電源電站“黑啟動”的實(shí)現(xiàn)

【摘要】水力發(fā)電廠具備“黑啟動”的能力對發(fā)電設(shè)備及電網(wǎng)的安全具有重要意義。本文介紹了緬甸伊洛瓦底江（簡稱：伊江）上游水電站施工電源電站在孤網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行條件下，利用柴油發(fā)電機(jī)組提供的廠用及蓄電池直流系統(tǒng)的能量自啟動機(jī)組，恢復(fù)用電；分析了在“黑啟動”中的相關(guān)問題及采取的措施。

【關(guān)鍵詞】黑啟動；孤網(wǎng)運(yùn)行；電源電站；伊洛瓦底江

1.概述

電源電站位于緬北克欽邦其培市附近，伊洛瓦底江（IrrawadyRiver）（以下簡稱：伊江）上游干流恩梅開江（NmaiHka）一級支流其培河（ChipwiHka）交匯區(qū)域，是伊江密支那以上流域七級水電項(xiàng)目的施工電源。電源電站為引水式電站，工程由大壩、引水系統(tǒng)和廠房等組成。大壩正常蓄水位EL740m，最大壩高47.5m，壩址多年平均流量40.1m3/s，電站裝機(jī)容量3×33MW。大壩位于其培河上南烏村，距其培鎮(zhèn)約12km；電站廠房位于恩梅開江左岸，距上游其培鎮(zhèn)約9km，距離下游密松水電站約62km，距離上游其培水電站約20km。電站為地面式廠房，共布置三臺套立式?jīng)_擊式水輪發(fā)電機(jī)組，機(jī)組單機(jī)容量33MW，送出電壓等級為110kV。值得一提的是，電站初期運(yùn)行方式為孤網(wǎng)運(yùn)行，如果電源電站停電，整個(gè)系統(tǒng)只能依靠800kW的廠用柴油發(fā)電機(jī)提供零時(shí)電源供電啟動機(jī)組，恢復(fù)系統(tǒng)供電。[1]

本文以緬甸伊江項(xiàng)目施工電源電站孤網(wǎng)運(yùn)行為背景，對孤網(wǎng)運(yùn)行電廠成功取得“黑啟動”方案進(jìn)行和采取的措施進(jìn)行分析，為類似電廠運(yùn)行工況提供借鑒。

2.電廠“黑啟動”的指導(dǎo)思想

電源電站機(jī)組停電后，整個(gè)緬北132kV系統(tǒng)電網(wǎng)停電，電源電站廠用電系統(tǒng)全部消失，為了盡快回復(fù)供電，確保用電設(shè)備及人身安全，電源電站運(yùn)行值班人員即啟動機(jī)組“黑啟動”程序。啟動程序1：即啟動廠用柴油發(fā)電機(jī)，恢復(fù)廠用400V電源，利用恢復(fù)的廠用400V電源及220V直流系統(tǒng)啟動發(fā)電機(jī)組。啟動程序2：即全廠外來電源全部消失后，利用機(jī)組壓油裝置系統(tǒng)所儲存的液壓能量和廠內(nèi)220V直流系統(tǒng)電源，選擇自啟動條件相對較好的發(fā)電機(jī)組開機(jī)，使廠用400V電源電源系統(tǒng)恢復(fù)供電，為電網(wǎng)系統(tǒng)的恢復(fù)供電創(chuàng)造先決條件。

3.“黑啟動”相關(guān)設(shè)備問題及其措施

3.1調(diào)速系統(tǒng)

