魯布革水力發(fā)電廠的黑起動(dòng)研究

鄒倫森

（中國(guó)南方電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻發(fā)電公司魯布革水力發(fā)電廠，云南 羅平 655800）

魯布革水電站（魯布革水力發(fā)電廠），隸屬于中國(guó)南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司調(diào)峰調(diào)頻發(fā)電公司，位于云南省羅平縣，負(fù)責(zé)運(yùn)行管理位于云南省與貴州省交界的黃泥河上的魯布革水電站，是珠江上游南盤(pán)江左岸支流黃泥河上的最后一座梯級(jí)電站。電站具有高堆石壩、高水頭、長(zhǎng)引水隧道和全地下廠房等特點(diǎn)，電站總裝機(jī)容量60 萬(wàn)kW（4×150MW），年平均發(fā)電量27.5 億kW·h。魯布革電站是我國(guó)在20世紀(jì)80年代初首次利用世界銀行貸款并實(shí)行國(guó)際招投標(biāo)，引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)設(shè)備和技術(shù)建設(shè)的電站，被譽(yù)為中國(guó)水電基本建設(shè)工程對(duì)外開(kāi)放的“窗口”。

1 關(guān)于黑起動(dòng)簡(jiǎn)述

大面積停電后的系統(tǒng)自恢復(fù)通俗地稱(chēng)為黑起動(dòng)。所謂黑起動(dòng)，是指整個(gè)系統(tǒng)因故障停運(yùn)后，系統(tǒng)全部停電（不排除孤立小電網(wǎng)仍維持運(yùn)行），處于全“黑”狀態(tài)，不依賴(lài)別的網(wǎng)絡(luò)幫助，通過(guò)系統(tǒng)中具有自起動(dòng)能力的發(fā)電機(jī)組起動(dòng)，帶動(dòng)無(wú)自起動(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)。黑起動(dòng)的關(guān)鍵是電源點(diǎn)的起動(dòng)，水輪發(fā)電機(jī)組與火電、核電機(jī)組相比，具有輔助設(shè)備簡(jiǎn)單、廠用電少，起動(dòng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，理所當(dāng)然成為黑起動(dòng)電源的首選。水電站的黑起動(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)組自起動(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)組具有黑起動(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。

在電網(wǎng)大面積停電后，采取電網(wǎng)黑起動(dòng)措施，將大大減少電網(wǎng)停電時(shí)間，盡快恢復(fù)電網(wǎng)的正常運(yùn)行。魯布革電廠作為南方電網(wǎng)重要的調(diào)峰調(diào)頻電廠以保證電網(wǎng)的安全穩(wěn)定為己任，為確保所屬機(jī)組在電網(wǎng)需要時(shí)“開(kāi)得起、調(diào)得出、停得下”，因此研究該廠的黑起動(dòng)有著重要意義。

2 魯布革水電廠主接線方式（如圖1所示）

魯布革電廠裝機(jī)60 萬(wàn)kW，單機(jī)15 萬(wàn)kW，四回220kV 出線，其中魯馬Ⅰ、Ⅱ線與南方電網(wǎng)主網(wǎng)連接，魯羅Ⅰ、Ⅱ線與南方電網(wǎng)下屬云南電網(wǎng)相聯(lián)， 該廠10kV 廠用電共三段，Ⅰ、Ⅱ段分別于#4 主變#2 主變相聯(lián)，Ⅲ段由#5 主變（聯(lián)變）低壓側(cè)聯(lián)接，正常情況下，10kV 廠用Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段廠用電分段運(yùn)行，Ⅰ、Ⅱ段互為手動(dòng)備用，Ⅲ段為Ⅰ、Ⅱ段的暗備用電源，具有單向自投功能，即Ⅲ段向Ⅰ段、Ⅲ段向Ⅱ段單向自投。

3 確保黑起動(dòng)成功必須具備的條件

1）配備一臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)組設(shè)備，該柴油發(fā)動(dòng)機(jī)組主要參數(shù)見(jiàn)表1[1]。

2）接線方式及起動(dòng)條件：系統(tǒng)400V 開(kāi)關(guān)編號(hào)說(shuō)明：H001、H002、H003、H004、H005。

