水電廠黑啟動(dòng)關(guān)鍵技術(shù)研究

邱燦鋒

摘要：水電站發(fā)電機(jī)組黑啟動(dòng)是指廠用電消失的情況下，利用水電站機(jī)組自身特點(diǎn)完成機(jī)組自啟動(dòng)和水電站事故備用電源（如柴油發(fā)電機(jī)等）開(kāi)機(jī)恢復(fù)一臺(tái)或多臺(tái)機(jī)組的廠用交流電，繼而完成機(jī)組的啟動(dòng)建壓、恢復(fù)廠用交流電并對(duì)外配合調(diào)度恢復(fù)電網(wǎng)送電過(guò)程。

利用電網(wǎng)內(nèi)大型水電機(jī)組自啟動(dòng)能力可以加快系統(tǒng)恢復(fù)響應(yīng)速度，此時(shí)黑啟動(dòng)試驗(yàn)過(guò)程中需帶高壓送出線路，強(qiáng)調(diào)通過(guò)廠內(nèi)機(jī)組黑啟動(dòng)恢復(fù)電網(wǎng)供電能力。一方面考慮線路容升效應(yīng)以防止黑啟動(dòng)試驗(yàn)過(guò)程中機(jī)組自勵(lì)磁損壞設(shè)備造成黑啟動(dòng)試驗(yàn)失敗，另外也需對(duì)黑啟動(dòng)試驗(yàn)過(guò)程中過(guò)電壓狀態(tài)進(jìn)行計(jì)算防止設(shè)備絕緣破壞，通過(guò)黑啟動(dòng)過(guò)電壓計(jì)算為現(xiàn)場(chǎng)黑啟動(dòng)試驗(yàn)方案制定提供依據(jù)，確保現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)安全可靠開(kāi)展。

關(guān)鍵詞：勵(lì)磁限制;黑啟動(dòng)過(guò)電壓;自勵(lì)磁

引言

電廠在黑啟動(dòng)過(guò)程中，一般可劃分為黑啟動(dòng)初始狀態(tài)、黑啟動(dòng)可控狀態(tài)、黑啟動(dòng)成功狀態(tài)和黑啟動(dòng)結(jié)束等幾個(gè)階段，在實(shí)施過(guò)程中，各廠站操作方法和步驟因設(shè)備與接線方式的差別而各不相同。廣西大化水力發(fā)電廠作為廣西電網(wǎng)南寧網(wǎng)區(qū)的骨干電廠，在南寧網(wǎng)區(qū)的調(diào)峰調(diào)頻上起著重要作用，同時(shí)也是廣西電網(wǎng)黑啟動(dòng)的重要啟動(dòng)電源點(diǎn)之一，至今已進(jìn)行過(guò)若干次不同程度、不同范圍的黑啟動(dòng)試驗(yàn)，本文就大化水電廠機(jī)組黑啟動(dòng)試驗(yàn)過(guò)程中的特點(diǎn)進(jìn)行分析，以此作為本廠黑啟動(dòng)試驗(yàn)和操作的指導(dǎo)建議，同時(shí)也希望能給其他水電廠黑啟動(dòng)的實(shí)施提供參考。

1概述

黑啟動(dòng)是在電網(wǎng)發(fā)生大面積停電事故后，在系統(tǒng)全黑或者是部分停電的情況下，能夠在最短時(shí)間內(nèi)比較安全地恢復(fù)電網(wǎng)的正常運(yùn)行，從而減少大面積停電造成的損失。電力系統(tǒng)的恢復(fù)一般分為3個(gè)階段，即黑啟動(dòng)、網(wǎng)架重構(gòu)和負(fù)荷恢復(fù)。完成這3個(gè)階段，電網(wǎng)的供電恢復(fù)。由此可見(jiàn)，黑啟動(dòng)是電力系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)營(yíng)的第一步。黑啟動(dòng)電源在大面積停電后，通過(guò)自身啟動(dòng)帶動(dòng)其他不能自啟的電源恢復(fù)供電，并與其他電源形成一個(gè)小系統(tǒng)，與發(fā)電廠的供電共同形成子系統(tǒng)。通過(guò)一個(gè)個(gè)子系統(tǒng)的連接，使得停電區(qū)域內(nèi)的變電站和輸電線路能夠逐步恢復(fù)正常運(yùn)營(yíng)，從而恢復(fù)電網(wǎng)的正常工作。

