電網(wǎng)黑啟動(dòng)中的廠網(wǎng)配合體系研究

摘要：伴隨著電網(wǎng)規(guī)模越來越大，電網(wǎng)發(fā)生大規(guī)模停電后的危險(xiǎn)系數(shù)也在逐漸增高，電網(wǎng)出現(xiàn)大面積停電以后，系統(tǒng)很難恢復(fù)，會(huì)造成比較大的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響，危及國(guó)家的安全。文章研究了電網(wǎng)黑啟動(dòng)問題，分析了發(fā)電廠黑啟動(dòng)時(shí)廠網(wǎng)的協(xié)調(diào)和配合，明確了各級(jí)調(diào)度機(jī)構(gòu)和各變電站操作目標(biāo)，可以有效、準(zhǔn)確、快速地處理電網(wǎng)全黑事故。

關(guān)鍵詞：電網(wǎng)黑啟動(dòng)；廠網(wǎng)配合體系；電網(wǎng)規(guī)模；電網(wǎng)全黑事故；電力系統(tǒng) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TM711 文章編號(hào)：1009-2374（2016）24-0015-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.24.007

電力系統(tǒng)是一個(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng)，常常會(huì)因單一事故和自然災(zāi)害引發(fā)停電事故。黑啟動(dòng)指的是因故障因素導(dǎo)致電力系統(tǒng)停電后，不需要其他網(wǎng)絡(luò)提供協(xié)助，借助系統(tǒng)本身的啟動(dòng)能力將無法啟動(dòng)的機(jī)組進(jìn)行激活，使系統(tǒng)的修復(fù)范圍不斷增加，使得系統(tǒng)恢復(fù)。在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，對(duì)電網(wǎng)黑啟動(dòng)過程中遇到的問題和廠網(wǎng)之前的協(xié)調(diào)配合辦法進(jìn)行認(rèn)真的研究，對(duì)電網(wǎng)安全運(yùn)行方面具有重要意義。

1 黑啟動(dòng)時(shí)易于出現(xiàn)的問題

1.1 電壓

在電網(wǎng)黑啟動(dòng)的時(shí)候，首先要解決的問題就是電壓。在長(zhǎng)線線路使用小容量發(fā)電機(jī)進(jìn)行零起壓的時(shí)候，如果發(fā)電機(jī)定子回路中的聯(lián)接有電容存在，就會(huì)受到電樞反應(yīng)的助磁所影響，會(huì)使電壓幅值和電流幅值不斷提升，從而發(fā)生自激磁的情況。在電網(wǎng)運(yùn)行的最初時(shí)刻，線路得到輕載的恢復(fù)之后，充電電流就會(huì)有持續(xù)的過電壓情況存在；電網(wǎng)系統(tǒng)的中斷器處于空長(zhǎng)線閉合的狀態(tài)時(shí)，就會(huì)有操作過電壓的情況發(fā)生；在某些情況下，系統(tǒng)中的電容元件和電壓互感器會(huì)受到很多振蕩回路的影響，會(huì)導(dǎo)致諧振過電壓出現(xiàn)。在電壓系統(tǒng)恢復(fù)以后，要想使電壓合格就要滿足以下條件，將電容器退出、電抗器積極的投入使用、對(duì)主變壓器的分接頭進(jìn)行調(diào)節(jié)、對(duì)電壓的調(diào)節(jié)能力進(jìn)行快速的恢復(fù)以及將接入電廠的進(jìn)相能力進(jìn)行較好的恢復(fù)。

