淺析水電站黑啟動(dòng)方案

闕振興

摘要：當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生大面積或者全網(wǎng)停電的情況時(shí)，對(duì)國(guó)家經(jīng)濟(jì)及人民生命財(cái)產(chǎn)將造成巨大的損失，在停電之后，采用黑啟動(dòng)措施，可以大大縮短停電時(shí)間，因此制定黑啟動(dòng)方案，對(duì)于電網(wǎng)來(lái)說(shuō)非常重要[1]。本文從灘坑水電站調(diào)速系統(tǒng)、勵(lì)磁系統(tǒng)、直流系統(tǒng)、輔助設(shè)備、監(jiān)控系統(tǒng)等方面，探討水電站的黑啟動(dòng)方案以及注意事項(xiàng)。

關(guān)鍵詞：水電站;廠用電;黑啟動(dòng)方案

一、灘坑水電站概述

灘坑水電站位于浙江省青田縣境內(nèi)甌江支流小溪中段，距青田縣城西門為 32km，距溫州92km，距麗水107km。水電站總裝機(jī)60.4萬(wàn)千瓦，其中三臺(tái)20萬(wàn)千瓦級(jí)混流式水輪發(fā)電機(jī)組是浙江省目前單機(jī)容量最大的常規(guī)水電機(jī)組，4號(hào)生態(tài)機(jī)組在三臺(tái)大機(jī)組不發(fā)電時(shí)運(yùn)行，維持下游居民的正常生活用水和小溪流域的生態(tài)平衡。電站多年平均發(fā)電量10.23億千瓦時(shí)，年利用小時(shí)1705小時(shí)，具有多年調(diào)節(jié)性能。電站擔(dān)負(fù)著浙江省電力系統(tǒng)調(diào)峰、調(diào)頻、調(diào)相及事故備用，同時(shí)兼顧防洪，并具有其它綜合利用效益。

水電站采用單機(jī)單變接線，設(shè)有220kV正、副母線，母線上分別接有3臺(tái)主變以及兩條線路，正常運(yùn)行方式：220kV 正、副母線為“雙母線并列運(yùn)行方式”。即#1 主變、#3主變、驕灘 2Q81 線接至 220kV 正母線運(yùn)行，#2主變、灘文 2340 線接至 220kV 副母線運(yùn)行，220kV母聯(lián)開(kāi)關(guān)聯(lián)絡(luò)運(yùn)行且在“自動(dòng)”，220kV 正、副母壓變及避雷器均投入運(yùn)行，三臺(tái)主變中性點(diǎn)接地。廠用電采用兩級(jí)降壓供電方式，即由#1、#2、#3 主變低壓側(cè) 13.8kV 經(jīng) 1 號(hào)、2 號(hào)、3 號(hào)廠變降壓至 10.5kV，4號(hào)機(jī)接至3號(hào)廠變低壓側(cè)的10.5kV III段。

二、水電站黑啟動(dòng)分析

1、調(diào)速系統(tǒng)：

調(diào)速系統(tǒng)有自動(dòng)和手動(dòng)兩種方形方式，調(diào)速器控制柜采用交、直流雙電源供電方式，操作和控制電磁閥均由直流220V電源供電，不會(huì)因?yàn)榻涣麟娫聪Ф绊懫湔＿\(yùn)行。調(diào)速器油壓系統(tǒng)采用的是壓油槽式，利用氣壓油的方式儲(chǔ)能（即壓力油罐1/3容積為油，2/3容積為空氣），故在失去廠用交流電時(shí)，壓油罐內(nèi)油壓相對(duì)較快，但是也可以維持1小時(shí)以上。正常情況下，油壓裝置的油壓可以保證機(jī)組進(jìn)行一次正常自啟動(dòng)，但需要注意壓油槽的油氣比例，壓油槽油位不能低于操作最低油位，必要時(shí)手動(dòng)充氣維持正常操作油壓[2]。

機(jī)組開(kāi)機(jī)的方式采用手動(dòng)開(kāi)機(jī)方式，優(yōu)點(diǎn)是操作用油量較小，但是需要防止機(jī)組過(guò)速。調(diào)速器系統(tǒng)還設(shè)有調(diào)速器事故低油壓保護(hù)，保護(hù)的動(dòng)作值為5.4MPa，為了防止保護(hù)誤動(dòng)，在黑啟動(dòng)前取下機(jī)組“調(diào)速器事故低油壓”緊急事故停機(jī)軟壓板。

