電力系統(tǒng)黑啟動(dòng)的難點(diǎn)及對(duì)策研究

向國炎

（清遠(yuǎn)供電局，廣東 清遠(yuǎn) 511515）

0 引 言

運(yùn)行過程中，電力系統(tǒng)由于電網(wǎng)互聯(lián)的原因，可能造成電網(wǎng)的局部故障，從而導(dǎo)致發(fā)生大面積的停電事故。嚴(yán)重的大面積停電事故會(huì)給整個(gè)電力系統(tǒng)帶來巨大威脅，不但給供電企業(yè)帶來較大損失，也會(huì)給社會(huì)帶來經(jīng)濟(jì)損失。電力系統(tǒng)的黑啟動(dòng)在電力系統(tǒng)出現(xiàn)大停電后，可以不依賴其他網(wǎng)絡(luò)的幫助，通過自身的啟動(dòng)系統(tǒng)帶動(dòng)電力系統(tǒng)中沒有自身啟動(dòng)能力的電源進(jìn)行工作，使其他電源重新?lián)碛邪l(fā)電能力，且這些電源與黑啟動(dòng)可形成一個(gè)可以發(fā)電的小系統(tǒng)。黑啟動(dòng)的主要作用是能夠使電力系統(tǒng)在最短時(shí)間內(nèi)使停機(jī)的機(jī)組重新安全啟動(dòng)，為電網(wǎng)重新提供電源。

1 電力系統(tǒng)黑啟動(dòng)的概述

電力系統(tǒng)的黑啟動(dòng)是在電網(wǎng)發(fā)生大面積停電事故后，在系統(tǒng)全黑或者是部分停電的情況下，能夠在最短時(shí)間內(nèi)比較安全地恢復(fù)電網(wǎng)的正常運(yùn)行，從而減少大面積停電造成的損失。電力系統(tǒng)的恢復(fù)一般分為3個(gè)階段，即黑啟動(dòng)、網(wǎng)架重構(gòu)和負(fù)荷恢復(fù)。完成這3個(gè)階段，電網(wǎng)的供電恢復(fù)。由此可見，黑啟動(dòng)是電力系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)營的第一步。黑啟動(dòng)電源在大面積停電后，通過自身啟動(dòng)帶動(dòng)其他不能自啟的電源恢復(fù)供電，并與其他電源形成一個(gè)小系統(tǒng)，與發(fā)電廠的供電共同形成子系統(tǒng)。通過一個(gè)個(gè)子系統(tǒng)的連接，使得停電區(qū)域內(nèi)的變電站和輸電線路能夠逐步恢復(fù)正常運(yùn)營，從而恢復(fù)電網(wǎng)的正常工作。

大面積停電后，電力系統(tǒng)恢復(fù)正常的運(yùn)營時(shí)間較長，一般3個(gè)過程的完成需要9 h。黑啟動(dòng)作為電力恢復(fù)的第一階段，首先需要啟動(dòng)自身的電源，在此基礎(chǔ)上帶動(dòng)其他不能自啟電源啟動(dòng)。在電源啟動(dòng)后可以對(duì)輸電線路進(jìn)行充電，同時(shí)啟動(dòng)發(fā)電站或者是發(fā)電廠的大型機(jī)組，借此恢復(fù)電網(wǎng)的正常運(yùn)行。黑啟動(dòng)這一階段的完成大約需要0.5 h。在我國電力系統(tǒng)中，關(guān)于黑啟動(dòng)方案需要大量的指導(dǎo)原則提供科學(xué)的理論依據(jù)，因此安全有效地進(jìn)行黑啟動(dòng)離不開科學(xué)的啟動(dòng)方案[1]。

2 電力系統(tǒng)黑啟動(dòng)存在的難點(diǎn)問題

電力系統(tǒng)大面積停電后，進(jìn)行黑啟動(dòng)的過程需要涉及多方面的啟動(dòng)，其中包括發(fā)電機(jī)、電廠輔機(jī)等的啟動(dòng)。啟動(dòng)完成后，還要進(jìn)行機(jī)組并網(wǎng)、負(fù)荷投入等工作。在使用黑啟動(dòng)進(jìn)行電力恢復(fù)的初期系統(tǒng)還不太穩(wěn)定，可能存在一系列問題。

