西藏中部電網(wǎng)黑啟動方案

龍迪，董衛(wèi)國

(1.華北電力大學(xué)，北京 102206;2.西藏電力有限公司，西藏 拉薩 850000)

1 引言

2012年7月發(fā)生的印度大停電事故突顯電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行對國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展造成的深遠(yuǎn)影響，現(xiàn)代電網(wǎng)企業(yè)盡管生產(chǎn)管理水平不斷提高，成熟技術(shù)得到廣泛應(yīng)用，但電網(wǎng)結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，耦合更為緊密，大面積停電的風(fēng)險(xiǎn)依然存在。大停電后系統(tǒng)的恢復(fù)步驟復(fù)雜，影響因素較多，為確保電網(wǎng)網(wǎng)架在最短時(shí)間內(nèi)有效恢復(fù)，將停電帶來的影響降到最低，制定完善、行之有效的電網(wǎng)黑啟動方案十分必要。

2 西藏中部電網(wǎng)運(yùn)行方式概況

截止2012年底，西藏中部電網(wǎng)(以下簡稱藏中電網(wǎng))總裝機(jī)容量924.57MW，其中水電裝機(jī)容量461.14MW;火電裝機(jī)348.75MW;光伏裝機(jī)80MW;地?zé)嵫b機(jī)27.18MW;其他能源裝機(jī)7.5MW。主網(wǎng)電壓等級220kV，涵蓋四地一市，電網(wǎng)接線如圖1所示。

藏中電網(wǎng)運(yùn)行特性總結(jié)概括主要有以下幾點(diǎn):

(1)水電占電源結(jié)構(gòu)比重較大，運(yùn)行方式受季節(jié)來水影響明顯，電網(wǎng)主網(wǎng)架處于110kV向220kV過渡階段，地區(qū)電網(wǎng)與主網(wǎng)電氣聯(lián)系薄弱，配網(wǎng)“單線單變”運(yùn)行方式比例高，電網(wǎng)存在兩頭薄弱的情況，安全生產(chǎn)任務(wù)重。

圖1 藏中電網(wǎng)主接線圖

(2)“強(qiáng)直弱交”穩(wěn)定問題突出，交直流系統(tǒng)耦合關(guān)系復(fù)雜，相互影響明顯。柴拉直流高峰時(shí)段輸送容量占系統(tǒng)最大負(fù)荷比例較高，故障情況下，交流系統(tǒng)的穩(wěn)定依賴于穩(wěn)控裝置的正確動作，同時(shí)交流系統(tǒng)故障也易引發(fā)直流系統(tǒng)換相失敗甚至閉鎖。

(3)“大機(jī)小網(wǎng)”運(yùn)行方式突出。系統(tǒng)中9E燃機(jī)、羊湖、直孔、老虎嘴電廠的最大單機(jī)容量分別為78MW、22.5MW、25MW和34MW，而2012年藏中電網(wǎng)負(fù)荷水平在160～470MW之間，單機(jī)出力所占電網(wǎng)負(fù)荷比例在部分時(shí)段較高。

3 西藏中部電網(wǎng)黑啟動方案

3.1 黑啟動方案的總體實(shí)施原則

結(jié)合藏中電網(wǎng)運(yùn)行方式特點(diǎn)，制定藏中電網(wǎng)黑啟動總體實(shí)施原則，具體如下:

(1)首先實(shí)現(xiàn)220kV系統(tǒng)與110kV系統(tǒng)的有效分割，給線路送電時(shí)避免經(jīng)過多級電壓的充電操作。

(2)兩級調(diào)度協(xié)調(diào)配合，目前藏中電網(wǎng)調(diào)度管理模式為區(qū)、地兩級調(diào)度，進(jìn)行電網(wǎng)黑啟動時(shí)中調(diào)調(diào)度員依據(jù)委托原則，明確區(qū)、地兩級調(diào)度操作范圍及職責(zé)，確保事故處理過程中兩級調(diào)度信息的互通。

(3)電網(wǎng)合環(huán)操作時(shí)，正確選擇合環(huán)點(diǎn)，避免因合環(huán)點(diǎn)選擇不當(dāng)而造成潮流的大范圍轉(zhuǎn)移。

(4)在恢復(fù)電網(wǎng)時(shí)，注意無功電壓的控制，在進(jìn)行長線路充電時(shí)合理投退無功補(bǔ)償設(shè)備，保證電網(wǎng)電壓水平在合格范圍內(nèi)。

