尼爾基發(fā)電廠黑啟動(dòng)方案分析

姚 遠(yuǎn)，張 強(qiáng)

（嫩江尼爾基水利水電有限責(zé)任公司尼爾基發(fā)電廠，黑龍江齊齊哈爾 161005）

尼爾基發(fā)電廠黑啟動(dòng)方案分析

姚 遠(yuǎn)，張 強(qiáng)

（嫩江尼爾基水利水電有限責(zé)任公司尼爾基發(fā)電廠，黑龍江齊齊哈爾 161005）

1 黑啟動(dòng)及黑啟動(dòng)方案

大面積停電后的系統(tǒng)自恢復(fù)通俗稱(chēng)為黑啟動(dòng)。具體是指整個(gè)系統(tǒng)因故障停運(yùn)后，在系統(tǒng)全部停電，處于全“黑”狀態(tài)下，不依賴(lài)別的網(wǎng)絡(luò)幫助，通過(guò)系統(tǒng)中具有自啟動(dòng)能力的發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)，帶動(dòng)無(wú)自啟動(dòng)能力的發(fā)電機(jī)組，逐漸擴(kuò)大系統(tǒng)恢復(fù)范圍，最終實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的恢復(fù)。黑啟動(dòng)的關(guān)鍵是電源點(diǎn)的啟動(dòng)，水輪發(fā)電機(jī)組與火電、核電機(jī)組相比，具有其它電力設(shè)備不具有的優(yōu)點(diǎn)——輔助設(shè)備簡(jiǎn)單、廠用電少，啟動(dòng)速度快等。

作為一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的系統(tǒng)，水力發(fā)電廠的黑啟動(dòng)是指在無(wú)廠用交流電的情況下，僅僅利用電廠儲(chǔ)存的兩種能量——直流系統(tǒng)蓄電池儲(chǔ)存的電能量和液壓系統(tǒng)儲(chǔ)存的液壓能量，完成機(jī)組自啟動(dòng)，對(duì)內(nèi)恢復(fù)廠用電，對(duì)外配合電網(wǎng)調(diào)度恢復(fù)電網(wǎng)運(yùn)行。機(jī)組具有黑啟動(dòng)功能不僅是電站在全廠失電情況下安全生產(chǎn)自救的必要措施，也是電網(wǎng)發(fā)展的需要。

黑啟動(dòng)方案就是指電力系統(tǒng)發(fā)生大規(guī)模停電后，盡快有序地恢復(fù)并重新構(gòu)建一種新的穩(wěn)定運(yùn)行方式的預(yù)案和實(shí)際操作方案。

2 尼爾基發(fā)電廠黑啟動(dòng)主要步驟

尼爾基發(fā)電廠采用河床式電站廠房，廠內(nèi)裝有4臺(tái)ZZ587A—LH—732型水輪發(fā)電機(jī)組，單機(jī)容量62.25 MW，總裝機(jī)容量250 MW。

2.1 發(fā)電廠一次系統(tǒng)

2臺(tái)150 MVA主變壓器，其機(jī)變接線方式為兩機(jī)送一變擴(kuò)大單元接線方式。發(fā)電機(jī)出口電壓為13.8 kV，經(jīng)主變升壓為220 kV。1，2號(hào)機(jī)送1號(hào)主變，且在一號(hào)主變低壓側(cè)公共母線接有1號(hào)廠用變壓器31 T，其帶Ⅰ段廠用電源。3，4號(hào)機(jī)送2號(hào)主變，且在2號(hào)主變低壓側(cè)公共母線接有2號(hào)廠用變壓器32 T，其帶Ⅱ段廠用電源。1，2號(hào)主變送至220 kV公共母線，220 kV母線為單母線運(yùn)行方式，最終通過(guò)線路斷路器送至黑龍江省拉東變電站。