調(diào)速器油壓裝置系統(tǒng)是提供水輪機(jī)組液壓操作動力的裝置。在400V廠用電消失以后，程序2中水輪發(fā)電機(jī)組的啟動操作僅依靠油壓裝置壓力油罐儲存的能量來操作水輪機(jī)調(diào)速器裝置，因此調(diào)速器油壓裝置儲存的壓力油能量能否滿足調(diào)速器動作要求，是水輪發(fā)電機(jī)組“黑啟動”能否成功啟動的關(guān)鍵。緬甸伊江電源電站油壓裝置系統(tǒng)壓油罐容積600l，額定工作壓力6.3MPa，其正常工作油位范圍由壓油罐配置的自動補(bǔ)氣裝置來保障。油壓裝置系統(tǒng)配置2臺輸油量為1.4L/s壓油泵，兩臺壓油泵互為備用，自動運(yùn)行控制方式由油壓裝置系統(tǒng)配置的GE公司的可編程控制器PLC來實(shí)現(xiàn)，該油壓裝置系統(tǒng)控制程序流程考慮了機(jī)組“黑啟動”的要求。調(diào)速器控制系統(tǒng)采用交流和直流直流雙回路電源供電，在交流電源消失后由廠內(nèi)直流220V系統(tǒng)電源保持正常運(yùn)行。在無網(wǎng)頻信號的情況下“黑啟動”機(jī)組時(shí)，調(diào)速器控制系統(tǒng)將自動由跟蹤網(wǎng)頻狀態(tài)轉(zhuǎn)為跟蹤機(jī)組給定的50HZ的給定頻率狀態(tài)，防止調(diào)速器由于檢測不到網(wǎng)頻而失穩(wěn)。

3.2勵磁系統(tǒng)

電源電站采用廣州電器科學(xué)研究院/廣州擎天電氣控制實(shí)業(yè)有限公司開發(fā)的第四代微機(jī)勵磁系統(tǒng)EXC9000型全數(shù)字式靜態(tài)勵磁系統(tǒng)，其主要特點(diǎn)是功能軟件化、系統(tǒng)數(shù)字化[1]。該勵系統(tǒng)采用機(jī)組殘壓起勵和外部輔助電源兩種方式起勵，在機(jī)組殘壓起勵過程中，在晶閘管整流橋的輸入端僅需要約10V～20V的電壓即可正常工作，在10秒內(nèi)殘壓起勵失敗時(shí)，勵磁系統(tǒng)可以自動起動外部輔助電源供電的起勵回路，外部輔助采用直流電源起勵方式，整流柜風(fēng)機(jī)隨機(jī)組黑啟動時(shí)勵磁建壓啟動，確保孤網(wǎng)“黑啟動”功能實(shí)現(xiàn)。

3.3220V直流系統(tǒng)

電源電站廠用400V交流電源消失后，廠內(nèi)事故照明、主要控制系統(tǒng)和重要操作電源只能依靠廠內(nèi)220V直流系統(tǒng)供電，因此，“黑啟動”對直流系統(tǒng)的蓄電池容量有較高的要求。電源電站220V直流系統(tǒng)采用雙母線分段運(yùn)行方式運(yùn)行，共設(shè)有2組以浮充電方式運(yùn)行的蓄電池裝置。電源電站單組蓄電池組容量為490Ah，失去交流電源以后，單組蓄電池正常運(yùn)行可滿足廠內(nèi)供電2h以上，電源電站220V直流系統(tǒng)可滿足“黑啟動”要求。

3.4監(jiān)控系統(tǒng)

3.4.1系統(tǒng)電源

系統(tǒng)配備專用的UPS電源系統(tǒng)和監(jiān)控專用蓄電池組。在廠用400V電源消失工況時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)蓄電池組（15KVA，持續(xù)供電2個(gè)小時(shí)以上）能自動切換為UPS供電，保證監(jiān)控系統(tǒng)在“黑啟動”過程中該系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。針對電源電站孤網(wǎng)運(yùn)行特點(diǎn)，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)和設(shè)備選型等方面都注意孤網(wǎng)負(fù)荷特點(diǎn)，并滿足“黑啟動”要求。