2 勵(lì)磁系統(tǒng)：

水電站采用自并勵(lì)激勵(lì)磁方式，正常運(yùn)行時(shí)采用殘壓起勵(lì)，并設(shè)置220V直流起勵(lì)電源。勵(lì)磁系統(tǒng)采用兩套調(diào)節(jié)器，并互為備用，均采用交、直流220V雙電源供電，不受交流電源中斷的影響。在黑啟動(dòng)時(shí)由于沒(méi)有廠用交流電源，勵(lì)磁風(fēng)機(jī)將不能運(yùn)行，受功率柜溫度限制，勵(lì)磁系統(tǒng)可能無(wú)法長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，應(yīng)監(jiān)視功率柜溫升情況。如果黑啟動(dòng)的機(jī)組需向系統(tǒng)充電，由于對(duì)地電容的存在，則需要考慮線路末端過(guò)電壓?jiǎn)栴}，故黑啟動(dòng)機(jī)組帶長(zhǎng)線路起勵(lì)時(shí)應(yīng)采用慢速零起升壓的方式。

3、直流系統(tǒng)

直流系統(tǒng)擔(dān)負(fù)著提供廠內(nèi)繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置、監(jiān)控系統(tǒng)及開(kāi)關(guān)的控制及操作電源; 并供給機(jī)組起勵(lì)電源、全廠事故照明等電源。水電廠直流電源系統(tǒng)有一、二號(hào)蓄電池組，每組 104 只，共 208 只蓄電池。當(dāng)交流電消失時(shí)，可以通過(guò)蓄電池供電，保證全廠保護(hù)、操作、開(kāi)關(guān)合閘、起勵(lì)助磁、滅磁開(kāi)關(guān)合閘電源、監(jiān)控電源等直流負(fù)荷正常。直流蓄電池組可以保證2小時(shí)的供電。如蓄電池電壓下降過(guò)快，必要時(shí)應(yīng)可停用一部分直流負(fù)荷，關(guān)閉部分事故照明。

4、輔助設(shè)備

水電站內(nèi)設(shè)有筒型閥裝置，位于水輪機(jī)的固定導(dǎo)葉與活動(dòng)導(dǎo)葉、頂蓋與底環(huán)之間的空間里，正常開(kāi)機(jī)時(shí)提起，停機(jī)后落下，用以減少導(dǎo)葉的漏水量。筒型閥控制柜由交、直流220V電源供電，操作不受交流電消失的影響。類似于調(diào)速器油壓系統(tǒng)，筒型閥油壓系統(tǒng)也是采用的是壓油槽式，油壓也可以保證筒型閥的正常操作。

技術(shù)供水電動(dòng)閥采用的交流電源單獨(dú)供電，因此交流電源消失后，技術(shù)供水電動(dòng)閥不能自動(dòng)打開(kāi)，需要手動(dòng)打開(kāi)技術(shù)供水旁通閥保證軸承潤(rùn)滑水正常。

機(jī)組頂蓋排水系統(tǒng)因交流電源消失，排水泵無(wú)法正常工作，在機(jī)組開(kāi)啟時(shí)短時(shí)間內(nèi)頂蓋可能滿水，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致水導(dǎo)油槽進(jìn)水，機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中應(yīng)監(jiān)視頂蓋漏水情況并盡量縮短停電時(shí)間。

5、監(jiān)控系統(tǒng)

監(jiān)控系統(tǒng)采用UPS供電，可以保證監(jiān)控系統(tǒng)一直有電，黑啟動(dòng)過(guò)程中，可以監(jiān)視設(shè)備的狀態(tài)。

二、水電站黑啟動(dòng)方案

當(dāng)臺(tái)風(fēng)（或其它極端天氣、系統(tǒng)故障等）對(duì)兩條線路造成影響，導(dǎo)致雙線路跳閘（或 220kV 系統(tǒng)母線失電），全廠用電源消失時(shí)，可通過(guò)機(jī)組黑啟動(dòng)操作恢復(fù)廠用電及220kV母線。經(jīng)試驗(yàn)，3臺(tái)機(jī)組在機(jī)組處于備用狀態(tài)和調(diào)速器、筒形閥油壓裝置均處于正常的備用待開(kāi)機(jī)狀態(tài)時(shí)，當(dāng)交流電源消失的情況下，機(jī)組具備不需借助外部電源而實(shí)現(xiàn)自啟動(dòng)的功能，具有調(diào)節(jié)性能好，啟動(dòng)速度快的特點(diǎn)。

