龍門灘梯級水電站機(jī)組黑起動方案

陳能伯

(泉州市龍門灘引水工程管理處，福建泉州362500)

1 引言

黑起動，是指整個系統(tǒng)因故障停運(yùn)后，不依賴于別的網(wǎng)絡(luò)幫助，通過系統(tǒng)中具有自起動能力機(jī)組的起動，帶動無自起動能力的機(jī)組，逐漸擴(kuò)大系統(tǒng)恢復(fù)范圍，最終實(shí)現(xiàn)整個系統(tǒng)的恢復(fù)［1］。本文在介紹和分析了龍門灘梯級水電站傳統(tǒng)黑啟動方案不足的基礎(chǔ)上提出新型黑啟動方案。

龍門灘梯級水電站隸屬于泉州市龍門灘引水工程管理處，總裝機(jī)為5.08 MW，其中一級電站裝機(jī)為2×(9+1.6)MW;二級電站裝機(jī)為2×(13+1.8)MW(注:1.6 MW和1.8 MW的發(fā)電機(jī)組為1999年后技改的，由一臺水輪機(jī)帶二臺發(fā)電機(jī))。該梯級電站于1999年進(jìn)行改造，以計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)取代常規(guī)控制方法，2006年又對系統(tǒng)進(jìn)行一次升級，實(shí)現(xiàn)了城關(guān)調(diào)控中心的遠(yuǎn)程監(jiān)控，它是泉州電網(wǎng)的主力發(fā)電企業(yè)之一，也是泉州電網(wǎng)“黑啟動”的主要啟動電源。該梯級電站遠(yuǎn)離負(fù)荷中心，與系統(tǒng)的聯(lián)系比較薄弱，一旦發(fā)生全廠停電事故，若不能及時恢復(fù)廠用電，不僅不能挽救電網(wǎng)，而且很有可能發(fā)展成水淹廠房及全廠機(jī)電設(shè)備失控的重大事故，將造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，龍門灘梯級水電站機(jī)組“黑啟動”能否成功，對及時地恢復(fù)廠用電，保證自己的機(jī)電設(shè)備安全和防止水淹廠房事故乃至整個泉州電網(wǎng)都具有重要意義。

2 龍門灘水電站機(jī)組傳統(tǒng)黑啟動方式

當(dāng)前很多水電站都進(jìn)行了計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)改造，但機(jī)組的“黑啟動”仍用傳統(tǒng)的“黑啟動”方式，即手動方式來完成，其黑啟動的傳統(tǒng)方式為:

1)檢查確認(rèn)機(jī)組符合黑啟動的相關(guān)條件(油壓在正常范圍、鎖錠、制動閘動作良好)。

2)檢查確認(rèn)機(jī)組與系統(tǒng)隔離(相關(guān)的短路器和隔離開關(guān)在斷開狀態(tài))。

3)投入主變中性點(diǎn)隔離開關(guān)。

4)投入機(jī)組冷卻水系統(tǒng)。

5)手動拔出機(jī)組鎖錠，手動撤除機(jī)組制動閘。

6)將調(diào)速器切手動，手動將導(dǎo)葉打開至空載開度，監(jiān)視機(jī)組轉(zhuǎn)速達(dá)到額定轉(zhuǎn)速并穩(wěn)定運(yùn)行，再將調(diào)速器切回自動。

7)投入機(jī)組勵磁系統(tǒng)，手動起勵，監(jiān)視發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓正常。

8)投入廠用變壓器，逐步恢復(fù)廠用系統(tǒng)。

9)對外恢復(fù)電網(wǎng)供電，具體方式在內(nèi)部已經(jīng)恢復(fù)廠用電的基礎(chǔ)上由電網(wǎng)調(diào)度員調(diào)度。

這種黑啟動方式主要的不足是速度慢、成功率較低。

3 龍門灘水電站機(jī)組黑啟動方案

3.1 黑啟動原則

確認(rèn)系統(tǒng)故障導(dǎo)致大面積停電或廠用電全部消失后，運(yùn)行人員應(yīng)及時開啟所有事故照明設(shè)備，在權(quán)限范圍內(nèi)自行斷開有關(guān)設(shè)備開關(guān)，并在計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)控制程序中進(jìn)入“黑啟動”操作畫面，做好黑啟動準(zhǔn)備，取得調(diào)度同意后，選擇油壓較高、自啟動能力好、能自動開機(jī)的機(jī)組做“黑啟動”機(jī)組，盡快開機(jī)恢復(fù)廠用電，廠用電恢復(fù)后，聯(lián)系調(diào)度逐步向系統(tǒng)恢復(fù)送電。

