關于電力系統黑啟動方案的探討

崔俊峰,鄭 強

(朔州供電分公司,山西朔州 036002)

關于電力系統黑啟動方案的探討

崔俊峰,鄭 強

(朔州供電分公司,山西朔州 036002)

電力系統的最后一條安全措施是發生系統全部停電或者大面積停電的重大事故后,如何能夠快速重建系統和恢復對用戶的供電。在現代電力系統中,都制訂了適合本系統的系統恢復方案(黑啟動方案),以便在發生事故時,能有秩序地、迅速地實現系統的重新連接和對用戶恢復供電,探討了制定黑啟動方案的啟動電源確定、無功平衡、有功平衡等共性技術問題,提出相應的注意事項。

電力系統;黑啟動;方案

1 電力系統全停電后重建存在的困難

大電力系統全停電后的恢復,是一件十分復雜而又耗費時間的事情,運行經驗表明,事前有無充分而合理的準備,一旦事故發生,其后果大不一樣。雖然現代電力系統中通信和自動化水平很高,但由于以下可以預料的困難,電力系統的重建仍然是一個嚴重而復雜的問題。

a)調度人員總是缺少處理系統全停電事故的經驗。系統全停電事故對每一個調度人員說來,都極少遇到;再加上事故當時氣氛緊張,卻又要求在短時間內作出正確判斷,下達正確而可行的操作命令,如果事先沒有一整套完整的、考慮周全的方案,就很難避免出現錯誤,甚至會造成新的重大事故[1]。

b)系統全停電時,突然有大量信息擁入調度中心,運行人員將淹沒在各種信息的海洋中,而不能迅速研究和分析情況。

c)系統全停電時,電力系統大量的事故信號進入調度的計算機監控系統而無法消化,因而在事件發生后的一段時間內無法加以利用。

2 制定電力系統黑啟動方案的注意事項

黑啟動方案的步驟需要事先詳盡地分析和安排,并根據系統的發展及時修訂。有了事先準備好的詳盡的恢復步驟,在專用自動裝置的配合下,可以有效地避免臨時 “抱佛腳”,使系統恢復過程迅速而順利。根據一些調度的運行經驗,制定黑啟動方案需要注意以下幾點。

a)使系統的重啟動過程處于事先預定的可控狀態下。只有如此,才有可能事先制訂出詳盡的恢復步驟,避免迫使運行人員在事故發生后臨時研究和提出操作順序,才能保證做到臨危不亂,按步就班把系統恢復正常。

b)在恢復系統的最初階段,安排現場值班人員按照啟動方案獨立操作,而不必通過調度中心統一協調,以便減輕調度中心的壓力,同時減少事故處理過程中可能出現的信息系統失靈等問題,以加速系統的恢復。

c)根據系統的結構特點,將系統劃分為兩個或更多的子系統獨立地進行恢復,然后通過調度中心實現并列,以加速全系統的恢復過程。

d)對系統恢復過程中可能遇到的影響設備安全和系統恢復的各種問題,必須事先進行全面的研究和分析,確保規定的操作順序正確無誤,避免遺漏和顛倒重要的操作步驟。

3 制定電力系統黑啟動方案的幾個技術問題

雖然不同的電力系統有不同的具體特點,但在恢復系統的過程中,都會遇到以下的幾個技術問題。

3.1 起動電源

在分區恢復的各個區域內,都必須有起動電源。水電機組用作起動電源最為理想和方便。可能發生的問題是小機組通過長線路接入系統時,可能產生自勵磁或末端電壓過高,需事先安排接入一部分就地負荷。火電機組也可以作為起動電源,問題是機組要具備熱態再起動的能力,并把握好某些允許的時間間隔,如某些熱力機組 (帶超臨界直流爐的)再起動的最短時間間隔。如果用判別低頻率、低電壓等方式,在系統全停前使某些機組帶部分負荷自動解列,可以有效地加速系統恢復的過程[2]。

