黑啟動(dòng)在水電廠的可行性探討與分析

陳松文

摘 要： 介紹了棉花灘電廠在福建省電網(wǎng)中作用，說明在電網(wǎng)黑啟動(dòng)中所處的意義，并從棉花灘電廠現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備直流系統(tǒng)、調(diào)速器系統(tǒng)、勵(lì)磁系統(tǒng)、輔機(jī)系統(tǒng)以及監(jiān)控系統(tǒng)等方面闡述了棉花灘電廠具備黑啟動(dòng)的條件，以及黑啟動(dòng)在棉花灘電廠的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞： 棉花灘電廠；黑啟動(dòng)；試驗(yàn)

1、前言

福建棉花灘水電廠是福建汀江流域上游一座大型水電站，集水面積7907平方公里，站址位于龍巖市永定區(qū)境內(nèi)，裝機(jī)容量600MW，2001年投產(chǎn)發(fā)電，年平均發(fā)電量達(dá)15.2億千瓦時(shí)，是福建省第二大水電廠，作為福建電網(wǎng)的主力電廠，在福建電網(wǎng)中承擔(dān)著調(diào)峰調(diào)頻作用，兼有防汛抗洪功能。電廠裝有4臺(tái)單機(jī)容量為150MW混流式水輪發(fā)電機(jī)組，兩臺(tái)容量為360MVA的主變及四條220kV饋線，電站的接線方式為兩機(jī)一變擴(kuò)大單元方式，220KV雙母線聯(lián)絡(luò)運(yùn)行，電源分別輸送到龍巖地區(qū)及漳州地區(qū)，是福建閩西南地區(qū)電網(wǎng)中的主要電源之一。

2、電廠黑啟動(dòng)的意義

當(dāng)某個(gè)局部電網(wǎng)系統(tǒng)因發(fā)生系統(tǒng)故障或自然災(zāi)害使得整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)瓦解和崩潰，造成大面積停電，而在電廠方面，由于廠用電的消失，將造成機(jī)組無法正常開機(jī)，輔助設(shè)備無法正常工作，將造成設(shè)備的損壞，如水電廠因集水井水位上升無法抽出，將可能水淹廠房，在上游洪水來臨之時(shí)因無法提閘而造成垮壩等重大事故。因此在事故停電后，為減小經(jīng)濟(jì)損失，及時(shí)啟動(dòng)黒啟動(dòng)措施，在不依賴別的網(wǎng)絡(luò)幫助，通過系統(tǒng)中具有自啟動(dòng)能力機(jī)組的啟動(dòng)，帶動(dòng)無自啟動(dòng)能力的機(jī)組，逐漸擴(kuò)大系統(tǒng)恢復(fù)范圍，最終實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的恢復(fù)過程，減少系統(tǒng)停電時(shí)間，降低經(jīng)濟(jì)損失。因此，黒啟動(dòng)對(duì)于電網(wǎng)事故停電的快速恢復(fù)是十分必要和有效的。

在整個(gè)電力系統(tǒng)中，水電廠相對(duì)于其它電廠，其特點(diǎn)是機(jī)組及輔機(jī)系統(tǒng)簡(jiǎn)單，啟動(dòng)速度快，以水電機(jī)組的成功啟動(dòng)帶動(dòng)不具備黑啟動(dòng)能力的機(jī)組（主要指火電機(jī)組），應(yīng)是理想的首選黑啟動(dòng)電源。因此水電機(jī)組的成功啟動(dòng)是各子系統(tǒng)啟動(dòng)、乃是整個(gè)電網(wǎng)恢復(fù)的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。

3、棉花灘電廠黑啟動(dòng)分析

當(dāng)整個(gè)電力系統(tǒng)瓦解時(shí)，而棉花灘電廠四臺(tái)機(jī)組又處停機(jī)狀態(tài)時(shí)，將造成整個(gè)廠用電系統(tǒng)消失，廠用電的消失又使得機(jī)組不能正常開機(jī)。因此，在電廠失去外來電源的情況下，盡快恢復(fù)本廠廠用電是整個(gè)黑啟動(dòng)的關(guān)鍵。棉花灘電廠在無外來電源的情況下，主要是利用機(jī)組自動(dòng)啟動(dòng)能力迅速開啟機(jī)組恢復(fù)廠用電，即利用機(jī)組調(diào)速器壓油罐殘壓進(jìn)行啟動(dòng)，在恢復(fù)廠用系統(tǒng)正常供電后，然后逐步向電網(wǎng)系統(tǒng)供電，直到整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)恢復(fù)正常。

