冰災期間郴州電網黑啟動分析

【摘 要】 介紹了郴州電網冰災期間的三次黑啟動情況，分析了三次黑啟動的特點，總結了三次黑啟動成功的經驗，并對災難天氣導致電網大面積停電后的黑啟動，提出了應對措施。

【關鍵詞】 電力網 黑啟動 冰災 經驗 措施

“黑啟動”是指整個電網因故障崩潰停運后，系統全部停電，處于全“黑”狀態，此時通過系統中具有自啟動能力機組的啟動和外來電源，帶動無自啟動能力的機組，逐步擴大系統的恢復范圍，最終實現整個系統的恢復和供電。

2008年1月13日至2月6日，湖南郴州遭遇歷史罕見冰災。從1月25日開始，郴州電網出現大面積倒桿斷線，供電范圍逐步縮小。1月30日零時15分，220kV大東江一城前嶺線路故障跳閘，包括郴州市城區在內的郴州地區大面積停電，郴州電網處于全“黑”狀態，成為全國關注的“電力孤島”。在郴州地調的指揮下，電網成功實現三次黑啟動。

1 三次黑啟動情況介紹

1．1 事先編制的黑啟動方案受阻

按照《2008年郴州電網黑啟動方案》的要求，郴州電網黑啟動路徑分兩路，分別由花木橋電站和小東江電站黑啟動成功、并列后同時向220kV塘溪變和220kV城前嶺變逐步恢復重要用戶供電。然而，冰災的不斷惡化，電網設施受損極其嚴重，花木橋電站黑啟動路徑因220kV福沖－外沙線、110kV外沙－楊梅山線和110kV外沙-瑤崗仙線覆冰倒桿故障被阻斷，小東江電站黑啟動路徑因110kV小東江－秀水線、小東江－橋口線、塘溪－高灣線相繼故障而受阻，同時黑啟動方案中其它相關110kV線路均出現不同情況的故障，原擬制的黑啟動方案無法實施，郴州電網陷入極端被動狀態。

郴州電網黑啟動前電網接線如圖1所示。

1．2 第一次黑啟動

1月30日零時15分，220kV東城線故障跳閘，郴州電網全“黑”。此時，黑啟動的通道只剩一條，即小東江的啟動電源通過110kV小東江－橋口線、塘溪－橋口線，塘溪110kV母線、塘溪主變升壓至220kV母線，通過220kV塘溪－城前嶺線，經城前嶺主變降壓至11OkV母線，再經11OkV城前嶺－高灣線供郴州市區重要負荷。3時50分，220kV塘溪變#1主變610斷路器送電正常，標志著郴州電網第一次黑啟動取得成功。調度指揮電源、市委市政府、郴州火車站信號電源等重要用戶恢復供電，最高負荷近50MW。因小東江電站(郴州地調調度)是大東江電站(湖南省調調度)的反調節電站，而大東江電220kV出線全部故障停運無法開機，小東江發電用水需要大東江從溢洪道放水，郴州地調向湖南省調反映情況后，得到省調的大力支持，大東江放水由地調根據負荷情況決定。22時43分，因220kV塘溪一城前嶺線的架空地線斷裂故障跳閘，郴州電網第一次黑啟動成功運行8h53min再次崩潰。包括郴州市城區在內的郴州全地區再度停止供電。

郴州電網黑啟動路徑如圖2所示。

1．3 第二次黑啟動

2008年2月1日，220kV塘溪一城前嶺線故障緊急處理完畢，郴州電網實施第二次黑啟動。20時43分小東江發電機組開機經11OkV小東江一橋口線、110kV塘溪一橋口線、220kV塘溪一城前嶺線、110kV城前嶺－高灣線黑啟動成功，郴州市區部分負荷復電，最高負荷40MW。22時35分因500kV線路倒塌導致220kV塘溪一城前嶺線故障，郴州電網第二次黑啟動成功運行2h7min后再次失壓。

1．4 第三次黑啟動

因前兩次黑啟動成功后，都需要大東江電站大量放水，已危及大東江電站水工建筑物的安全，為了減輕大東江電站放水的壓力，地調決定啟動鯉魚江火電廠。2008年2月3日，220kV塘溪一城前嶺線搶修期間，地調成功利用小東江電站啟動了鯉魚江火電廠的#8G(65MW)，鯉魚江火電廠的#8G啟動后，110kV小東江－橋口線、小東江－秀水線、塘溪－橋口線均先后倒桿斷線，第一、二次黑啟動路徑成為絕路。此時，發現一條新路徑，即小東江通過10kV秀東線(東江電站生活區備用電源)經秀水10kV母線、秀水主變、110kV團山－秀水線、110kV鯉魚江－團山線，與鯉魚江電廠#8G并列。220kV塘溪-城前嶺線緊急搶修完畢，郴州電網實施第三次黑啟動。22時31分，鯉魚江#8G經220kV鯉魚江－塘溪線、塘溪－城前嶺線、110kV城前嶺－高灣線送至郴州城區，黑啟動成功，恢復負荷30MW。23時35分，鯉魚江#8G故障解列停機，郴州電網第三次黑啟動成功運行lh4min后再次失壓。至此，郴州電網所有黑啟動路徑全部癱瘓。第二次黑啟動路徑見圖3。

