尼爾基電廠黑啟動方案研究

高 洋

(嫩江尼爾基水利水電有限責任公司，內蒙古 莫旗 1628500)

1 概述

黑啟動:指整個系統因故障停運后，不依賴別的網絡的幫助，通過系統中具有自啟動能力的機組的啟動，帶動無自啟動能力的機組，逐步擴大電力系統的恢復范圍，最終實現整個電力系統的恢復。

1.1 電網安全穩定的要求

電力系統穩定性定義包含3個內容:不發生主系統的非同步運行;不發生頻率崩潰;不發生電壓崩潰。在原則上，首先應當盡一切可能防止主系統出現穩定破壞事故。對于主系統的穩定破壞，如果處理不當或者因繼電保護等不正確動作，都可能導致系統大面積長期停電的事故，因此，考慮電力系統可能出現的最壞情況，從最壞處著眼，建立應對電網失去穩定性的措施，確實是保證電力系統安全穩定運行的最后一道防線。

1.2 黑啟動的劃分

黑啟動的實質是指在電網發生大面積或全網停電的情況下，電網利用內部部分發電機組(即電源)自身或外來的動力資源發電機組啟動達到額定轉速并建立正常電壓，有步驟地對電網進行充電，恢復電網運行和用戶供電。

目前，電力系統的黑啟動主要分為電網黑啟動和水電站黑啟動兩個層面。

1.2.1 電網黑啟動

電網黑啟動是指系統全部停電后(不排除獨立小電網仍維持運行)，迅速恢復電網供電的方式。電網恢復的基本方法有串行恢復和并行恢復兩種。

1)串行恢復

串行恢復是在大多數發電機并網前對整個(或局部)網絡進行充電。在電網局部和子系統恢復時常被電網所采用。串行恢復存在的主要問題是:高壓輸電系統充電是系統產生的無功常常超出實施充電的發電機的無功吸收能力，可能導致系統端出現過電壓。

2)并行恢復

并行恢復是將系統分成幾個子系統同時恢復，各子系統同步后進行同期并列將整個網絡連接起來。在系統全黑情況下或沒有任何外部互聯情況時，因子系統同步恢復能顯著縮短恢復時間，因而此方案通常被全電網所采用。

1.2.2 水電站黑啟動

水電站黑啟動是指機組在無0.4 kV廠用電情況下，依DC220V電源迅速完成機組自啟動，對內恢復廠用電，并配合調度對電網安全恢復。水電站黑啟動的基本任務為:對內恢復廠用電;對電網安全恢復，即用機組自啟動后并對電網進行充電。

2 黑啟動試驗步驟及注意事項

對于對內恢復廠用電，水電站能否自啟動的關鍵是開機操作時導水機構的油壓維持時間和蓄電池(含UPS)的供電維持時間。為了預防尼爾基廠廠用電失去，而短時間不能恢復送電的情況下，為盡快恢復廠用電電源，保證設備正常運行，減少事故造成的損失，結合尼爾基發電廠實際，制定黑啟動試驗程序如下:

2.1 開機試驗前設備運行狀態(利用4#機組試驗)

1)3#機停止備用，出口開關及出口刀閘在開位。

2)10.5 kVⅡ段母線所有負荷倒Ⅰ段運行，2號廠用變高壓側開關在合位，低壓側開關在分位。

3)2#主變高壓側開關在分位，高壓側刀閘在分位，中性點刀閘在合位。

2.2 試驗步驟

2.2.1 第一次試驗(4#機油壓在6.0～6.3MPa)。

1)檢查4#機壓油罐油壓在試驗定值范圍內，并由專人監視記錄油壓及油面。

2)將4#機壓油泵手/自動切換把手放切。

3)將4#機機旁動力盤上勵磁風機動力電源切除。

4)4#機調速器在自動，調速器交流電源切除。

5)4#機A、B套勵磁調節器切手動，系統電壓跟蹤退出，殘壓啟勵退出，零啟升壓投入。

6)將同期選擇把手放切除位置，通知值長上位機自動開機。

7)機組轉速建立后，確認發電機出口殘壓低于0.3kV，開關操作把手入試驗位置，手動合4#機出口1341開關。

8)待4#機轉速達到90%以上額定轉速，操作4#機勵磁調節器，零起升壓至13.8kV，將勵磁調節器切自動。

9)將4#機勵磁風機動力電源投入。

10)將4#機壓油泵手/自動切換把手放自動。

11)將調速器交流電源投入。

12)合上2#廠用變壓器低壓側開關，將10.5kVⅡ段負荷倒回，由4#機單獨帶一側廠用電，至機組帶0.4kV動力電源后，記錄油壓、油面及試驗結束時間，并實測機組震動、擺度等運行情況。

13)將10.5kVⅡ段負荷倒至10.5kVⅠ段，拉開2#廠用變壓器低壓側開關。

14)試驗結束，4#機停機。

2.2.2 第二次試驗(4#機油壓在5.7～6.0MPa)

1)重復步驟一中1～5項措施。

2)將同期選擇把手放切除位置，通知值長4#機上位機自動開機。

3)觀察記錄油壓下降情況。

4)重復第一次步驟中7～11項試驗步驟，不帶廠用電負荷。

5)通知值長4#機停機。

2.3 安全措施

2.3.1 技術措施

1)試驗前檢查被試驗機組應處于良好狀態，壓油裝置油面、油壓均在合格范圍內，并由檢修安排人員做好記錄。

2)將壓油泵切除后，及時記錄切除時間，以及當時油壓、油面，并作好監視和記錄。

3)分別監視記錄壓油裝置油壓降至自動啟動時的時間、油面、油壓;降至備用泵啟動的時間、油面、油壓;降至5.0 MPa的時間、油面;降至4.8 MPa時的時間、油面。

