，系統(tǒng)暢通。

3.4 確保直流逆變電源可靠運行，以保證中控室綜合屏、監(jiān)控機(jī)電源等可靠運行。

3.5 投入220kV線路電網(wǎng)安全自動裝置，確保在恢復(fù)送電過程中的電能質(zhì)量。

3.6 做好保廠用電源和黑啟動電源的安全隔離措施。

3.7 老廠2臺機(jī)組和保溫機(jī)組調(diào)速器、勵磁裝置交直流電源開關(guān)可靠投入。

3.8 柴油發(fā)電機(jī)工況良好，平時維護(hù)到位，具備隨時啟動條件。

3.9 黑啟動機(jī)組的交、直流工作電源及自動裝置具備條件，在黑啟動時進(jìn)行相應(yīng)的切換和投入。

3.10 黑啟動機(jī)組勵磁裝置性能優(yōu)良抗干擾能力強(qiáng)、手自動切換無波動。

4 黑啟動試驗啟動運行方式

黑啟動前鏡泊湖發(fā)電廠正常運行方式：鏡老廠2臺18MW機(jī)組和2臺1.25MW保溫發(fā)電機(jī)組通過鏡聯(lián)線送至鏡新廠開關(guān)站母線。鏡新廠4臺15MW發(fā)電機(jī)組通過鏡新廠開關(guān)站母線經(jīng)鏡溫線送至溫春變接入系統(tǒng)，省際聯(lián)絡(luò)線鏡平線投入運行。

以下以保溫機(jī)組為例，簡述鏡泊湖發(fā)電廠黑啟動過程：啟動保溫機(jī)組通過10.5kVⅡ段聯(lián)絡(luò)電纜、廠西10.5kV母線、45T帶廠用400V母線廠用負(fù)荷或啟動柴油發(fā)電機(jī)通過電纜和開關(guān)接至400V廠用電母線帶老廠1臺機(jī)組主要負(fù)荷。新廠廠用電通過新老廠專用線由老廠向新廠提供或通過1號機(jī)恢復(fù)新廠220kV系統(tǒng)后，由新廠220kV 2、3號主變獲得?；謴?fù)老廠廠用電后，啟動老廠1號機(jī)組作為系統(tǒng)恢復(fù)電源，老廠1號機(jī)組經(jīng)1號主變零起升壓通過鏡聯(lián)線向新廠220kVⅡ母線充電，經(jīng)母聯(lián)2800開關(guān)通過220kVⅠ母線，利用220kV鏡溫線送入系統(tǒng)。新老廠廠用電恢復(fù)后根據(jù)省調(diào)指令啟動新老廠機(jī)組，啟動牡二廠機(jī)組、恢復(fù)牡丹江、雞西電網(wǎng)，進(jìn)而恢復(fù)省東部網(wǎng)最終逐步恢復(fù)整個省網(wǎng)系統(tǒng)。

結(jié)語

通過本次黑啟動試驗，為我廠在系統(tǒng)"全黑"情況下的快速啟動恢復(fù)系統(tǒng)供電積累了寶貴的經(jīng)驗，也為我廠完善黑啟動于預(yù)案提供了寶貴的實踐基礎(chǔ)。作為鏡泊湖發(fā)電廠老廠的運行管理操作人員，我們還應(yīng)考慮到事故真正發(fā)生時可能遇到的緊急意外情況，如直流系統(tǒng)運行不可靠、事故照明異常、現(xiàn)場通訊中斷等等不可預(yù)期的情況，只有我們平時做好充分的事故預(yù)想，才能在可能的黑啟動過程中做到萬無一失，確保電網(wǎng)安全快速的恢復(fù)，將國民經(jīng)濟(jì)和人民財產(chǎn)的損失降到最低。

[1]王士政.電力系統(tǒng)控制與調(diào)度自動化[M].北京:中國電力出版社.2008.

[2]山西省電力公司.電網(wǎng)調(diào)度[M].北京:中國電力出版社.2009.