2 三次黑啟動的特點

2．1 成功利用火電機組作啟動電源

三次黑啟動，取用了不同的電源，前兩次均利用小東江電站作啟動電源，第三次成功利用小東江電站啟動鯉魚江火電廠的#8G，鯉魚江火電廠的#8G啟動后，小東江電站并網的110kV線路倒塌，220kV鯉魚江－塘溪線、塘溪－城前嶺線修復后，鯉魚江火電廠的電力成功送至城區。

2．2 黑啟動的路徑不確定

三次黑啟動，不同的路徑，并且事先都無法確定。冰災發展速度太快，1小時前可用的線路，過了1小時就無法確定是否可用了。第三次黑啟動時，甚至利用了東江電站的備用生活用電線路。這條線路能將小東江的電力經東江電廠的生活區送至秀水變電站的1OkV母線，這條路徑事先大家都不清楚，對第三次黑啟動成功起了關鍵作用。

2．3 黑啟動方案指導三次黑啟動成功

事先精心編制的黑啟動方案雖然不可用，但黑啟動的理論起了關鍵指導作用。三次黑啟動都很順利，都成功了。雖然運行時間都不長，但是，能啟動本身就是一種成功。

2．4 黑啟動提高了郴州人民決戰冰災的信心

三次成功的黑啟動，當電送至郴州城區時，所有人員都歡欣鼓舞，當地媒體也都作了報道。對處于“黑暗”中的搶修人員和居民來說，大大提高了決戰冰災的信心。

3 郴州電網黑啟動成功的經驗。

3．1 黑啟動電源選擇正確

《郴州電網11OkV主網黑啟動方案》黑啟動電源是在六個相對條件較好，即有一定庫容量、機組自調性能好、打開導葉的油壓保持時間較長的電廠(花木橋、小東江、歐陽海、青山垅、石壁山、過船輪)中，經過逐廠、逐臺機組試驗篩選出來的優中選優的黑啟動電源：小東江、花木橋電廠。由于指定黑啟動電源的電廠、機組的試驗數據均在黑啟動方案中，增加了調度員的信心。郴州電網全停時，立即指令小東江電站#4機組開機，而沒有在選擇哪臺機組上浪費時間。郴州電網編制的黑啟動方案均下達到黑啟動電源電廠，并要求每年對機組進行維修。特別對黑啟動機組的檢修必須經地調批準，使其長期特別是自然災害易發期保持良好運行或備用狀態。以應對電網突然停電時，立即啟動。

由此可見黑啟動電源試驗、挑選、檢修維護管理是黑啟動能否成功的基礎。

3．2 黑啟動理論正確指揮了黑啟動成功

冰災造成郴州電網輸電線路故障與黑啟動方案預想不一致。但黑啟動理論指導了調度員按照實際電網情況進行黑啟動工作。電源的啟動、恢復、組網、帶負荷，以及各環節需要注意事項照樣實用，減少了盲目性和心中無數帶來失敗風險。如：黑啟動方案中，根據黑啟動電源機組性能計算出，每次增加負荷不超過4MW，而且每次加負荷前必須將頻率提高到50．5～51Hz，保證了三次黑啟動過程中電網平穩迅速恢復，而沒有跨網。黑啟動方案中計算出防止發電機自勵磁，空載線路送電長度控制；以及防止零序保護誤動，每次送電的變壓器臺數控制等理論有效指導了黑啟動。

3．3 多臺機組運行。增加小電網穩定性

在黑啟動過程或黑啟動成功組成小電網運行，一個電廠盡可能將所有機組開出，無論是負荷的波動或是小電網承受故障線路沖擊，多臺機組承受能力較強。水電機組帶負荷穩定區限值很小，而且調速性能相當好，適應性極強。如：花木橋電廠0～15MW負荷變化，兩臺機組沒問題，一臺機組就穩不住。因此，只要每臺機組所帶負荷超過穩定區，哪怕每臺機組帶不滿負荷，均要開出所有機組。

