萬家寨水電站黑啟動(dòng)方案及其試驗(yàn)

李政偉

（黃河萬家寨水利樞紐公司，山西 偏關(guān) 036412）

所謂黑啟動(dòng)是指整個(gè)電網(wǎng)因故障全部停電，處于全“黑”狀態(tài)，不依靠外部網(wǎng)絡(luò)幫助，通過本電網(wǎng)中具有自啟動(dòng)能力的發(fā)電機(jī)組的啟動(dòng)，帶動(dòng)無自啟動(dòng)能力的發(fā)電機(jī)組，逐漸擴(kuò)大電網(wǎng)恢復(fù)范圍，最終實(shí)現(xiàn)整個(gè)電網(wǎng)的恢復(fù)。

隨著晉蒙經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和西電東送進(jìn)程的加快，電網(wǎng)容量不斷增大和系統(tǒng)互聯(lián)日趨普遍，特別是山西晉東南—荊門特高壓投產(chǎn)后，系統(tǒng)運(yùn)行、操作、維護(hù)的復(fù)雜性不斷增大，發(fā)生大面積停電的風(fēng)險(xiǎn)在增加。盡管針對(duì)電網(wǎng)故障采取了各種各樣保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定的技術(shù)措施，但電網(wǎng)發(fā)生超過校核水平的嚴(yán)重故障（例如多重復(fù)雜故障、受端失去大電源、主要聯(lián)絡(luò)線開關(guān)不正確動(dòng)作或者繼電保護(hù)及安全穩(wěn)定自動(dòng)裝置不正確動(dòng)作等嚴(yán)重故障）仍可能演變成全網(wǎng)的災(zāi)難性事故，嚴(yán)重故障及不可預(yù)見的自然災(zāi)害情況下發(fā)生全網(wǎng)性失電的可能依然存在。因此對(duì)網(wǎng)內(nèi)黑啟動(dòng)電源研究尤為必要。

萬家寨水電站橫跨山西、內(nèi)蒙，是晉蒙電網(wǎng)唯一一座大型水電站，電站總裝機(jī)6×180MW,1#、2#、3#發(fā)電機(jī)組接入蒙西電網(wǎng)，4#、5#、6#發(fā)電機(jī)組接入山西電網(wǎng)，1#、3#、5#發(fā)電機(jī)組帶廠用電，廠用電系統(tǒng)分別實(shí)現(xiàn)山西電網(wǎng)和蒙西電網(wǎng)電源互為備用。220kV GIS開關(guān)站母線采用兩組雙母線單聯(lián)接線方式，山西、內(nèi)蒙通過分段刀閘連接，正常運(yùn)行方式下分段刀閘斷開，采用一廠兩網(wǎng)單獨(dú)運(yùn)行（見圖1），本電站主要承擔(dān)晉蒙電網(wǎng)的調(diào)峰、調(diào)頻和事故備用任務(wù)。一廠兩網(wǎng)的特殊電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和水電的自身優(yōu)勢(shì)，決定了萬家寨水電站在山西電網(wǎng)和蒙西電網(wǎng)的特殊地位和重要性，被晉蒙電網(wǎng)選擇為其“黑啟動(dòng)”電源點(diǎn)，所以對(duì)萬家寨水電站黑啟動(dòng)方案及其試驗(yàn)研究十分必要。

圖1 一廠兩網(wǎng)單獨(dú)運(yùn)行示意圖

1 黑啟動(dòng)方案

當(dāng)出現(xiàn)全電站機(jī)組甩負(fù)荷停機(jī)，系統(tǒng)4條母線電壓、頻率為零，廠用電各母線失壓等異常信息時(shí)，可以確認(rèn)本電站已經(jīng)進(jìn)入全“黑”狀態(tài)，應(yīng)立即聯(lián)系山西、內(nèi)蒙兩網(wǎng)調(diào)度人員確認(rèn)系統(tǒng)狀態(tài)，并匯報(bào)總工程師是否啟動(dòng)黑啟動(dòng)預(yù)案，當(dāng)確認(rèn)啟動(dòng)預(yù)案時(shí)，按預(yù)案步驟進(jìn)行操作。

1.1 啟動(dòng)機(jī)組選擇

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況在1#、3#、5#發(fā)電機(jī)組中選擇確定1臺(tái)機(jī)組作為啟動(dòng)機(jī)組；當(dāng)這3臺(tái)機(jī)組均不滿足條件時(shí)，可考慮從其它3臺(tái)機(jī)組中選擇。選擇黑啟動(dòng)機(jī)組單元應(yīng)該滿足以下條件：機(jī)組快速閘門在全開；調(diào)速器壓油裝置油壓油位在正常范圍；機(jī)組各部軸承油位、油質(zhì)合格；機(jī)組出口開關(guān)直流控制電源、氣壓等正常；機(jī)組及共用部分控制、信號(hào)直流電源正常；發(fā)電機(jī)組對(duì)應(yīng)電站高變以及負(fù)荷開關(guān)正常。