如圖2所示，開(kāi)關(guān)H001 為柴油發(fā)電機(jī)本體開(kāi)關(guān)；開(kāi)關(guān)H002 為黑起動(dòng)電源配電盤(pán)（OBMA01 盤(pán)）進(jìn)線開(kāi)關(guān)；開(kāi)關(guān)H003 為#2 發(fā)電機(jī)組400V 黑起動(dòng)電源開(kāi)關(guān)，接于#2 機(jī)400V 機(jī)組自用電A 段；開(kāi)關(guān)H004 為#4 發(fā)電機(jī)組400V 黑起動(dòng)電源開(kāi)關(guān)，接于#4機(jī)400V 機(jī)組自用電B 段；開(kāi)關(guān)H005 為400V 公用Ⅱ段黑起動(dòng)電源開(kāi)關(guān)。

表1 柴油發(fā)動(dòng)機(jī)組主要參數(shù)

圖2 魯布革水力發(fā)電廠黑起動(dòng)電源接線圖

3）蓄電池直流通信系統(tǒng)正常，檢查必要的直流系統(tǒng)正常，以確保系統(tǒng)安全起動(dòng)。

4）由于黑起動(dòng)系統(tǒng)提供的負(fù)荷有限。有必要將廠用電負(fù)載進(jìn)行分類(lèi)，以保證機(jī)組黑起動(dòng)的順利。一類(lèi)[2]，直流充電設(shè)備、廠房排水設(shè)備（地下廠房須考慮）等。二類(lèi)，涉及機(jī)組起動(dòng)的必要設(shè)備，如冷卻水設(shè)備、潤(rùn)滑設(shè)備、操作氣設(shè)備、操作油設(shè)備、閘門(mén)操作設(shè)備（應(yīng)急部分）、適當(dāng)?shù)恼彰髟O(shè)備等。三類(lèi)，通風(fēng)空調(diào)設(shè)備、部分照明設(shè)備、辦公生活用電等除一、二類(lèi)的用電負(fù)載。一類(lèi)負(fù)載無(wú)論何時(shí)，都必須保證供電；二類(lèi)負(fù)載要求在機(jī)組黑起動(dòng)前必須保證供電；三類(lèi)負(fù)載應(yīng)在機(jī)組黑起動(dòng)成功后盡快恢復(fù)供電，以保證全廠的設(shè)備正常運(yùn)行。。

5）柴油發(fā)電機(jī)系統(tǒng)正常，柴油機(jī)若不能正常運(yùn)行則柴油發(fā)電機(jī)組故障的征兆和可能的原因見(jiàn)表2[1]。

表2 柴油發(fā)電機(jī)組故障的征兆和可能的原因

6）從機(jī)組起動(dòng)到并網(wǎng)時(shí)間正常為180s 左右，響應(yīng)時(shí)間較快，能在事故初期快速起動(dòng)支援大電網(wǎng)。通常在起動(dòng)過(guò)程中采用自動(dòng)起動(dòng)方式起動(dòng)機(jī)組。

7）機(jī)組主閥系統(tǒng)控制能源來(lái)自鋼管水壓，若出現(xiàn)事故情況可以快速手動(dòng)關(guān)閉主閥。

8）準(zhǔn)備有正確的操作票，為了快速準(zhǔn)確的操作，必須有經(jīng)過(guò)審核的的操作票。

4 魯布革電廠黑起動(dòng)恢復(fù)送電程序

當(dāng)220kV 母線失壓時(shí)，當(dāng)值運(yùn)行人員應(yīng)立即將設(shè)備情況報(bào)告值長(zhǎng)，由值長(zhǎng)先行指揮起動(dòng)機(jī)組或柴油發(fā)電機(jī)恢復(fù)廠用電供電，并立即報(bào)告調(diào)度、應(yīng)急搶險(xiǎn)指揮部領(lǐng)導(dǎo)及生安部經(jīng)理。應(yīng)急搶險(xiǎn)指揮部總指揮下令起動(dòng)《全廠對(duì)外停電應(yīng)急預(yù)案》，召集各工作小組進(jìn)行應(yīng)急處置，確定應(yīng)急處置方案，組織各小組進(jìn)行事故處理。待廠用電恢復(fù)供電后，值長(zhǎng)應(yīng)及時(shí)向調(diào)度匯報(bào)本廠運(yùn)行方式，并與調(diào)度聯(lián)系恢復(fù)電網(wǎng)、電廠正常運(yùn)行方式。以電網(wǎng)事故時(shí)用#4 機(jī)作為系統(tǒng)黑起動(dòng)電源為例，具體操作步驟如下：