4)確定壓油裝置油面低于520 mm以下、油壓降至4.8 MPa以下及時啟動壓油泵(需要現場確認一下)。

5)機組開機建立起電壓后，恢復廠用電時，將壓油泵投入自動運行，并記錄當時的油面和油壓。

6)試驗過程中加強監視水輪發電機組、變壓器、調速系統、勵磁系統等運行情況，任意一處出現異常應立即停止試驗。

7)機組單帶廠用電后，測量機組振動、擺度，并作好記錄。

8)分階段記錄試驗時間，包括開機令下達到建立電壓時間及廠用電倒閘操作完成時間。

9)在第一次、第二次試驗過程中如果因調速器用油量大，導致油壓降低過多造成事故油壓保護動作或自動不能開機等，應立即將壓油泵(兩臺)投入“自動”試驗終止。

10)試驗前準備工作必須充分，將可能影響開機的環節提前在現場作試驗驗證;運行提前準備好倒閘操作票，防止非同期。

2.3.2 組織措施

1)試驗前，參加試驗人員應熟悉試驗方案，明確整個試驗程序，提前作好各項準備。

2)試驗前后組織人員檢查現場安全措施是否完善，試驗工作是否安全可靠。

3)試驗中要服從指揮，相互配合，發現問題及時匯報。4)應做好各項停用的交流電源記錄、監視技術記錄、時間記錄、測量記錄、巡視檢查。

5)從值長下令開機時刻為開始時間，發電機電壓調整到額定為終止時間及帶上廠用電時間，設專人記錄。

2.4 結論

經過上述2次不同油壓狀態下開機試驗，證明即使油壓在最不利情況下也能夠滿足機組開機并帶上負荷，黑啟動試驗成功。

3 尼爾基廠用機組帶廠用電(黑啟動)送電原則及操作順序

3.1 全廠廠用電失去時送電原則

1)立即啟動柴油發電機帶機組頂蓋排水泵負荷，在時間允許情況下再帶大南滲漏泵、廠房滲漏泵負荷。(柴油發電機運行期間由檢修人員監視、維護)。

2)立即退出主變冷卻器全停跳閘連片，投入事故照明，在變壓器恢復送電前投入主變冷卻器全停跳閘連片，待廠用系統恢復正常后將事故照明切至正常。

3)匯報廠領導及通知檢修人員。

4)聯系黑龍江省調、拉東變電所、莫旗變電所或根據設備運行情況分析判斷，確認1小時內220kV尼拉線、地區10.5kV廠內備用電源線路，任一條線路不能恢復送電，并請示廠長同意，按機組帶廠用電操作順序開機帶廠用電。

5)帶廠用電機組應首先選用3號機組或4號機組;所有帶廠用電機組壓油罐壓力必須在5.7MPa～6.3MPa，壓油罐油位在+2 060～2 400 mm。

3.2 機組帶廠用電運行方式送電操作順序(以4#機為倒)

1)拉開4#機引出線開關(或檢查開關在開位)。

2)拉開3#機引出線開關(或檢查開關在開位)。

3)拉開尼拉線引出線開關(或檢查開關在開位)。

4)拉開2#主變高壓側開關(或檢查開關在開位)。

5)合上2#主變高中性點刀閘。

6)拉開2#用變壓器低壓側開關。

7)拉開地區10.5kV開關(或檢查開關在開位)。

8)4#機組同期方式選擇開關切至“手動”位置。

9)4#機組同期切換開關切至“切除閉鎖”位置(滑差表)。

10)4#機A、B套勵磁調節器切手動，系統電壓跟蹤退出，殘壓啟勵退出，零啟升壓投入。

11)檢查4#機滅磁開關在投入。

12)用上位機下達開機令。

13)將4#勵磁調節器柜上“整流/逆變”把手切至“逆變”位置。

14)檢查4#機端電壓為零伏，手合4機引出線開關。

15)將4#勵磁調節器柜上“整流/逆變”把手切至“整流”位置，同時按4#機起勵按鈕及DDL觸發按鈕，機端電壓建立后，手動增勵至13.8kV，將AB套勵磁調節器切至自動。

16)合上2廠用變電器低壓側2開關，帶全廠廠用電及生活區負荷。

17)將頂蓋排水泵、廠房滲漏排水泵及大壩灌漿廊道滲漏排水泵負荷倒回由機組帶，停柴油發電機。(拉、合各泵雙投刀閘前應將控制開關放至“切”位)。

18)尼拉線或地區10.5kV開關恢復送電后將廠用系統恢復正常運行方式運行。

4 結束語

在電網發生大面積或全網停電的情況下，如果沒有任何黑啟動措施，將使得停電時間大大延長，甚至對電網安全恢復無從入手，不知所措，并由此造成國民經濟的重大損失。水電站的水輪發電機組是電網安全恢復首選的黑啟動電源，與火電、核電機組相比，水輪發電機結構簡單，沒有復雜的輔機系統，廠用電少，啟動速度快，是安全、理想、方便的電網安全恢復工具之一。