1.2 頻率

在電網(wǎng)黑啟動(dòng)的時(shí)候，還要及時(shí)處理的問題就是頻率問題。系統(tǒng)負(fù)荷和出力直接對(duì)頻率產(chǎn)生影響，要想對(duì)頻率進(jìn)行較好的控制，就要將機(jī)組調(diào)速器響應(yīng)和負(fù)荷恢復(fù)的速度進(jìn)行較好的掌控。為了使負(fù)荷波動(dòng)得到較好的應(yīng)付，小網(wǎng)的備用容量一定要保持在比較充足的情況下，小電網(wǎng)的旋轉(zhuǎn)備用容量要比發(fā)電負(fù)荷的容量多出30%左右。對(duì)負(fù)荷恢復(fù)的節(jié)奏進(jìn)行較好的控制，在恢復(fù)負(fù)荷的時(shí)候，使用的頻率要比上次降低的有效值低0.5Hz左右。在負(fù)荷恢復(fù)結(jié)束之后，頻率和電壓實(shí)現(xiàn)正常水平，才能進(jìn)行下一次的負(fù)荷恢復(fù)。當(dāng)小網(wǎng)和發(fā)電廠并列以后，最好把并網(wǎng)電廠的機(jī)組進(jìn)行平均分配，特別是那些轉(zhuǎn)動(dòng)慣量非常好的機(jī)組，從而促使小網(wǎng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量得到明顯的提升。

1.3 低頻震蕩

在創(chuàng)建系統(tǒng)的過程中，多電源系統(tǒng)是經(jīng)常出現(xiàn)的系統(tǒng)，同時(shí)低頻振蕩問題也越來越明顯，究其原因是在遠(yuǎn)距離送電的過程中，阻尼始終處于缺乏的狀態(tài)，從而導(dǎo)致阻尼的性能降低。電磁功率和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化情況都可以通過發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)中的PSS體現(xiàn)出來，合適地調(diào)節(jié)激磁電流，從而使發(fā)電機(jī)端的電壓得到良好的改變，全面實(shí)現(xiàn)阻尼頻率振蕩，所以那些電源并入小電網(wǎng)以后要立即將其投入到PSS性能中。被啟動(dòng)機(jī)組和啟動(dòng)電源在小網(wǎng)中并列運(yùn)行的時(shí)候，要對(duì)協(xié)調(diào)機(jī)組的調(diào)節(jié)性能進(jìn)行較好的掌控。

2 電廠要進(jìn)行積極的配合

2.1 挑選最佳的黑啟動(dòng)電源

黑啟動(dòng)的最根本任務(wù)就是對(duì)電廠進(jìn)行恢復(fù)運(yùn)行，對(duì)黑啟動(dòng)進(jìn)行承擔(dān)的電廠被稱之為黑啟動(dòng)電源。黑啟動(dòng)電源主要包括抽水蓄能電站、水輪發(fā)電機(jī)、燃?xì)鈾C(jī)組以及柴油發(fā)電機(jī)等，比較理想的黑啟動(dòng)電源就是水輪發(fā)電機(jī)，這主要是因?yàn)樗啺l(fā)電機(jī)啟動(dòng)速度飛快、廠用電量比較低、不需要使用繁雜的輔助系統(tǒng)以及結(jié)構(gòu)比較清晰等。黑啟動(dòng)電源不是所有的水電廠都可以充當(dāng)?shù)模热缭诹髁勘容^低的河流上建設(shè)的電廠，通常只能是燈泡式灌流機(jī)組。對(duì)于有些電廠來說，在低負(fù)荷區(qū)域里機(jī)組振動(dòng)得比較明顯，轉(zhuǎn)速飛快、機(jī)組運(yùn)行和停止的過程比較短，額定轉(zhuǎn)速比較小。這樣的電廠無法實(shí)現(xiàn)自身用電的需求，也無法滿足黑啟動(dòng)初期的調(diào)壓調(diào)頻標(biāo)準(zhǔn)，自身機(jī)組在啟動(dòng)的時(shí)候，需要依靠外界電源來進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。