1）當(dāng)事故情況下需要黑起動(dòng)恢復(fù)電網(wǎng)時(shí)，應(yīng)向調(diào)度匯報(bào)事故情況，詢(xún)問(wèn)電網(wǎng)事故情況，并根據(jù)保護(hù)和自動(dòng)裝置動(dòng)作情況、與調(diào)度聯(lián)系的結(jié)果以及事故發(fā)生時(shí)廠內(nèi)設(shè)備是否受到劇烈沖擊等情況，全面分析、判斷故障點(diǎn)確實(shí)在電網(wǎng)。

2）收到調(diào)度通知[3]進(jìn)入黑起動(dòng)等待狀態(tài)。

3）選定#4 機(jī)組為黑起動(dòng)機(jī)組，值守長(zhǎng)指揮操作人員對(duì)#4 機(jī)機(jī)組自用電的正常供電開(kāi)關(guān)441、442（441 開(kāi)關(guān)、442 開(kāi)關(guān)分別為#4 機(jī)自用電A 段、B段進(jìn)線開(kāi)關(guān)）進(jìn)行隔離，將441、442 開(kāi)關(guān)搖至試驗(yàn)位、并懸掛“禁止合閘，有人工作”標(biāo)示牌；起動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)組，合上H004 開(kāi)關(guān)對(duì)#4 機(jī)組自用電B段供電，合上443 開(kāi)關(guān)對(duì)#4 機(jī)組自用電A 段供電；檢查204 開(kāi)關(guān)在斷開(kāi)位、檢查001 開(kāi)關(guān)（001 開(kāi)關(guān)為10kV 廠用Ⅰ段進(jìn)線開(kāi)關(guān)）在斷開(kāi)位、解同期合上F04 開(kāi)關(guān)，檢查#4 機(jī)具備自動(dòng)開(kāi)機(jī)條件，自動(dòng)開(kāi)啟#4 機(jī)，機(jī)組升速至100%額定轉(zhuǎn)速檢查機(jī)組升速正常，手動(dòng)投入勵(lì)磁，#4 機(jī)變零起升壓，檢查升壓正常，解同期合204 開(kāi)關(guān)對(duì)母線充電正常。進(jìn)行對(duì)#5聯(lián)變由高壓側(cè)充電的操作，正常后恢復(fù)10kV 廠用Ⅲ段；合上10kV 廠用Ⅰ段001 開(kāi)關(guān)對(duì)10kV 廠用Ⅰ段充電正常。倒#4 機(jī)組自用電為A、B 段分段運(yùn)行，停柴油機(jī)。得調(diào)度許可對(duì)110kV 系統(tǒng)送電。整個(gè)過(guò)程需要加強(qiáng)監(jiān)視柴油機(jī)運(yùn)行情況（溫度、燃油等）。

4）本恢復(fù)程序主要考慮廠用電，盡量在恢復(fù)過(guò)程中減少非必須負(fù)荷，比如技術(shù)供水泵等負(fù)荷，盡量在短時(shí)間內(nèi)以充裕的電能供給發(fā)電機(jī)起動(dòng)必須負(fù)荷。

5 黑起動(dòng)過(guò)程中應(yīng)當(dāng)注意的問(wèn)題

1）在處理事故的同時(shí)，必須嚴(yán)密監(jiān)視運(yùn)行設(shè)備情況。

2）在廠用系統(tǒng)恢復(fù)過(guò)程中，嚴(yán)防出現(xiàn)廠用電并列運(yùn)行。

3）盡可能保證運(yùn)行機(jī)組及事故停機(jī)機(jī)組安全。

4）10kV 廠用電正常后，及時(shí)檢查公用400V系統(tǒng)供電正常。

5）廠用電全部消失時(shí)應(yīng)注意關(guān)閉各臺(tái)主變冷卻器進(jìn)水閥，如公用系統(tǒng)恢復(fù)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，又未及時(shí)關(guān)閉各主變冷卻水電動(dòng)閥，造成主變冷卻水池?zé)o水，經(jīng)值班廠領(lǐng)導(dǎo)批準(zhǔn)，可退出5#變冷卻系統(tǒng)事故出口壓板，合上5#變高壓或中壓側(cè)開(kāi)關(guān)對(duì)5#變充電正常，倒廠用電系統(tǒng)為聯(lián)絡(luò)運(yùn)行，盡快恢復(fù)公用400V系統(tǒng)運(yùn)行，起動(dòng)主變冷卻水供水泵將主變冷卻水池恢復(fù)正常，再進(jìn)行其他恢復(fù)工作。