(5)因拉薩電網(wǎng)負(fù)荷占整個(gè)藏中電網(wǎng)負(fù)荷70%且220kV及110kV骨干網(wǎng)架主要分布在拉薩地區(qū)，故可優(yōu)先恢復(fù)拉薩電網(wǎng)。

(6)各子系統(tǒng)互為黑啟動電源，在地區(qū)黑啟動電源無法正常啟動時(shí)，可選擇臨近地區(qū)電網(wǎng)作為黑啟動電源，但在啟動過程中要合理選擇同期點(diǎn)，避免非同期操作。

(7)根據(jù)藏中電網(wǎng)恢復(fù)情況，向西北網(wǎng)調(diào)申請恢復(fù)柴拉直流運(yùn)行，以滿足電網(wǎng)負(fù)荷恢復(fù)需求。

3.2 黑啟動電源的選擇原則

藏中電網(wǎng)黑啟動電源選取原則為:具備自啟動能力且已通過試驗(yàn)驗(yàn)證的電廠，發(fā)電機(jī)有一定進(jìn)相能力，具備足夠調(diào)頻容量，響應(yīng)時(shí)間短。主要將水電機(jī)組作為黑啟動機(jī)組，各地區(qū)黑啟動電源如表1所示。

3.3 黑啟動路徑的選擇原則

藏中電網(wǎng)黑啟動路徑的選擇原則為:盡量避免長線路，多電壓等級送電，黑啟動電源離負(fù)荷中心盡量近。

表1 各地區(qū)黑啟動電源

從主網(wǎng)結(jié)構(gòu)看，拉薩電網(wǎng)的啟動路徑有兩條，第一條:羊湖電廠－110kV柳梧變－110kV西郊變，主要恢復(fù)拉薩西部地區(qū)的負(fù)荷。第二條:直孔電廠－110kV墨竹變－110kV城東變，主要恢復(fù)拉薩東部地區(qū)負(fù)荷。

山南電網(wǎng)黑啟動路徑為:沃卡一級站－110kV沖木達(dá)變－110kV澤當(dāng)變。

日喀則電網(wǎng)黑啟動路徑有兩條，第一條:滿拉電廠－110kV江孜變，第二條:塘河電廠－35kV日喀則城區(qū)變。

林芝電網(wǎng)黑啟動路徑:老虎嘴電廠－雪卡電廠－110kV林芝中心變;也可選擇雪卡電廠－110kV林芝中心變，雪卡電廠－老虎嘴電廠。

那曲電網(wǎng)黑啟動路徑:查龍電廠－35kV那曲中心變－110kV那曲變。

當(dāng)110kV網(wǎng)架恢復(fù)后，根據(jù)情況恢復(fù)220kV乃瓊變，正常后送電至9E燃機(jī)電站，根據(jù)電網(wǎng)負(fù)荷情況開機(jī)并網(wǎng)。

220kV曲哥變送電正常運(yùn)行后，通過220kV奪乃線恢復(fù)奪底變供電，待220kV曲乃線恢復(fù)后根據(jù)情況進(jìn)行220kV三角環(huán)網(wǎng)的合環(huán)操作。

4 黑啟動過程的影響因素

4.1 黑啟動電源的自勵(lì)磁問題

同步發(fā)電機(jī)在黑啟動過程中可能會出現(xiàn)自勵(lì)磁現(xiàn)象，在制定黑啟動方案時(shí)需要充分考慮。在此運(yùn)用容量比較法進(jìn)行判斷，校驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2 藏中電網(wǎng)黑啟動電源送受端自勵(lì)磁校核結(jié)果

其中:K—發(fā)電機(jī)的短路比;Se—發(fā)電機(jī)容量;Qc—線路充電容量。

4.2 黑啟動過程中過電壓問題

黑啟動過程中待啟動電廠距負(fù)荷中心地理位置較遠(yuǎn)、充電路徑較長，可能存在過電壓問題，其中持續(xù)工頻過電壓和合閘操作過電壓所占比重較大。一般要求線路側(cè)的工頻過電壓不超過最高運(yùn)行相電壓的1.4倍，母線上不超過1.3倍。對于220kV及以下系統(tǒng)，通常設(shè)備的絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)允許承受可能3～4倍操作過電壓，結(jié)合藏中電網(wǎng)運(yùn)行方式，主要對操作過電壓問題進(jìn)行論證，以下電壓波形分別為220kV虎曲線合閘操作過程線路電壓及系統(tǒng)換流站電壓波形。