2.2 水電廠的鼎力支持

在停電之后，水電廠可以使水輪發(fā)電機(jī)組得到全新的開啟，對(duì)水輪機(jī)組起到控制作用的槽油壓和壓力油是不是依然保持在正常運(yùn)行的范圍之內(nèi)。當(dāng)確定電網(wǎng)全黑以后，水電廠一定要及時(shí)地對(duì)水輪機(jī)組導(dǎo)葉開啟的槽油壓和壓力油能否達(dá)到啟動(dòng)機(jī)組的需求進(jìn)行檢查，對(duì)機(jī)組進(jìn)行快速開出，同時(shí)對(duì)水工建筑進(jìn)行仔細(xì)的檢查，從而使大壩上游、下游的居民能夠?qū)崿F(xiàn)用電安全。有些不需要進(jìn)行黑啟動(dòng)的電廠，也要將柴油機(jī)發(fā)電機(jī)和備用電源準(zhǔn)備好。

2.3 火電廠的高效配合

火電廠的電網(wǎng)被全黑之后，需要積極地采取有效措施，比如使用柴油發(fā)電機(jī)來實(shí)現(xiàn)人工盤車，從而使主設(shè)備和主機(jī)的安全得到較好的保障?；痣姀S在啟動(dòng)的時(shí)候，主要是依靠外界電源進(jìn)行啟動(dòng)的，子網(wǎng)要想實(shí)現(xiàn)安全、平穩(wěn)地運(yùn)行，就需要電廠實(shí)現(xiàn)安全啟動(dòng)?；痣姀S輔機(jī)系統(tǒng)非常的繁雜，主要包括開式水泵、閉式水泵、凝結(jié)水泵、一次風(fēng)機(jī)、循環(huán)水泵、送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)以及水泵等。通常情況下，300MW的汽輪發(fā)電機(jī)需要使用20MW以上的水輪發(fā)電機(jī)進(jìn)行啟動(dòng)?；痣姀S在對(duì)電機(jī)進(jìn)行啟動(dòng)的時(shí)候，先要啟動(dòng)大容量的電機(jī)，這樣才能使線路上的電流電容實(shí)現(xiàn)良好的補(bǔ)償。

2.4 對(duì)電廠運(yùn)行模式進(jìn)行科學(xué)整合

對(duì)電廠運(yùn)行模式進(jìn)行整合以后，合位上的開關(guān)就會(huì)發(fā)揮作用，線路上的開關(guān)就會(huì)實(shí)現(xiàn)完全打開。電廠承擔(dān)黑啟動(dòng)以后，接收到上級(jí)命令后就會(huì)馬上實(shí)施零起升壓運(yùn)行；對(duì)于不承擔(dān)黑啟動(dòng)電源的電廠來說，當(dāng)系統(tǒng)供電以后，對(duì)本廠的準(zhǔn)備并列和用電進(jìn)行恢復(fù)。

3 調(diào)度機(jī)構(gòu)間的配合

3.1 劃分調(diào)度機(jī)構(gòu)

目前，調(diào)度模式架構(gòu)包括五個(gè)等級(jí)，即縣、地、省、網(wǎng)和國(guó)，主要的管理形式為分區(qū)分層。在對(duì)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)等級(jí)進(jìn)行劃分的時(shí)候，主要是依據(jù)電壓等級(jí)開展的；在對(duì)電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行平衡區(qū)域進(jìn)行劃分的時(shí)候，主要是依據(jù)行政經(jīng)濟(jì)區(qū)域開展的。對(duì)輸電網(wǎng)調(diào)度進(jìn)行負(fù)責(zé)的是地、省調(diào)、網(wǎng)調(diào)和國(guó)調(diào)，對(duì)配電網(wǎng)調(diào)度進(jìn)行負(fù)責(zé)的是縣調(diào)和地調(diào)。如果出現(xiàn)較大范圍的停電問題，在系統(tǒng)進(jìn)行恢復(fù)的時(shí)候，需要由多級(jí)調(diào)度機(jī)構(gòu)來一起實(shí)現(xiàn)。在黑啟動(dòng)操作的時(shí)候，采取統(tǒng)一協(xié)調(diào)的辦法，由上級(jí)對(duì)下級(jí)進(jìn)行調(diào)度，在恢復(fù)調(diào)度的時(shí)候，主要使用分區(qū)協(xié)作和分區(qū)啟動(dòng)的辦法。