6）機(jī)組因機(jī)械過(guò)速動(dòng)作而停機(jī)，需對(duì)機(jī)組各部進(jìn)行檢查，特別是機(jī)械部件、調(diào)速器系統(tǒng)及轉(zhuǎn)子等進(jìn)行檢查；機(jī)組定、轉(zhuǎn)子過(guò)壓保護(hù)動(dòng)作，重點(diǎn)對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)及發(fā)電機(jī)進(jìn)行檢查；機(jī)組各部無(wú)異常后，需經(jīng)值班廠領(lǐng)導(dǎo)批準(zhǔn)才能開(kāi)機(jī)，開(kāi)機(jī)采用勵(lì)磁手動(dòng)、零起升壓方式。

7）手動(dòng)開(kāi)起機(jī)組時(shí)要注意壓力油罐壓力不得低于最低操作油壓，必要時(shí)還可以手動(dòng)補(bǔ)入高壓氣。

8）蓄電池組容量隨著使用時(shí)間增長(zhǎng)而下降，達(dá)不到額定容量，可能影響黑起動(dòng)，應(yīng)加強(qiáng)維護(hù)與檢驗(yàn)，定期檢驗(yàn)容量。

9）當(dāng)廠用電失壓時(shí)間過(guò)久時(shí)，為節(jié)約蓄電池的電能，可切除無(wú)關(guān)緊要的直流負(fù)荷，如部分事故照明電源等。

10）柴油發(fā)電機(jī)每?jī)尚瞧谝ㄆ谄饎?dòng)一次，檢驗(yàn)柴油發(fā)電機(jī)性能的可靠性，確保其在機(jī)組黑起動(dòng)不成功時(shí)能起動(dòng)帶上廠用電負(fù)荷。

11）調(diào)度管轄的設(shè)備未經(jīng)調(diào)度值班員的許可不得擅自操作，防止造成事故擴(kuò)大。

總之，水電廠的快速起動(dòng)是決定后續(xù)電網(wǎng)黑起動(dòng)恢復(fù)的關(guān)鍵步驟。否則廠用電停電時(shí)間越長(zhǎng)，黑起動(dòng)恢復(fù)就越被動(dòng)。因?yàn)閺S用電直流電源雖有蓄電池和UPS 供電，但畢竟容量有限，可通過(guò)切除不重要的大動(dòng)力負(fù)荷或事故照明來(lái)提高可靠性和節(jié)約直流電能。在恢復(fù)時(shí)應(yīng)當(dāng)先恢復(fù)廠用交流供電，特別 是重要負(fù)荷供電。如集水井排水泵、壓油泵、漏油泵、空壓機(jī)、泄洪閘門(mén)等重要?jiǎng)恿﹄娫础Ｍ瑫r(shí)合理安排熟練人員進(jìn)行恢復(fù)操作。在需要外界提供廠用交流電源時(shí)，交流電源送達(dá)之前，提前做好交流電源的受電和機(jī)組的開(kāi)機(jī)準(zhǔn)備的其他工作。

6 結(jié)論

魯布革水電廠是西電東送的窗口電廠，魯布革電廠對(duì)于大電網(wǎng)快速恢復(fù)有著重要的電氣物理地位，保證魯布革水力發(fā)電廠作為黑起動(dòng)電源的可行性、可靠性，是為大電網(wǎng)的安全穩(wěn)定提供有力保障，是確保大電網(wǎng)系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行有重要意義。

[1] 沈樹(shù)林,方南云,楊紅偉,等.運(yùn)行技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)(2012年版).魯布革水力發(fā)電廠,2012.

[2] 葉生,等.廣州蓄能水電廠黑起動(dòng)系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)[J].水力發(fā)電,36(10): 53-55.

[3] 鄭耀東,等.中國(guó)南方電網(wǎng)電力調(diào)度管理規(guī)程.中國(guó)南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司,2008.2.