1.2 啟動(dòng)準(zhǔn)備工作

1）隔離啟動(dòng)單元。檢查黑啟動(dòng)單元發(fā)電機(jī)組對(duì)應(yīng)主變高壓側(cè)出口開關(guān)、廠高變負(fù)荷開關(guān)、6kV母線開關(guān)、聯(lián)絡(luò)開關(guān)以及接帶負(fù)荷開關(guān)均在斷。

2）迅速切除直流系統(tǒng)非重要負(fù)荷供電。

3）退出主變冷卻器全停保護(hù)和拔出監(jiān)控系統(tǒng)有功、無功增減開出繼電器。

1.3 機(jī)組黑啟動(dòng)步驟

1）機(jī)組啟動(dòng) a.手動(dòng)開啟機(jī)組技術(shù)供水閥門，投入機(jī)組各部技術(shù)供水；b.拔出接力器鎖錠；c.開啟開停機(jī)電磁閥；d.調(diào)速器切至備用箱手動(dòng)位置；e.手動(dòng)開啟機(jī)組導(dǎo)葉開度，直至機(jī)組轉(zhuǎn)速達(dá)到額定轉(zhuǎn)速；f.檢查各部正常，機(jī)組空轉(zhuǎn)運(yùn)行正常；g.手動(dòng)合上機(jī)組出口開關(guān)；h.手動(dòng)增加機(jī)組勵(lì)磁對(duì)發(fā)變組進(jìn)行零升，直至機(jī)組電壓升至額定電壓15.75kV左右，檢查發(fā)變組空載運(yùn)行正常。

2）機(jī)組供電恢復(fù) a.合上負(fù)荷開關(guān)對(duì)廠高變充電；b.合上廠高變低壓側(cè)開關(guān)對(duì)6kV母線充電；c.對(duì)黑啟動(dòng)機(jī)組對(duì)應(yīng)自用變充電，同時(shí)迅速恢復(fù)直流系統(tǒng)的正常運(yùn)行；d.對(duì)黑啟動(dòng)機(jī)組機(jī)旁動(dòng)力盤母線充電，檢查母線電壓正常，輔助設(shè)備運(yùn)行正常；e.手動(dòng)（或短接油壓裝置開機(jī)令）啟動(dòng)油壓裝置油泵，恢復(fù)油壓裝置油位油壓至正常范圍；f.手動(dòng)（或短接水導(dǎo)外循環(huán)泵系統(tǒng)開機(jī)令）啟動(dòng)水導(dǎo)外循環(huán)油泵；g.恢復(fù)機(jī)組其它系統(tǒng)部位正常供電；h.檢查機(jī)組接帶廠用電負(fù)荷、調(diào)速器在孤立電網(wǎng)中能隨實(shí)際負(fù)荷變化穩(wěn)定運(yùn)行，檢查發(fā)變組繼電保護(hù)、調(diào)速器、勵(lì)磁等各系統(tǒng)工作正常。

圖2 試驗(yàn)系統(tǒng)組成示意圖

3）電廠向系統(tǒng)送電 a.根據(jù)調(diào)度命令合上主變高壓側(cè)開關(guān)向母線充電，檢查母線充電正常；b.根據(jù)調(diào)度命令合上線路開關(guān)向線路充電，檢查勵(lì)磁系統(tǒng)調(diào)節(jié)正常，電壓迅速達(dá)到正常，電壓較高時(shí)，機(jī)組進(jìn)相運(yùn)行；c.系統(tǒng)內(nèi)機(jī)組接帶電并逐一啟動(dòng)輔機(jī)，注意機(jī)組的頻率、電壓變化，并及時(shí)調(diào)整；d.系統(tǒng)內(nèi)機(jī)組與黑啟動(dòng)機(jī)組并列，注意機(jī)組的頻率、電壓變化，并及時(shí)調(diào)整。

1.4 黑啟動(dòng)安全措施及注意事項(xiàng)