3．4 實現小電源啟動大電源。增強電網供電能力

通過小東江電站黑啟動成功，送出7MW負荷給鯉魚江火電廠，啟動了鯉魚江電廠65MW機組。使得電網可供更多的用電負荷。此時的小電網實行鯉魚江火電機組帶基本負荷，小東江電站水電機組負責調頻、調壓相互協調運行的良好局面。

3．5 關鍵點的無人值班站改為有人值守是黑啟動能夠快速實施的保證

郴州電網85％變電站均實現了無人值班。當電網發生事故初期，調度所就要求電網中較為重要的中樞變電站派人值班。如：220kV塘溪、110kV高灣、橋口這幾個變電站是黑啟動的聯接點，在電網停電期間通信通道中斷，變電站自動化癱瘓，蓄電池電量放盡，根本無法遙控操作，幸虧有人值班，進行手動合閘，否則黑啟動無法實現。

3．6 省調給予大力支持

郴州電網解網期間，郴州地調申請小網運行的220kV線路、變電站及電廠調度權下放，省調均及時下放。為黑啟動電源恢復贏得了寶貴時間，也為黑啟動提供物質基礎。

由于大東江電站220kV出線全部倒塌、斷線停運，大東江電站不能開機放水給小東江電站。經地調申請，省調開溢洪閘放水給小東江發電，保證黑啟動的能源供應。

3．7 嚴肅的調度紀律發揮作用

調度系統人員嚴肅調度紀律、準軍事化管理在郴州黑啟動過程中是有力的保證。鯉魚江電廠、城前嶺、塘溪變值班人員在省調下放給地調調度期間，堅決執行地調指令。鯉魚江電廠、小東江電站值班人員嚴格執行地調每一項指令，果斷、正確、快速、暢通，沒有出現任何推諉講價錢行為。

4 對災難天氣導致電網大面積停電后黑啟動的應對措施

4．1 黑啟動方案應該考慮大面積輸電線路故障情況

原來制定的黑啟動方案僅預想脫離大網后怎樣啟動、恢復并入大網的情況，而沒有考慮輸電線路故障，黑啟動路徑受阻，如何去打通另外的途徑來恢復。對于電網大面積輸電線路故障，黑啟動成功后，無法組成統一網絡時，如何根據輸電網故障情況，保證小區域電網運行，沒有涉及。重新編制黑啟動方案時，必須充分考慮。

4．2 黑啟動電源不能單一，要盡可能的多

由于輸電線路受自然災害無法預料，黑啟動電源多，可根據電網故障情況，以黑啟動電源為中心分割成多片供電網絡運行。然后根據輸電線路搶修情況逐步聯網合并。根據郴州電網黑啟動成功經驗，實際對水電廠黑啟動要求可降低。當電網全停時，水電廠馬上將機組空轉，不并網，只帶廠用電，待調度指令恢復電網，大部分水電機組均能做到。否則，時間長后，油壓降低，導水葉打不開，只能等待外來電源啟動，就被動了。

4．3 裝機容量較大的電廠應該配備柴油發電機

在小網恢復沒有并入大網前，電源是及其寶貴的。因電網故障，啟動電源送不進時，若裝機容量較大電廠有柴油發電機來啟動，帶起一片小供電區非常重要。

4．4 電網要建立自然災害預警期

在電網易發生自然災害期如冰凍、洪水、雷電、大霧等時期實行預警。就可安排能黑啟動的電廠水庫蓄一定量的水，不安排機組檢修，黑啟動通道廠站由無人值班改有人值班，一些大電源電廠準備一定數量的柴油發電機等一些準備工作。一旦電網受損就有應對措施。

4．5 對于主要的黑啟動電源通道提高建設標準

主要黑啟動電源與負荷的聯絡線設計標準要適當提高。在自然災害來臨時不至于受損，這才能保證重要用戶的供電，不至于造成電網全停，帶來社會恐慌。

4．6 自動化系統要設置多供電區的頻率監視點

電網黑啟動成功，往往是多個點。而形成供電區也是各自獨立的，沒有并成一個網前，頻率都不一樣。而頻率是監視電網運行最關鍵參數。它決定負荷增減，保持發供平衡，電網穩定運行。因此要以電源形成供電區，在SCADA畫面中設置不同的頻率參數監視點。以便電網運行監督。

4．7 發電廠人員要樹立大局意識

許多黑啟動成功的電源，往往要帶自己生活區用電，而不愿讓出負荷給電網中更重要的用戶供電。如何讓電廠承擔社會責任，政府教育、行政命令、非常時期緊急措施、調度指令剛性以及不執行的追究懲罰，需要電力監管部門、政府作許多工作。