燈泡貫流式發電機組孤網運行的幾點見解

摘 要：在惡劣氣候條件下，燈泡貫流式發電機組孤網運行的安全穩定運行是電網運行的基礎。在這個過程中，一旦發生故障或異常，就會產生重大影響。基于此，本文結合一起孤網運行事故的發生過程及事故原因進行分析，并提出與“黑啟動”相關的幾點見解，對于提高水電站運行的安全穩定很有裨益。

關鍵詞：燈泡貫流式；發電機組；孤網運行；見解

中圖分類號：TM621.3 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）11-0058-02

1 引 言

2008年1～2月，湖南地區出現非常罕見的雨雪冰凍天氣，致使電網頻繁發生事故。1月29日13：23分，6號機甩負荷停機，全廠失壓。為做好發電機組事故經驗教訓的總結分析，本文針對水電廠實際情況，對與“黑啟動”相關的兩方面內容進行分析：①在發生甩負荷停機、全廠失壓且在孤網運行（無外電援助）的條件下，如何有效利用柴油發電機恢復發電；研究具體的“黑啟動”操作流程。②在充分論證技術可行性基礎上，給出“黑啟動”應急預案的編制方法，盡可能地快速恢復機組黑啟動，從而有效降低事故損失。

2 水電廠概況

A水電廠裝為低水頭河床式徑流電站，裝機容量為6×4.5萬kW的燈泡貫流式機組，發電機型號和水輪機型號分別為SFG10-72/5680和HK-1RT，總裝機容量27萬kW。機組投產時是國內單機引用容量（252m3/s）相對較大、水頭相對較高（20.50m）的燈泡貫流式水電廠。與同級別水頭的其他類型水輪機相比，發電機組具有轉速高、效率高、穩定性好（導葉與輪葉協聯）等優勢。

A水電廠采用兩機-變方式，即擴大單元方式接線。1～6號機依次連接1號、2號、3號主變壓器，構成三個“發-變”模塊，并且，共同升壓到220kV后，再經過兩條出線依次為送出至對側黔城變。備自投裝置過負荷閉鎖聯絡正常時，各段之間分段運行。當出現故障或在處理故障階段備自投動作聯絡運行。在機組停機或故障的情況下，柴油發電機可作為“黑啟動”電源，對不同電壓段同時供電，確保在緊急狀態發生時機組正常和泄洪閘門的正常啟動。

3 黑啟動過程

1月29日13∶23分，運行中6號機甩負荷停機，全廠失壓。值班人員發現220kV線路側電壓均為0，經請示上級后立即關閉兩側602、604開關，立即啟動“黑啟動”預案。檢修人員立即將5號機的網頻線予以解除，解除磁場斷路器聯跳發電機出口開關壓板，合上3號主變壓器中性點接地刀閘6×36，監測5號機自用電符合要求后開機直至有效空載，投入退出磁場開關聯跳出口壓板，立即進行從系統倒送廠用電操作。操作結束后，廠用400VⅠ段母線電壓正常，然后關閉柴油發電機出口開關，恢復不同功能（廠用、壩頂、生活、船閘等）段位電源正常運行模式。最后，終止柴油發電機運行狀態，使水電廠滿足廠帶廠用負荷孤網運行狀態。

18：54分，省電力調度決定，將A電廠將作為B地區的黑啟動電源（A市隸屬于B市，位于湖南省B市東南部），帶對側黔城變孤網運行，并將A電廠調度權限轉移至B地區。運維人員詳細查閱了《B地區黑啟動方案》，并結合A電廠發電機組的實際狀況進行了研究，制訂了詳細的實施方案（圖1）。

（1）解除1號、3號機調速器網頻信號線和磁場開關聯跳發電機出口開關壓板。

（2）開啟2號主變壓器中性點接地刀閘6X26，上位機開啟3號機至不負荷。當2號主變壓器達到正常運行工況后，上位機發令一邊沒有電壓后開啟620開關，檢查220kV母線運行正常。