3.2 轉(zhuǎn)移調(diào)度關(guān)系

為了使下一級(jí)調(diào)度可以對(duì)所屬范圍之內(nèi)的系統(tǒng)進(jìn)行較好的恢復(fù)，采取集中恢復(fù)電網(wǎng)調(diào)度的辦法，在電網(wǎng)黑啟動(dòng)操作初期，電廠的部分操作權(quán)要進(jìn)行適度的轉(zhuǎn)移，下級(jí)調(diào)度結(jié)構(gòu)需要對(duì)操作進(jìn)行直接管理。比如水電資源十分豐富的云南、四川等地，省級(jí)調(diào)度對(duì)部分接入的110KV以下的系統(tǒng)進(jìn)行操控，在黑電網(wǎng)啟動(dòng)初期，他們的調(diào)度權(quán)需要交于縣調(diào)或者是地調(diào)進(jìn)行負(fù)責(zé)，使小水電站的作用得到充分的發(fā)揮，從而使電網(wǎng)恢復(fù)得更快。網(wǎng)調(diào)調(diào)度的電廠接入500kV或220kV電壓等級(jí)的，在進(jìn)行黑啟動(dòng)的時(shí)候，需要由省級(jí)調(diào)度來對(duì)其進(jìn)行調(diào)度，這樣可以使其得到快速的恢復(fù)。

3.3 明確調(diào)度機(jī)構(gòu)任務(wù)

減小孤網(wǎng)的調(diào)壓調(diào)頻可以通過地調(diào)管轄的小電廠來進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，對(duì)孤網(wǎng)的運(yùn)行情況進(jìn)行先恢復(fù)，接著對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)并列和視系統(tǒng)安排。地調(diào)的主要任務(wù)就是恢復(fù)負(fù)荷，在操作的過程中，需要遵循的原則為按照重要程度、輕重緩急分批次實(shí)現(xiàn)。在對(duì)負(fù)荷進(jìn)行恢復(fù)的時(shí)候，低頻減載方案可以當(dāng)作最為核心的技術(shù)。第一級(jí)為那些沒有包括在低頻減載方案中的負(fù)荷；第二級(jí)為在低頻減載方案施工過程中，處于第二位的負(fù)荷；第三級(jí)為在進(jìn)行低頻減負(fù)荷輪次中劃分為特2輪的負(fù)荷，第四級(jí)為在進(jìn)行低頻減負(fù)荷輪次中劃分為特1輪的負(fù)荷。在輪次劃分的時(shí)候，按照50MW標(biāo)準(zhǔn)來劃分每一級(jí)。在恢復(fù)負(fù)荷的時(shí)候，省調(diào)和地調(diào)一定要進(jìn)行積極的合作，省調(diào)在給地調(diào)下發(fā)命令的時(shí)候，主要是依據(jù)潮流的分布情況和子網(wǎng)的備用情況來進(jìn)行確定的?；謴?fù)負(fù)荷不單單是為了實(shí)現(xiàn)黑啟動(dòng)，還是創(chuàng)建平穩(wěn)運(yùn)行電網(wǎng)的主要形式。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行離不開變電站、電廠和各級(jí)調(diào)度系統(tǒng)的有效支持。黑啟動(dòng)主要是指上級(jí)調(diào)度和下級(jí)調(diào)度的有機(jī)融合，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)分區(qū)協(xié)作和分區(qū)啟動(dòng)的有效管理，也只有廠網(wǎng)之間可以協(xié)調(diào)配合才可以在最短的時(shí)間內(nèi)建立一個(gè)可以穩(wěn)定運(yùn)行的電網(wǎng)，促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定發(fā)展。

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作者簡(jiǎn)介：葉四海（1983-），男，浙江衢州人，云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司西雙版納供電局助理工程師，研究方向：電網(wǎng)調(diào)度。

（責(zé)任編輯：黃銀芳）