3.2 黑啟動程序

龍門灘梯級水電站在第一次計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)改造時，機(jī)組黑起動采用傳統(tǒng)方式，曾多次出現(xiàn)機(jī)組黑起動失敗，2006年計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)升級改造時，針對以前出現(xiàn)的問題，設(shè)計(jì)了一個單獨(dú)的機(jī)組黑啟動開機(jī)程序，把黑起動作為一個獨(dú)立的工況處理，在保證機(jī)組安全的前提下，減少黑起動工況的起動條件，因?yàn)榻涣鬏o助設(shè)備不能投入運(yùn)行，所以黑起動開機(jī)的起動條件及程序比正常開機(jī)要少得多，具體起動流程如圖1所示。

圖1 龍門灘電站機(jī)組黑啟動流程圖

4 黑啟動的試驗(yàn)及運(yùn)行情況

自2006年黑啟動程序投運(yùn)以來，每年試驗(yàn)一次均園滿成功，表1是最近一次(即2009年4月23日)的試驗(yàn)數(shù)據(jù):

表1 黑啟動程序試驗(yàn)數(shù)據(jù)表

實(shí)際的黑啟動情況也很理想:如2009年8月22日，110kV線路相間距離I段保護(hù)動作，造成一、二級電站4臺機(jī)組復(fù)合電壓過流保護(hù)動作停機(jī)的事故，二級電站14∶17∶40線路保護(hù)動作跳閘至14∶33∶52二級電站1#機(jī)黑啟動完成，自保廠用電，用了17分35秒，除去事故處理時間，執(zhí)行黑啟動方案至廠用電恢復(fù)只用了3分56秒。這說明該黑啟動方案快速、操作方便且成功率高。

5 經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

1)機(jī)組黑起動的關(guān)鍵是調(diào)速系統(tǒng)和直流系統(tǒng)。對于調(diào)速系統(tǒng)，由于廠用電消失，壓油泵不能正常運(yùn)行，水輪發(fā)電機(jī)組黑啟動的關(guān)鍵是能否將水輪機(jī)導(dǎo)葉開啟的油壓及油槽油位維持在正常的工作范圍以內(nèi)，以滿足機(jī)組的開機(jī)要求。所以在事故處理時要迅速、果斷、準(zhǔn)確。龍門灘一、二級梯級水電站的4臺機(jī)組都進(jìn)行過黑啟動試驗(yàn)，結(jié)果表明:調(diào)速系統(tǒng)均能滿足要求。對于直流系統(tǒng)，其可靠性對機(jī)組黑啟動的成功起著決定性的作用，所以在事故處理中應(yīng)盡可能節(jié)省直流電源，盡量采取手動操作。同時，要對蓄電池嚴(yán)格的維護(hù)，定期容量校驗(yàn)，以保證供電可靠性。尤其要注意檢查測量直流系統(tǒng)運(yùn)行時的浮充電壓、浮充電流是否符合蓄電池的要求，以免浮充電壓/浮充電流過高或過低而影響蓄電池的使用壽命。

2)機(jī)組黑起動過程中，監(jiān)控系統(tǒng)是區(qū)別于正常開機(jī)的專用程序。對勵磁系統(tǒng)沒有特別要求，而對于調(diào)速器來說則有特別要求。正常情況下，機(jī)組在電網(wǎng)中轉(zhuǎn)速基本穩(wěn)定。而機(jī)組黑啟動后自成一個小網(wǎng)，此時調(diào)速器弧立于電網(wǎng)運(yùn)行，對轉(zhuǎn)速的控制要求很高。

3)監(jiān)控系統(tǒng)UPS電源對黑起動也有較大影響。計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)配備專用的不間斷電源裝置與蓄電池，但蓄電池的使用壽命不長，所以黑啟動過程中，操作要準(zhǔn)確、迅速，做到一次成功。同時，對蓄電池嚴(yán)格維護(hù)并定期校驗(yàn)容量，保證監(jiān)控系統(tǒng)在黑起動過程中正常運(yùn)行。

6 結(jié)束語

龍門灘梯級電站采用“監(jiān)控專門程序”的黑啟動方案后，四臺機(jī)組均可以作為黑起動的電源，在系統(tǒng)停電時能夠在最短的時間內(nèi)黑啟動成功，恢復(fù)廠用電，并對電網(wǎng)供電。有效提供了泉州電網(wǎng)黑起動的一個穩(wěn)定起動電源點(diǎn)。

［1］熊惠敏，房鑫炎，等.電力系統(tǒng)全網(wǎng)停電后的恢復(fù)－黑啟動綜述［J］.電力系統(tǒng)及其自動化學(xué)報，1999(3):12－17.