機(jī)組黑啟動(dòng)操作步驟 （以3號(hào)機(jī)為例）

（1）拉開(kāi)#3 主變220kV開(kāi)關(guān);

（2）將 廠用電10.5kVⅢ段母線改為“冷備用”;

（3）退出#3機(jī)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)電緊急停機(jī)流程調(diào)速器事故低油壓軟壓板;

（4）檢查直流系統(tǒng)及監(jiān)控系統(tǒng) UPS 電源工作正常。

（5）檢查#3 機(jī)具備開(kāi)機(jī)條件;

（6）手動(dòng)開(kāi)啟#3 機(jī)技術(shù)供水旁通閥，檢查投入冷卻水至正常;

（7）現(xiàn)地操作電手動(dòng)開(kāi)啟#3 機(jī)筒形閥，檢查筒形閥至全開(kāi);

（8）將#3機(jī)調(diào)速器切“機(jī)手動(dòng)”;

（9）操作#3 機(jī)調(diào)速器機(jī)械手輪，監(jiān)視導(dǎo)葉開(kāi)度至“空載”位置，將機(jī)組轉(zhuǎn)速調(diào)整至額定轉(zhuǎn)速后將調(diào)速器切為“自動(dòng)”控制;

（10）無(wú)壓合上#3機(jī)開(kāi)關(guān);

（11）按#3 機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器“開(kāi)機(jī)”按鈕;

（12）監(jiān)視#3 機(jī)及#3主變零起升壓正常;

（13）恢復(fù)廠用電運(yùn)行和重要負(fù)荷的供電。

（14）廠用電恢復(fù)之后，即可以開(kāi)啟其他兩臺(tái)機(jī)組向母線及線路供電，向系統(tǒng)恢復(fù)供電。

注意事項(xiàng)

1、 自啟動(dòng)恢復(fù)廠用電時(shí)，升壓前必須將主變220kV開(kāi)關(guān)、廠用電 10.5kV 開(kāi)關(guān)斷開(kāi);

2、 選擇黑啟動(dòng)機(jī)組時(shí)應(yīng)選擇備用狀態(tài)較好（如：機(jī)組平時(shí)運(yùn)行穩(wěn)定性好、調(diào)速器和筒形閥的油壓較高）的機(jī)組進(jìn)行黑啟動(dòng);

3、 升壓過(guò)程應(yīng)做好事故預(yù)想，如發(fā)現(xiàn)異常立即滅磁，電壓升至額定后對(duì)發(fā)電機(jī)和變壓器進(jìn)行檢查一次，無(wú)異常后才能操作;

4、 升壓正常后恢復(fù)廠用電時(shí)應(yīng)先恢復(fù)運(yùn)行機(jī)組所在的相應(yīng)段廠用電運(yùn)行，然后迅速恢復(fù)運(yùn)行機(jī)組的動(dòng)力電源、自動(dòng)化控制電源和廠房照明電源;

5、在恢復(fù)非運(yùn)行機(jī)組對(duì)應(yīng)段的廠用電運(yùn)行前，必須將待恢復(fù)段的10.5kV 進(jìn)線開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，并將其隔離手車?yán)_(kāi)，以防由低壓側(cè)向廠變充電;

6 在恢復(fù)廠用負(fù)荷時(shí)應(yīng)將較重的負(fù)荷先切除，然后根據(jù)主次逐個(gè)恢復(fù)供電，以防送電時(shí)負(fù)荷過(guò)重造成沖擊。

結(jié)語(yǔ)：

水力發(fā)電廠是黑啟動(dòng)電源的首選，灘坑水電站的黑啟動(dòng)的成功試驗(yàn)，為浙江電網(wǎng)提供了一個(gè)重要的黑啟動(dòng)電源，縮短了電網(wǎng)的恢復(fù)時(shí)間。

參考文獻(xiàn)：

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[4]蒙玉玲，韋衛(wèi).大化水電廠黑啟動(dòng)操作和運(yùn)行方式分析.紅水河，2018，37（6）：115-118.