大面積停電后，電力系統(tǒng)恢復(fù)正常的運(yùn)營(yíng)時(shí)間較長(zhǎng)，一般3個(gè)過(guò)程的完成需要9h。黑啟動(dòng)作為電力恢復(fù)的第一階段，首先需要啟動(dòng)自身的電源，在此基礎(chǔ)上帶動(dòng)其他不能自啟電源啟動(dòng)。在我國(guó)電力系統(tǒng)中，關(guān)于黑啟動(dòng)方案需要大量的指導(dǎo)原則提供科學(xué)的理論依據(jù)，因此安全有效地進(jìn)行黑啟動(dòng)離不開(kāi)科學(xué)的啟動(dòng)方案。

2黑啟動(dòng)初始狀態(tài)

2.1公共輔機(jī)

全廠公共輔機(jī)均為交流供電。左右岸廠房滲漏排水系統(tǒng)停啟間隔超過(guò)3h，且備用、安全容積足夠;高壓氣系統(tǒng)對(duì)調(diào)速系統(tǒng)油罐的補(bǔ)氣周期超過(guò)3天，短期失電對(duì)油壓無(wú)影響;左右岸廠房各裝設(shè)有低壓氣系統(tǒng)，右岸低壓氣為雙氣罐，全黑狀態(tài)發(fā)生后，低壓氣系統(tǒng)可以滿足全廠機(jī)組同時(shí)進(jìn)行氣制動(dòng)剎車(chē)停機(jī)，本廠機(jī)組在制動(dòng)停機(jī)穩(wěn)定后風(fēng)閘自動(dòng)退出，不需要保持在加閘狀態(tài)。

2.2直流系統(tǒng)

全廠各直流系統(tǒng)蓄電池均為220V/300Ah，監(jiān)控上位機(jī)UPS蓄電池為220V/100Ah。直流系統(tǒng)蓄電池定期核對(duì)性放電試驗(yàn)合格，30A放電10h后蓄電池電壓為200V，104個(gè)蓄電池單體電壓均大于1.8V;監(jiān)控UPS蓄電池定期核對(duì)性放電試驗(yàn)合格，10A放電10h后蓄電池電壓174V，12個(gè)蓄電池單體電壓均大于10.5V，直流系統(tǒng)、監(jiān)控UPS蓄電池容量滿足試驗(yàn)規(guī)范。在柴油機(jī)應(yīng)急電源投入后，可以立即帶上廠房直流系統(tǒng)和監(jiān)控上位機(jī)UPS運(yùn)行，直流系統(tǒng)和監(jiān)控UPS的工作可靠性會(huì)進(jìn)一步提高。

2.3機(jī)組及輔助設(shè)備

本廠無(wú)快速閘門(mén)，初始全黑狀態(tài)時(shí)，全廠5臺(tái)軸流轉(zhuǎn)槳機(jī)組事故全停后，在主壓力油罐和備用壓力油罐的雙重配置下，機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)油壓可以維持在最低動(dòng)作油壓以上（事故低油壓）數(shù)小時(shí)，但交流壓油泵若不啟動(dòng)，機(jī)組油壓無(wú)法支持重新開(kāi)機(jī);機(jī)組在停機(jī)狀態(tài)下，頂蓋排水泵最短停啟間隔15～20min，經(jīng)臨時(shí)調(diào)整密封水壓，機(jī)組密封漏水（頂蓋積水）可以控制在最高水位以下大約超過(guò)40min，此外還可投入檢修空氣密封以減少漏水;調(diào)速器、勵(lì)磁調(diào)節(jié)器和現(xiàn)地控制單元均為交流、直流雙電源配置，系統(tǒng)全黑期間不影響其正常工作;機(jī)組甩負(fù)荷后的軸承溫度和電壓等各參數(shù)經(jīng)試驗(yàn)均在合格可控范圍。

