西藏中部電網黑啟動方案

龍迪，董衛國

(1.華北電力大學，北京 102206;2.西藏電力有限公司，西藏 拉薩 850000)

1 引言

2012年7月發生的印度大停電事故突顯電網穩定運行對國民經濟發展造成的深遠影響，現代電網企業盡管生產管理水平不斷提高，成熟技術得到廣泛應用，但電網結構更為復雜，耦合更為緊密，大面積停電的風險依然存在。大停電后系統的恢復步驟復雜，影響因素較多，為確保電網網架在最短時間內有效恢復，將停電帶來的影響降到最低，制定完善、行之有效的電網黑啟動方案十分必要。

2 西藏中部電網運行方式概況

截止2012年底，西藏中部電網(以下簡稱藏中電網)總裝機容量924.57MW，其中水電裝機容量461.14MW;火電裝機348.75MW;光伏裝機80MW;地熱裝機27.18MW;其他能源裝機7.5MW。主網電壓等級220kV，涵蓋四地一市，電網接線如圖1所示。

藏中電網運行特性總結概括主要有以下幾點:

(1)水電占電源結構比重較大，運行方式受季節來水影響明顯，電網主網架處于110kV向220kV過渡階段，地區電網與主網電氣聯系薄弱，配網“單線單變”運行方式比例高，電網存在兩頭薄弱的情況，安全生產任務重。

圖1 藏中電網主接線圖

(2)“強直弱交”穩定問題突出，交直流系統耦合關系復雜，相互影響明顯。柴拉直流高峰時段輸送容量占系統最大負荷比例較高，故障情況下，交流系統的穩定依賴于穩控裝置的正確動作，同時交流系統故障也易引發直流系統換相失敗甚至閉鎖。

(3)“大機小網”運行方式突出。系統中9E燃機、羊湖、直孔、老虎嘴電廠的最大單機容量分別為78MW、22.5MW、25MW和34MW，而2012年藏中電網負荷水平在160～470MW之間，單機出力所占電網負荷比例在部分時段較高。

3 西藏中部電網黑啟動方案

3.1 黑啟動方案的總體實施原則

結合藏中電網運行方式特點，制定藏中電網黑啟動總體實施原則，具體如下:

(1)首先實現220kV系統與110kV系統的有效分割，給線路送電時避免經過多級電壓的充電操作。

(2)兩級調度協調配合，目前藏中電網調度管理模式為區、地兩級調度，進行電網黑啟動時中調調度員依據委托原則，明確區、地兩級調度操作范圍及職責，確保事故處理過程中兩級調度信息的互通。

(3)電網合環操作時，正確選擇合環點，避免因合環點選擇不當而造成潮流的大范圍轉移。

(4)在恢復電網時，注意無功電壓的控制，在進行長線路充電時合理投退無功補償設備，保證電網電壓水平在合格范圍內。

(5)因拉薩電網負荷占整個藏中電網負荷70%且220kV及110kV骨干網架主要分布在拉薩地區，故可優先恢復拉薩電網。

(6)各子系統互為黑啟動電源，在地區黑啟動電源無法正常啟動時，可選擇臨近地區電網作為黑啟動電源，但在啟動過程中要合理選擇同期點，避免非同期操作。

(7)根據藏中電網恢復情況，向西北網調申請恢復柴拉直流運行，以滿足電網負荷恢復需求。

3.2 黑啟動電源的選擇原則

藏中電網黑啟動電源選取原則為:具備自啟動能力且已通過試驗驗證的電廠，發電機有一定進相能力，具備足夠調頻容量，響應時間短。主要將水電機組作為黑啟動機組，各地區黑啟動電源如表1所示。

3.3 黑啟動路徑的選擇原則

藏中電網黑啟動路徑的選擇原則為:盡量避免長線路，多電壓等級送電，黑啟動電源離負荷中心盡量近。

表1 各地區黑啟動電源

從主網結構看，拉薩電網的啟動路徑有兩條，第一條:羊湖電廠－110kV柳梧變－110kV西郊變，主要恢復拉薩西部地區的負荷。第二條:直孔電廠－110kV墨竹變－110kV城東變，主要恢復拉薩東部地區負荷。