圖2 220kV虎曲線合閘瞬間老虎嘴電廠側(cè)線路A相電壓波形

圖3 220kV虎曲線合閘時(shí)朗塘換流站220kV母線A相電壓波形

可以看出，進(jìn)行線路送電操作時(shí)，當(dāng)投入線路高抗后，220kV虎曲線合閘后瞬間電壓由0kV升至峰值233.51kV，系統(tǒng)中，朗塘換流站220kV母線電壓由223.407升至227.905kV，在合理投退無功補(bǔ)償后，系統(tǒng)電壓波動均在合格范圍內(nèi)。

4.3 黑啟動過程中柴拉直流投啟問題

在黑啟動過程中，柴拉直流系統(tǒng)的投啟應(yīng)依據(jù)交流系統(tǒng)的恢復(fù)情況，為保證直流有效運(yùn)行短路比不小于2.7的要求，在藏中電網(wǎng)運(yùn)行方式發(fā)生重大改變時(shí)，西藏中調(diào)應(yīng)對拉薩站有效運(yùn)行短路比進(jìn)行校核。

對2013年220kV線路單雙回停運(yùn)方式柴拉直流受端朗塘換流站的有效運(yùn)行短路比進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果如表3所示。從計(jì)算結(jié)果看，特殊方式下系統(tǒng)有效短路比均滿足規(guī)定要求，實(shí)際操作時(shí)應(yīng)結(jié)合實(shí)際運(yùn)行方式進(jìn)行計(jì)算校核，合理制定操作步驟。

表3 220kV線路單雙回停運(yùn)方式系統(tǒng)有效短路比計(jì)算結(jié)果

5 黑啟動過程中需要注意的其他問題

5.1 負(fù)荷恢復(fù)必須滿足系統(tǒng)穩(wěn)定要求

目前藏中電網(wǎng)大工業(yè)用戶主要分布于拉薩西部電網(wǎng)、拉薩東部電網(wǎng)及山南電網(wǎng)，上述地區(qū)同時(shí)也是負(fù)荷密集地區(qū)。因此，在確保系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的前提下，操作過程中應(yīng)注重對中低壓配網(wǎng)的恢復(fù)，優(yōu)先恢復(fù)民用負(fù)荷，也便于調(diào)頻廠平穩(wěn)調(diào)整頻率。

5.2 合理運(yùn)用柴拉直流功率調(diào)制功能

在柴拉直流恢復(fù)投運(yùn)后可通過調(diào)整直流控制器的參數(shù)，快速提升功率以抵消因電力系統(tǒng)擾動引起的功率變化量，起到抑制交流系統(tǒng)低頻振蕩的作用。在制定黑啟動方案時(shí)應(yīng)考慮直流系統(tǒng)的功率調(diào)制功能。

5.3 黑啟動過程注重繼電保護(hù)配合問題

保證在黑啟動過程中，所有電氣設(shè)備的保護(hù)都能有一定的靈敏度，盡量減少保護(hù)功能投退的操作步驟，退出線路重合閘功能，機(jī)組高頻保護(hù)、過電壓保護(hù)正常投入。

5.4 合理利用系統(tǒng)中的黑啟動備用電源

相鄰子系統(tǒng)可互為黑啟動電源，但操作時(shí)要注意同期點(diǎn)的合理選擇。系統(tǒng)內(nèi)用戶自備電源在黑啟動電源無法正常啟動時(shí)也可作為黑啟動備用電源，在編制電網(wǎng)黑啟動方案時(shí)應(yīng)綜合考慮。

6 結(jié)語

目前西藏電網(wǎng)經(jīng)過“大運(yùn)行”體系的建設(shè)，正向著“調(diào)控一體化”目標(biāo)穩(wěn)步邁進(jìn)，文中通過對西藏中部電網(wǎng)黑啟動過程研究，確定了電網(wǎng)黑啟動電源、路徑的選擇方案，對影響黑啟動的自勵(lì)磁、過電壓等因素進(jìn)行了分析，形成了合理可行的操作方案。下一步工作要結(jié)合電網(wǎng)的發(fā)展，不斷優(yōu)化黑啟動方案，加強(qiáng)演練，做到有備無患。

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