3.2 無功功率平衡

在超高壓電網的恢復過程中,無功功率平衡是一個嚴重問題。一般說來,有兩種恢復電網的做法:一種做法是避開線路充電和電壓問題,按與電力系統發展過程相同的順序恢復系統,將超高壓電網置于最后恢復。這種做法的明顯缺點是恢復時間比較長。另一種做法是先恢復超高壓電網,優點是加速系統的恢復,但必須對操作順序進行細致安排。例如在超高壓線路充電前,先安排接入一定容量 (最好是低功率因數)的負荷,將并聯電抗器先接入線路,斷開補償電容器,將發電機端電壓置于廠用電允許的最低電壓值,將自動電壓調節器投入運行等等。但實施這些措施后,能否保證安全,不發生過電壓問題,需要事先認真計算、分析和研究[2]。

3.3 有功功率平衡

為了使起動電源能在最低負荷水平下穩定運行且保持正常的電壓水平,機組啟動后需要及時適當地接入一定容量的負荷,但又只能少量增加負荷,以保持運行頻率和電壓在允許范圍內。因此,一般首先恢復較小的直配負荷,而后逐步帶起較大的直配負荷與電網負荷。帶負荷的多少,在恢復時間長短和保持機組穩定運行兩方面相互矛盾,需要統籌兼顧。一般經驗認為,允許同時接入的最大負荷量,不應使系統頻率比接入前下躍0.5 H z。

3.4 接入負荷時的過渡過程

一般說來,除了電阻負荷以外,在系統中接入其他負荷,都會產生過渡過程。但大多暫態過程不過1～2 s,對機組的頻率及電壓影響不大。問題是壓縮空氣機負荷在斷電再投入時,過渡過程時間可長達5 s。但當電力全停后黑啟動時,斷電時間至少要15 min以上,因此它只相當于初次起動的功率,不會出現大問題[1]。

3.5 其他方面的技術問題

a)對自動裝置的考慮。例如:必須在可以控制電壓和頻率的地點并列,并詳細制定操作步驟[3]。

b)許多斷路器在冬季要求加熱,如果加熱器停電超過一定時間,斷路器內氣體由于氣壓下降而凝固,斷路器就不能操作。

c)如果充油電纜沒有配置獨立的油泵備用電源,當停電時間過長,系統電壓恢復進行充電時,可能因絕緣水平下降引起電纜故障。

d)許多遙測、遙控等系統的直流電源供電能力不過1～2 h。停電時間過長,勢必影響這些系統的正常運行。

4 結束語

電力系統的黑啟動是一項非常復雜的系統工程,需要事先對電網進行詳細的分析研究,不僅要考慮技術方面的問題,還要考慮組織管理的問題。同一個電力系統,同一次全停電事故,必須有一個完善的、經過認真分析研究的黑啟動方案,才能快速重建系統,恢復用戶供電。

[1] 王梅義,吳竟昌,蒙定中.大電網系統技術 [M].北京:中國電力出版社,2000:58-67.

[2] 韓禎祥.電力系統穩定[M].北京:中國電力出版社,1995:123-145.

[3] 朱聲石.高壓電網繼電保護原理與技術 [M].北京:中國電力出版社,1995:231-235.

Discuss on Black Start Scheme in Electric Power System

CUIJun-feng,ZHENG Qiang
(Shuozhou Power Supp ly Branch,Shuozhou,Shanxi 036002,China)

Theutmost safety p rovision for elec tric power system is how to rebuild system and resume power supp ly rapid ly in case the who le system or almost the system is shut dow n.In themodern electric power system,schemes to rebuild system aremade(black start schemes)in order to reconnect the system and ensure the power supp ly in emergency.It is discussed of the confirmation o f the black start power supp ly,reactive balance and active balance.Cautions are p roposed according ly.

electric power system;black start;scheme

TM 711

A

1671-0320(2010)01-0039-02

2009-05-05,

2009-12-12

崔俊峰 (1971-),男,山西朔州人,1992年畢業于太原理工大學生產工程自動化專業,工程師,從事電網調度工作;

鄭 強 (1971-),男,山西大同人,1993年畢業于太原高等電力專科學校電力系統及其自動化專業,高級工程師,從事電網調度工作。