（3）開啟1號主變壓器中性點接地刀閘6X16，上位機開啟1號機至不負荷，測試1號主變壓器送電狀態保持良好。

（4）上位機發令雙側有壓同期開啟610開關，測試220kV母線及1號主變壓器、2號主變壓器運行狀態良好。

（5）因運行狀況不佳，事故頻繁，故暫解除洪黔Ⅰ線604線路重合閘。

（6）洪黔Ⅰ線高頻保護通道是暢通后，上位機發令開啟洪黔Ⅰ線604開關，測試洪黔Ⅰ線充電是否良好。當黔城變與110kV路線充電正常后，在非空載狀態下停1號機。

（7）鑒于安全考慮，穩措切機裝置只投入3號機高周切機，其他策略切除的機組及1～6號機組低周自啟動壓板關閉，投入1號、3號機磁場開關聯跳出口主油開關壓板。具體運行過程是：1號機和3號機經過1號主變壓器和2號主變壓器、洪黔I線將電輸送至對側，構成向外輻射的“大電網”，借助3號主變壓器的斷絕接觸功能，保證5號機在負荷變動不大的情況下只帶廠用電運行，形成了廠內“小電網”。結果顯示，A水電廠能夠滿足“雙網”運行的可靠性。

4 單機帶孤網負載存在的問題

（1）受一次調頻能力、二次調頻能力、調壓能力、承受事故沖擊的能力不確定，受電網負載不確定影響，當3號發電機帶孤網負載后，電能穩定性與可靠性無法得到保證。其中結果顯示，最高閾值和最低閾值分別為50.25Hz和48.9Hz，從220kV母線電壓波動數值判定，220kV母線電壓最高閾值為239kV，最小閾值為222.5kV。

（2）從3號機帶孤網運行的發電機導葉及槳葉開度變化量、有功功率波形與發電機投入自動發電控制系統時的波形十分相近。因此，考慮到設備壽命問題，機組不適宜長久帶孤網運行。

（3）由于A水電廠地理環境特殊，應考慮水位在持續下降的客觀實際，3臺機組出庫量超過入庫量，庫內水位越來越低，可能危及上游居民日常用水。

5 幾點見解

（1）A水電廠帶B市相關220kV/110kV變電站點孤網運行時，從符合運行期B地調水機組并入小電網運行實踐上來分析，多機介入調頻調壓，對于增強頻率、電壓的可靠性很有裨益，因此發電機臺數的增加有助于小電網運行平穩度的提升。B市多數小水電位于A電廠上游，及有效提升了A電廠水庫量，使水位升高，但低谷時段負荷不大。為預防產生“搶負荷”情況造成電機組停運，應降低負荷的變化幅度和變化量，則有助于提升頻率、電壓的平穩度。這就需要值班人員與上級地調人員保持及時地溝通聯絡，盡量防止投切重負荷線路，嚴禁線路帶電作業，中止大負荷用電。

（2）制訂本地區《應急處理預案及開展水電機組黑啟動工作方案》，當全站失壓時，先開啟1～5號機進行“黑啟動”。與此同時，為了防止內部電磁能量交換的不穩定工作狀態，保證黔城變向220kV變壓器充電時勵磁功率滿足要求，應最先開啟1號機和3號機為線路充電，等黔城變和110kV線路達到了正常的充電狀態，帶負荷之前關閉1號機，保持單機運行。

（3）單機對側黔城變及其負荷運行，可靠性不強，電壓、頻率的波動比正常運行工況下要大一些，有可能會危及機組的安全穩定。但綜合考慮各方面因素，鑒于電廠為電網“黑啟動”電源，應盡量降低切機頻率。

6 結束語

本文對A地水電廠概況、黑啟動過程、單機帶孤網負載存在的問題進行了分析，著重闡述對于優化孤網運行效果的幾點見解。由此可見，A水電廠發電機組雖然已經具備黑啟動帶小電網運行的能力。然而，發電機組孤網運行是一項復雜的系統工程，要相關人員要高度負責，及時掌握和運用新工藝、新方法，根據負荷情況和設備實際情況做好孤網運行的各項準備和測試工作，為小電網運行的安全、穩定奠定基礎。

參考文獻

[1]李國興，等.燈泡貫流式發電機組孤網運行探討[J].大眾用電，2009（7）.

[2]宋 強，索海洋，章 琳，卞慶杰.基于電網安全運行的“雙側”繼電保護技術監督[J].電力安全技術，2014（12）.

收稿日期：2018-3-15

作者簡介：馬廣德（1986-），男，助理工程師，主要從事水電集控運行工作。