廠用電方面，10.5 kV共有3段母線。正常運(yùn)行狀態(tài)下，1號(hào)廠用變（31 T）、2號(hào)廠用變（32 T）運(yùn)行分別為10.5 kVⅠ段母線及10.5 kVⅡ段母線送電。從地區(qū)變電所引來(lái)10.5 kV電源3開(kāi)關(guān)正常在合閘狀態(tài)單帶10.5 kVⅢ段母線。1號(hào)廠用變壓器31 T低壓側(cè)1開(kāi)關(guān)單帶10.5 kVⅠ段母線，2號(hào)廠用變壓器32 T低壓側(cè)2開(kāi)關(guān)單帶10.5 kVⅡ段母線。10.5 kVⅠ，Ⅲ段母線聯(lián)絡(luò)1013開(kāi)關(guān)及10.5 kVⅡ，Ⅲ段母線聯(lián)絡(luò)1023開(kāi)關(guān)處于熱備用狀態(tài)。

2.2 水輪發(fā)電機(jī)組

水輪機(jī)為軸流轉(zhuǎn)槳式，立軸布置，型號(hào)ZZA833—LH—640；發(fā)電機(jī)為立軸半傘式密閉自循環(huán)空氣冷卻三相凸極同步發(fā)電機(jī)，型號(hào)SF62.5—56/10850。額定容量62.5 MW，額定電壓13.8 kV；額定電流2 988 A；額定轉(zhuǎn)速107.1 r/min；額定頻率50 Hz。

電廠勵(lì)磁部分的調(diào)節(jié)器為雙微機(jī)三通道調(diào)節(jié)器，其中A，B通道為微機(jī)通道，C通道為數(shù)字通道。正常工作時(shí)起勵(lì)裝置采用殘壓起勵(lì)，黑啟動(dòng)時(shí)則采用零啟升壓的方式。

當(dāng)失去廠用電源時(shí)，由于電廠調(diào)速器、監(jiān)控現(xiàn)地LCU控制站和勵(lì)磁裝置均采用交、直流雙路電源供電，均不影響其正常工作。

2.3 4號(hào)機(jī)組帶廠用電（黑啟動(dòng)）送電操作順序

拉開(kāi)4號(hào)機(jī)引出線1341開(kāi)關(guān)（并檢查開(kāi)關(guān)在開(kāi)位）；拉開(kāi)3號(hào)機(jī)引出線1331開(kāi)關(guān)（并檢查開(kāi)關(guān)在開(kāi)位）；拉開(kāi)尼拉線引出線2251開(kāi)關(guān)（并檢查開(kāi)關(guān)在開(kāi)位）；拉開(kāi)2號(hào)主變高壓側(cè)2202開(kāi)關(guān)（并檢查開(kāi)關(guān)在開(kāi)位）；合上2號(hào)主變中性點(diǎn)22022刀閘；拉開(kāi)二號(hào)廠用變壓器低壓側(cè)2開(kāi)關(guān)；拉開(kāi)地區(qū)10.5 kV開(kāi)關(guān)（并檢查開(kāi)關(guān)在開(kāi)位）；4號(hào)機(jī)組同期方式選擇開(kāi)關(guān)切至“手動(dòng)”位置；4號(hào)機(jī)組同期切換開(kāi)關(guān)切至“切除閉鎖”位置（滑差表）；4號(hào)機(jī)A，B套勵(lì)磁調(diào)節(jié)器切手動(dòng)，系統(tǒng)電壓跟蹤退出，殘壓?jiǎn)?lì)退出，零啟升壓投入；檢查4號(hào)機(jī)滅磁開(kāi)關(guān)在投入；用上位機(jī)下達(dá)開(kāi)機(jī)令；將4號(hào)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器柜上“整流/逆變”把手切至“逆變”位置；檢查4號(hào)機(jī)端電壓為零伏，手合4號(hào)機(jī)引出線1341開(kāi)關(guān)；將4號(hào)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器柜上“整流/逆變”把手切至“整流”位置，同時(shí)按4號(hào)機(jī)起勵(lì)按鈕及DDL觸發(fā)按鈕，機(jī)端電壓建立后，手動(dòng)增勵(lì)至13.8 kV，將A，B套勵(lì)磁調(diào)節(jié)器切至自動(dòng)；合上2號(hào)廠用變壓器低壓側(cè)2開(kāi)關(guān)，帶全廠廠用電。