山南電網黑啟動路徑為:沃卡一級站－110kV沖木達變－110kV澤當變。

日喀則電網黑啟動路徑有兩條，第一條:滿拉電廠－110kV江孜變，第二條:塘河電廠－35kV日喀則城區變。

林芝電網黑啟動路徑:老虎嘴電廠－雪卡電廠－110kV林芝中心變;也可選擇雪卡電廠－110kV林芝中心變，雪卡電廠－老虎嘴電廠。

那曲電網黑啟動路徑:查龍電廠－35kV那曲中心變－110kV那曲變。

當110kV網架恢復后，根據情況恢復220kV乃瓊變，正常后送電至9E燃機電站，根據電網負荷情況開機并網。

220kV曲哥變送電正常運行后，通過220kV奪乃線恢復奪底變供電，待220kV曲乃線恢復后根據情況進行220kV三角環網的合環操作。

4 黑啟動過程的影響因素

4.1 黑啟動電源的自勵磁問題

同步發電機在黑啟動過程中可能會出現自勵磁現象，在制定黑啟動方案時需要充分考慮。在此運用容量比較法進行判斷，校驗結果如表2所示。

表2 藏中電網黑啟動電源送受端自勵磁校核結果

其中:K—發電機的短路比;Se—發電機容量;Qc—線路充電容量。

4.2 黑啟動過程中過電壓問題

黑啟動過程中待啟動電廠距負荷中心地理位置較遠、充電路徑較長，可能存在過電壓問題，其中持續工頻過電壓和合閘操作過電壓所占比重較大。一般要求線路側的工頻過電壓不超過最高運行相電壓的1.4倍，母線上不超過1.3倍。對于220kV及以下系統，通常設備的絕緣結構設計允許承受可能3～4倍操作過電壓，結合藏中電網運行方式，主要對操作過電壓問題進行論證，以下電壓波形分別為220kV虎曲線合閘操作過程線路電壓及系統換流站電壓波形。

圖2 220kV虎曲線合閘瞬間老虎嘴電廠側線路A相電壓波形

圖3 220kV虎曲線合閘時朗塘換流站220kV母線A相電壓波形

可以看出，進行線路送電操作時，當投入線路高抗后，220kV虎曲線合閘后瞬間電壓由0kV升至峰值233.51kV，系統中，朗塘換流站220kV母線電壓由223.407升至227.905kV，在合理投退無功補償后，系統電壓波動均在合格范圍內。

4.3 黑啟動過程中柴拉直流投啟問題

在黑啟動過程中，柴拉直流系統的投啟應依據交流系統的恢復情況，為保證直流有效運行短路比不小于2.7的要求，在藏中電網運行方式發生重大改變時，西藏中調應對拉薩站有效運行短路比進行校核。

對2013年220kV線路單雙回停運方式柴拉直流受端朗塘換流站的有效運行短路比進行計算，結果如表3所示。從計算結果看，特殊方式下系統有效短路比均滿足規定要求，實際操作時應結合實際運行方式進行計算校核，合理制定操作步驟。

表3 220kV線路單雙回停運方式系統有效短路比計算結果

5 黑啟動過程中需要注意的其他問題

5.1 負荷恢復必須滿足系統穩定要求

目前藏中電網大工業用戶主要分布于拉薩西部電網、拉薩東部電網及山南電網，上述地區同時也是負荷密集地區。因此，在確保系統穩定運行的前提下，操作過程中應注重對中低壓配網的恢復，優先恢復民用負荷，也便于調頻廠平穩調整頻率。

5.2 合理運用柴拉直流功率調制功能

在柴拉直流恢復投運后可通過調整直流控制器的參數，快速提升功率以抵消因電力系統擾動引起的功率變化量，起到抑制交流系統低頻振蕩的作用。在制定黑啟動方案時應考慮直流系統的功率調制功能。

5.3 黑啟動過程注重繼電保護配合問題

保證在黑啟動過程中，所有電氣設備的保護都能有一定的靈敏度，盡量減少保護功能投退的操作步驟，退出線路重合閘功能，機組高頻保護、過電壓保護正常投入。

5.4 合理利用系統中的黑啟動備用電源

相鄰子系統可互為黑啟動電源，但操作時要注意同期點的合理選擇。系統內用戶自備電源在黑啟動電源無法正常啟動時也可作為黑啟動備用電源，在編制電網黑啟動方案時應綜合考慮。

6 結語

目前西藏電網經過“大運行”體系的建設，正向著“調控一體化”目標穩步邁進，文中通過對西藏中部電網黑啟動過程研究，確定了電網黑啟動電源、路徑的選擇方案，對影響黑啟動的自勵磁、過電壓等因素進行了分析，形成了合理可行的操作方案。下一步工作要結合電網的發展，不斷優化黑啟動方案，加強演練，做到有備無患。

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[5]西藏公司電網大面積停電事件處置應急預案[Z].2012.