3.1利用機(jī)組殘壓自啟動(dòng)能力開啟機(jī)組恢復(fù)廠用電

機(jī)組的自動(dòng)啟動(dòng)涉及到較多系統(tǒng)，如直流系統(tǒng)、調(diào)速器系統(tǒng)、勵(lì)磁系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、輔機(jī)系統(tǒng)，每個(gè)系統(tǒng)都是環(huán)環(huán)相扣，若有一個(gè)系統(tǒng)出現(xiàn)問題，則很可能造成開機(jī)不成功。因此，分析每個(gè)系統(tǒng)在失去廠用電情況下是否能夠正確動(dòng)作，才能確保機(jī)組自啟動(dòng)的成功。

直流系統(tǒng)是一個(gè)獨(dú)立的電源，不受發(fā)電機(jī)、交流廠用電系統(tǒng)運(yùn)行方式的影響，供電可靠性高，運(yùn)行穩(wěn)定，在電廠中給控制、信號(hào)、繼電保護(hù)自動(dòng)裝置、監(jiān)控、通信提供電源，給斷路器提供可靠合閘電源，在廠用電消失時(shí)提供事故照明，給滅磁開關(guān)提供分合閘電源，在機(jī)組開機(jī)建壓時(shí)提供起勵(lì)電源。因此，直流系統(tǒng)的正常供電是整個(gè)黑啟動(dòng)的前提。棉花灘電廠直流系統(tǒng)運(yùn)行方式為浮充電運(yùn)行方式，正常情況下直流電源由充電柜將交流電源轉(zhuǎn)為直流電源供給所需直流負(fù)荷，以微小電流向直流蓄電池充電，保持蓄電池正常充滿電，當(dāng)交流消失時(shí)，由蓄電池向直流負(fù)荷供電，保證控制、信號(hào)、繼電保護(hù)自動(dòng)裝置等設(shè)備的正常運(yùn)行。棉花灘電廠共有四套獨(dú)立的直流系統(tǒng)，分別為廠房直流系統(tǒng)、升壓站直流系統(tǒng)、監(jiān)控直流系統(tǒng)以及通信直流系統(tǒng)，每套直流又有二組獨(dú)立的蓄電池組，分別向二段直流母線供電，每段直流母線可獨(dú)立運(yùn)行也可聯(lián)絡(luò)運(yùn)行，保證直流負(fù)荷不間斷供電。經(jīng)計(jì)算廠內(nèi)蓄電池容量完全能夠滿足所有廠內(nèi)直流負(fù)荷的較長(zhǎng)時(shí)間供電，能夠保證機(jī)組黑啟動(dòng)過程中直流負(fù)荷的供電時(shí)間。

調(diào)速器系統(tǒng)是整個(gè)機(jī)組正常運(yùn)行控制的心臟，機(jī)組的正常運(yùn)行是由調(diào)速器液壓系統(tǒng)控制導(dǎo)葉開度來控制進(jìn)入水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的流量，而調(diào)速器接力器的操作能源是壓油罐里的壓力油，由高壓氣系統(tǒng)和壓油泵共同形成。經(jīng)實(shí)際測(cè)得棉花灘電廠在機(jī)組停機(jī)狀態(tài)下，壓油罐油泵間隔30分鐘需打壓一次，在機(jī)組運(yùn)行中油泵間隔3分鐘即要打壓一次，油壓下降較快。并且壓油罐油位不能低于最低操作油位，否則當(dāng)油位太低時(shí)，無法對(duì)導(dǎo)葉進(jìn)行操作，將造成機(jī)組事故停機(jī)。因此，當(dāng)廠用電消失油泵無法啟動(dòng)，利用調(diào)速器壓油罐殘壓進(jìn)行啟動(dòng)機(jī)組時(shí)，要求操作人員需第一時(shí)間進(jìn)行操作，且操作時(shí)速度必須要非?？?，快速將機(jī)組開啟，并快速對(duì)主變零起升壓，及時(shí)帶上廠用電，恢復(fù)油泵打油，否則油壓將無法維持，油位也將下降較快，可能造成機(jī)組事故停機(jī)，造成機(jī)組黑啟動(dòng)無法成功。