1）開機(jī)過程中電調(diào)柜設(shè)專人監(jiān)視和調(diào)整機(jī)組轉(zhuǎn)速，防止機(jī)組過速。如轉(zhuǎn)速達(dá)到過速停機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)應(yīng)啟動(dòng)過速保護(hù)緊急事故停機(jī)，否則立即匯報(bào)現(xiàn)場(chǎng)指揮，并按機(jī)旁“緊急事故停機(jī)”按鈕停機(jī)。

2）開機(jī)過程中設(shè)專人監(jiān)視壓油罐油壓、油位變化情況（必要時(shí)應(yīng)手動(dòng)補(bǔ)氣維持油壓）。

3）對(duì)機(jī)組以及廠用電供電恢復(fù)時(shí)應(yīng)逐步進(jìn)行，并注意檢查調(diào)整電壓、頻率，對(duì)水廠以及生活小區(qū)等站外供電開關(guān)盡量斷開。

4）為保證機(jī)組黑啟動(dòng)成功后小系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，應(yīng)及時(shí)啟動(dòng)其它機(jī)組并列、備用、或者單獨(dú)接帶部分廠用電。

2 黑啟動(dòng)試驗(yàn)

2010年9月26日在山西調(diào)通中心組織指揮下利用萬家寨水電站發(fā)電機(jī)組進(jìn)行山西電網(wǎng)黑啟動(dòng)試驗(yàn)。其小系統(tǒng)為萬家寨5#機(jī)組→萬家寨220k V D母→萬方I線254→方城變電站220k V南線→方向線266→向陽堡變電站220 kV東母→朔向I線→朔州500 kV變電站220 kV BD母線→平朔I線→平朔電廠220 kV A母→平朔電廠黑啟動(dòng)試驗(yàn)被啟動(dòng)機(jī)。試驗(yàn)系統(tǒng)組成如圖2所示。

2.1 對(duì)內(nèi)恢復(fù)廠用電

1）廠內(nèi)黑啟動(dòng)試驗(yàn)系統(tǒng)。選擇5#水輪發(fā)電機(jī)組作為啟動(dòng)機(jī)組，與5#主變、廠高變13T、廠用6kV II段、自用變33T及5#發(fā)電機(jī)組機(jī)旁動(dòng)力盤組成廠內(nèi)黑啟動(dòng)系統(tǒng)。

2）廠內(nèi)黑啟動(dòng)試驗(yàn)過程。08：47手動(dòng)打開技術(shù)供水，調(diào)速器切至備用箱手動(dòng)位置，手動(dòng)打開調(diào)速器隔離閥，手動(dòng)拔鎖定，緩慢開啟導(dǎo)葉使機(jī)組到空載狀態(tài)；手動(dòng)啟勵(lì)，零起升壓到額定電壓15.75kV；依次合上5號(hào)機(jī)組單元廠用電開關(guān)，恢復(fù)5#機(jī)組400V動(dòng)力盤；09:23恢復(fù)5#機(jī)組各輔助動(dòng)力電源及直流系統(tǒng)供電。試驗(yàn)過程中記錄電站各項(xiàng)黑啟動(dòng)數(shù)據(jù)，見表1和 表2。

表1 廠內(nèi)部分機(jī)組啟動(dòng)參數(shù)

表2 恢復(fù)供電后運(yùn)行參數(shù)

2.2 對(duì)電網(wǎng)恢復(fù)供電

萬家寨水電站機(jī)組黑啟動(dòng)成功后，根據(jù)調(diào)度命令向線路送電，10:02 順次合上萬家寨205開關(guān)、254開關(guān),檢查220kV D母線電壓情況，合上向陽堡變256開關(guān),給平朔電廠02啟備變充電，恢復(fù)平朔電廠廠用電源，接帶共用負(fù)荷，利用萬家寨提供電源啟動(dòng)平朔電廠3#機(jī)；11:05與萬家寨5#機(jī)并網(wǎng)，至此黑啟動(dòng)小系統(tǒng)形成；小系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定后，12:00 合上萬家寨母聯(lián)開關(guān)220與主網(wǎng)系統(tǒng)并網(wǎng)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表2。

3 結(jié)語

模擬電網(wǎng)全黑狀態(tài)下，利用萬家寨水電站直流系統(tǒng)蓄電池儲(chǔ)存的能量和調(diào)速器液壓系統(tǒng)儲(chǔ)存的液壓能量進(jìn)行機(jī)組啟動(dòng)，并順利建壓，恢復(fù)對(duì)系統(tǒng)供電。此次試驗(yàn)是蒙西電網(wǎng)2004年11月10日成功試驗(yàn)后的再次成功試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，該方案具有可操作性，可作為晉蒙電網(wǎng)全停后快速啟動(dòng)的一種應(yīng)急預(yù)案。