3過(guò)電壓計(jì)算

3.1計(jì)算工具與模型

利用PSCADEMTDC電磁暫態(tài)仿真軟件搭建里底電站發(fā)電機(jī)組（包括勵(lì)磁系統(tǒng)、調(diào)速系統(tǒng)）、主變、線路以及電抗器等詳細(xì)數(shù)學(xué)模型，計(jì)算研究不同黑啟動(dòng)方式下過(guò)電壓水平，包括空載升壓帶廠用負(fù)荷以及帶線路合閘等情況下過(guò)電壓水平，為現(xiàn)場(chǎng)黑啟動(dòng)方案制定提供理論計(jì)算依據(jù)。

3.2線路合閘點(diǎn)選擇

大型水電機(jī)組一般均采用單元接線方式，帶線路黑啟動(dòng)過(guò)程中采用機(jī)端斷路器與采用主變高壓側(cè)斷路器作為合閘點(diǎn)對(duì)線路末端過(guò)電壓影響較大，區(qū)別在于主變電抗對(duì)空充過(guò)程中過(guò)電壓具有抑制作用，計(jì)算不同合閘位置過(guò)電壓。

4勵(lì)磁欠勵(lì)限制影響分析

兩側(cè)高抗全部投入與電源單側(cè)電抗投入方案均不可行，同時(shí)兩側(cè)高抗全部退出時(shí)再額定電壓下空充線路暫態(tài)過(guò)電壓較高，試驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)較大，因此一種可行方案是將電壓降低至0.9pu下合閘空充線路，一方面可降低合閘過(guò)程中暫態(tài)過(guò)電壓水平，同時(shí)穩(wěn)態(tài)電壓也可滿足電廠自身及外部用電設(shè)備用電質(zhì)量要求?？粘渌查g機(jī)端進(jìn)相無(wú)功最大為178.405MVar，穩(wěn)態(tài)情況下機(jī)組進(jìn)相無(wú)功為-84.75MVar，由于機(jī)組進(jìn)相較深，因此需計(jì)算在此情況下機(jī)組欠勵(lì)限制以及失磁保護(hù)是否動(dòng)作。通過(guò)查閱發(fā)電機(jī)組進(jìn)相試驗(yàn)報(bào)告，欠勵(lì)限制設(shè)置在零有功出力條件下無(wú)功限制為-70.47MVar（0.9pu），可見(jiàn)，在對(duì)線路空充瞬間暫態(tài)過(guò)程及穩(wěn)態(tài)過(guò)程中，機(jī)組無(wú)功進(jìn)相深度均大于欠勵(lì)限制曲線設(shè)置范圍，造成空充過(guò)程中欠勵(lì)限制工作。

結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)黑啟動(dòng)過(guò)程中各關(guān)鍵因素仿真計(jì)算分析，黑啟動(dòng)過(guò)程中應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注空充線路瞬間線路暫態(tài)過(guò)電壓，并合理利用主變、高抗等抑制合閘過(guò)程中出現(xiàn)暫態(tài)過(guò)電壓，同時(shí)還需考慮穩(wěn)態(tài)電壓水平，確保黑啟動(dòng)過(guò)程中線路末端穩(wěn)態(tài)電壓在設(shè)備正常允許工作范圍內(nèi)。同時(shí)應(yīng)對(duì)機(jī)組自勵(lì)磁進(jìn)行計(jì)算分析，以確保黑啟動(dòng)過(guò)程中機(jī)組不會(huì)發(fā)生自勵(lì)磁現(xiàn)象。

參考文獻(xiàn)：

[1]王文忠.朗寨水電站黑啟動(dòng)運(yùn)用分析和試驗(yàn)[J].通訊世界，2018，（11）：92-93.