3 黑啟動(dòng)的注意事項(xiàng)

1）根據(jù)事故處理原則中保證廠用電的原則，在發(fā)生事故時(shí)應(yīng)在最短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)廠用電。因此在一般狀況下，當(dāng)廠用電失去時(shí)，首選的恢復(fù)方式是利用來(lái)自地區(qū)變電所的可靠電源，具有時(shí)間短、供電可靠等優(yōu)點(diǎn)。只有在廠用電失去，地區(qū)變電站同樣無(wú)法正常供電且短時(shí)間內(nèi)無(wú)法恢復(fù)的時(shí)候，再采用黑啟動(dòng)方式。

2）因廠內(nèi)各排水泵不能長(zhǎng)期失電，而黑啟動(dòng)實(shí)施過(guò)程時(shí)間較長(zhǎng)，因此尼爾基發(fā)電廠特設(shè)1臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)作為水泵的保安電源，可提供水泵近2 h的供電，避免發(fā)生更為嚴(yán)重的事故。

3）選擇自啟動(dòng)機(jī)組時(shí)應(yīng)選擇備用狀態(tài)較好（機(jī)組平時(shí)運(yùn)行穩(wěn)定性好、調(diào)速器和壓力系統(tǒng)的油壓較高）的機(jī)組進(jìn)行自啟動(dòng)。根據(jù)尼爾基發(fā)電廠機(jī)組特性，帶廠用電機(jī)組應(yīng)首先選用3號(hào)機(jī)組或4號(hào)機(jī)組，而所有帶廠用電機(jī)組壓油罐壓力必須在5.7～6.3 MPa之間，壓力油罐油位在＋2 060～2 400 mm之間。如不能達(dá)到上述標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)及時(shí)更換機(jī)組。

4）帶廠用電機(jī)組升壓前必須將主變高壓側(cè)開(kāi)關(guān)斷開(kāi),將機(jī)組同10.5 kV系統(tǒng)斷開(kāi)。

5）升壓過(guò)程應(yīng)緩慢進(jìn)行，且電壓每升高2 kV對(duì)發(fā)電機(jī)和變壓器進(jìn)行一次檢查，無(wú)異常后才能繼續(xù)升壓。

6）恢復(fù)廠用電時(shí)應(yīng)先恢復(fù)運(yùn)行機(jī)組所在的相應(yīng)段廠用電運(yùn)行，然后迅速恢復(fù)運(yùn)行機(jī)組的動(dòng)力電源、自動(dòng)化控制電源和廠房照明電源；有效利用0.4 kV系統(tǒng)的斯沃開(kāi)關(guān)逐步恢復(fù)全廠廠用電。

7）在黑啟動(dòng)過(guò)程中，應(yīng)派專(zhuān)人監(jiān)視升壓過(guò)程及機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程，一旦發(fā)現(xiàn)異常情況，立即更換機(jī)組。

8）為保障黑啟動(dòng)可以順利進(jìn)行，發(fā)電廠在220 V交流回路中加裝了一套UPS逆變電源，可將蓄電池內(nèi)的直流電逆變成為交流電，保證黑啟動(dòng)前設(shè)備的運(yùn)行。

4 制定黑啟動(dòng)方案的目的及意義

目前，我國(guó)還沒(méi)有廣泛適用于不同網(wǎng)絡(luò)（運(yùn)行方式和工況）的恢復(fù)方案，國(guó)家有關(guān)規(guī)定和規(guī)程以及相關(guān)文獻(xiàn)對(duì)發(fā)電廠全廠停電的處理也較少涉及。作為電力系統(tǒng)惡性事故之一——全廠停電事故一旦發(fā)生，將給發(fā)電廠及國(guó)家?guī)?lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

通過(guò)對(duì)尼爾基發(fā)電廠黑啟動(dòng)方案的制定，可以確保事故發(fā)生后最短時(shí)間內(nèi)有效恢復(fù)廠用電，并逐步恢復(fù)系統(tǒng)，減少事故損失，保障用戶(hù)正常用電。

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2010-12-22