勵(lì)磁系統(tǒng)是機(jī)組啟動(dòng)正常后能否正常建壓的關(guān)鍵。棉花灘電廠機(jī)組對(duì)主變充電是采用機(jī)組對(duì)主變帶220KV母線零起升壓的方式進(jìn)行，待電壓正常后對(duì)線路進(jìn)行充電。由于長(zhǎng)線路存在對(duì)地電容的原因，有可能造成機(jī)組和線路電壓過高，防止機(jī)組自激勵(lì)磁。勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用直流電源和EUPS電源進(jìn)行供電，機(jī)組起勵(lì)電源由直流系統(tǒng)供給，因此，在廠用電消失時(shí)，勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)可正常進(jìn)行工作，正常對(duì)機(jī)組進(jìn)行建壓。由于黑啟動(dòng)時(shí)因無廠用電，勵(lì)磁風(fēng)機(jī)將無法運(yùn)行，故需注意勵(lì)磁三相全控橋整流可控硅柜溫度過高，可考慮在勵(lì)磁柜加裝勵(lì)磁自用變，作為勵(lì)磁風(fēng)機(jī)電源。

輔機(jī)系統(tǒng)能否正常運(yùn)行在整個(gè)黑啟動(dòng)過程中是否成功也是很重要。機(jī)組在啟動(dòng)前必須先投入技術(shù)供水，棉花灘電廠機(jī)組技術(shù)供水采用蝸殼取水方式，經(jīng)電動(dòng)閥供給，在廠用電消失時(shí)將無法開啟，須人工操作，因此，在機(jī)組黑啟動(dòng)時(shí)應(yīng)迅速將電動(dòng)閥手動(dòng)開啟，給機(jī)組各冷卻系統(tǒng)供水，保證機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)后各冷卻系統(tǒng)溫度不超紅線。主變的冷卻系統(tǒng)為強(qiáng)迫油循環(huán)水冷卻系統(tǒng)，在廠用電消失時(shí)，機(jī)組黑啟動(dòng)對(duì)主變零啟升壓時(shí)油冷泵將無法工作，導(dǎo)致主變油溫上升較快，必須要以最快的速度將廠用電恢復(fù)啟動(dòng)油冷泵工作，控制主變油溫在正常范圍。

監(jiān)控系統(tǒng)是全廠所有設(shè)備的控制中心。整個(gè)上位機(jī)和現(xiàn)場(chǎng)LCU均采用獨(dú)立的UPS供電，在廠用交流電消失情況下，應(yīng)保證整個(gè)監(jiān)押系統(tǒng)能夠正常工作。為保證能夠長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行供電，在黑啟動(dòng)時(shí)可將部分只作監(jiān)視顯示器電源關(guān)閉，從而保證對(duì)全廠設(shè)備的監(jiān)視與控制以及機(jī)組黑啟動(dòng)能夠成功。

4、棉花灘電廠黑啟動(dòng)演練

棉花灘電廠運(yùn)維部根據(jù)本廠情況制定了《棉花灘水電廠黑啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案》，并根據(jù)此應(yīng)急預(yù)案制定了黑啟動(dòng)演練方案，為保證棉花灘電廠黑啟動(dòng)能夠成功，組織各生產(chǎn)人員進(jìn)行培訓(xùn)學(xué)習(xí)，并每年安排一次黑啟動(dòng)演習(xí)。黑啟動(dòng)演習(xí)力求真實(shí)有效，將電廠其中一單元全停，機(jī)組機(jī)旁盤配電柜進(jìn)線開關(guān)斷電，模擬整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)停電，全廠廠用電消失，進(jìn)行電廠黑啟動(dòng)演習(xí)。利用#1機(jī)組殘壓手動(dòng)開機(jī)對(duì)#1主變零起升壓，成功后對(duì)220KV母線模擬送電，并達(dá)到向電網(wǎng)送電的目的。在每次實(shí)際演習(xí)中的主要問題是機(jī)組調(diào)速器壓油罐的油壓及油位下降較快，這就要求黑啟動(dòng)操作人員必須操作迅速，在全廠失電情況下，要第一時(shí)間內(nèi)把機(jī)組啟動(dòng)成功，并快速對(duì)主變零起升壓正常，使廠用電迅速恢復(fù)，否則黑啟動(dòng)很難成功。

5、結(jié)束語

電廠機(jī)組黑啟動(dòng)能否成功，對(duì)整個(gè)電網(wǎng)的黑啟動(dòng)，迅速恢復(fù)電網(wǎng)的運(yùn)行，將起到至關(guān)重要的作用，因此電廠的黑啟動(dòng)的價(jià)值也就不言而喻了。