3.4.2監(jiān)控系統(tǒng)程序優(yōu)化

（1）自動開機(jī)程序優(yōu)化

電源電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)選用北京中水科水電科技開發(fā)有限公司的H9000V4.0系統(tǒng)，在全廠交流失壓的情況下，系統(tǒng)若仍能實(shí)現(xiàn)自動開機(jī)將極大縮短廠用電恢復(fù)時(shí)間，為系統(tǒng)恢復(fù)做出貢獻(xiàn)。電源電站自動開機(jī)程序中，能否自動開機(jī)受開機(jī)條件中兩個(gè)電氣故障點(diǎn)限制，一個(gè)是“調(diào)速器壓油裝置失電”，一個(gè)是“GCB交流失電”。自動開機(jī)時(shí)，這兩個(gè)條件均不是重要條件，不影響機(jī)組正常開機(jī)與黑啟動操作。因此在自動開機(jī)流程剔除“調(diào)速器壓油裝置失電”，并在GCB同期程序中“允許無壓合GCB”，保留兩個(gè)電氣報(bào)警功能。

（2）取消事故低油壓事故停機(jī)出口

監(jiān)控程序中取消調(diào)速器事故低油壓停機(jī)功能出口，只保留報(bào)警功能。但油壓低緊急事故停機(jī)功能出口仍保留。

3.5后備電源系統(tǒng)

電廠按要求在廠房配置了一臺800KW柴油發(fā)電機(jī)作為備用電源，并使其供電機(jī)組機(jī)旁動力屏及滲漏排水泵。若因機(jī)旁供電失壓導(dǎo)致調(diào)速器壓油系統(tǒng)油壓低無法啟動機(jī)組，則可啟動柴油發(fā)電機(jī)供機(jī)組機(jī)旁動力柜，保證調(diào)速器壓油泵正常運(yùn)行，以確保機(jī)組黑啟動成功。

此外，電廠按要求在大壩配電室配置了一臺柴油發(fā)電機(jī)作為備用電源，并使其單獨(dú)供大壩配電母線，確保防汛需要。

3.6通訊系統(tǒng)

通訊系統(tǒng)具備程控等通訊方式，并設(shè)置專用的UPS電源，蓄電池容量300Ah，可持續(xù)供電40小時(shí)，以確保在各種極端事故情況下通訊暢通。

3.7值班人員

機(jī)組“黑啟動”操作方式為非正常啟動方式，要求電廠對運(yùn)行值班人員定期進(jìn)行“黑啟動”事故演練，增強(qiáng)機(jī)組“黑啟動”過程中的業(yè)務(wù)流程，使運(yùn)行人員熟練掌握，以便較少“黑啟動”時(shí)間，實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)失電后能及時(shí)準(zhǔn)確地完成機(jī)組啟動升壓帶廠用電的全過程，并確保兩個(gè)值守人員能獨(dú)立在上位機(jī)完成。此外，組織編制黑啟動標(biāo)準(zhǔn)操作卡，針對不同的機(jī)組黑啟動時(shí)均有相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)操作卡，用以指導(dǎo)黑啟動操作，避免忙中出錯，確保無誤操作事件發(fā)生。

4.成功案例

2011年9月至11月期間，電源電站機(jī)組首次在啟動柴油發(fā)電機(jī)組作為外來電源成功啟動多次，廠用電恢復(fù)正常運(yùn)行時(shí)間較迅速。

5.結(jié)束語

鑒于緬甸電源電站機(jī)組全停后，整個(gè)110kV送出系統(tǒng)將失去電源，為能迅速在系統(tǒng)失電情況下迅速啟動機(jī)組恢復(fù)供電，電源電站在設(shè)計(jì)時(shí)從設(shè)備選型、電源供電方式等采取了一系列的技術(shù)措施保證實(shí)現(xiàn)機(jī)組“黑啟動”。經(jīng)過實(shí)踐，在電源電站能成功實(shí)現(xiàn)機(jī)組“黑啟動”，并保證在沒有任何外來電源的情況下，順利迅速啟動機(jī)組，恢復(fù)廠用電源。