2.1 電流、電壓不穩(wěn)定

在電力系統(tǒng)恢復(fù)初期，黑啟動(dòng)的機(jī)組工作還沒有完全恢復(fù)正常，一般處于孤網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，導(dǎo)致電力系統(tǒng)的電流、電壓都極不穩(wěn)定。如果不能得到很好地調(diào)節(jié)，會(huì)影響黑啟動(dòng)。

2.2 過電壓

電力系統(tǒng)黑啟動(dòng)運(yùn)行初期，由于各方面還處于不穩(wěn)定狀態(tài)，因此空載線路充電時(shí)會(huì)引起不同類型的過電壓產(chǎn)生。由于過電壓的存在會(huì)超出線路、電氣設(shè)備絕緣的電壓承受范圍，造成線路設(shè)備損壞，導(dǎo)致黑啟動(dòng)失敗。因此，過電壓是黑啟動(dòng)階段的一個(gè)亟待解決的難題。

2.3 系統(tǒng)頻率跌落

黑啟動(dòng)在工作過程中需要帶動(dòng)被啟動(dòng)機(jī)組。這些被啟動(dòng)機(jī)組所在的發(fā)電廠中都會(huì)配備一些較大容量的輔機(jī)。在啟動(dòng)進(jìn)行過程中產(chǎn)生的功率沖擊，可能會(huì)引起系統(tǒng)的頻率跌落。系統(tǒng)頻率跌落可能會(huì)導(dǎo)致啟動(dòng)的系統(tǒng)再次進(jìn)入癱瘓狀態(tài)。

3 電力系統(tǒng)黑啟動(dòng)存在難點(diǎn)問題的解決對(duì)策

3.1 并聯(lián)抗電器

在電力系統(tǒng)恢復(fù)初期，電力系統(tǒng)的電流、電壓都極不穩(wěn)定。如果不能得到很好調(diào)節(jié)，那么會(huì)影響黑啟動(dòng)的成功進(jìn)行[2]。要想解決這一問題，需要對(duì)發(fā)電機(jī)的控制系統(tǒng)設(shè)立和大停電以前正常運(yùn)行時(shí)不同的相對(duì)獨(dú)立的調(diào)節(jié)運(yùn)行參數(shù)。在此基礎(chǔ)上，可以在黑啟動(dòng)過程中進(jìn)行有針對(duì)性的調(diào)壓。發(fā)電廠的大型發(fā)電機(jī)組一般采用恒定電壓控制方式，可以把電壓保持在額定電壓數(shù)值，進(jìn)一步提高黑啟動(dòng)過程中系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的能力。黑啟動(dòng)機(jī)組在自啟動(dòng)開機(jī)時(shí)，需要帶動(dòng)發(fā)電廠的主變壓器和高壓廠的變壓器進(jìn)行共同升壓。此過程中需要特別注意發(fā)電機(jī)各系統(tǒng)之間的配合和協(xié)調(diào)操作。在黑啟動(dòng)自身啟動(dòng)成功后，可帶動(dòng)其他無自啟動(dòng)功能的電源啟動(dòng)。這時(shí)黑啟動(dòng)會(huì)由孤網(wǎng)模式轉(zhuǎn)變?yōu)樨?fù)荷的手動(dòng)控制模式，能通過人工進(jìn)行負(fù)荷調(diào)節(jié)，從而消除設(shè)備振蕩。黑啟動(dòng)在大面積停電以后，對(duì)空載線路進(jìn)行充電時(shí)如果出現(xiàn)發(fā)電機(jī)聯(lián)結(jié)造成電容負(fù)荷量過大的情況，會(huì)造成發(fā)電廠的發(fā)電機(jī)端電壓升高產(chǎn)生自勵(lì)磁，而自勵(lì)磁的產(chǎn)生會(huì)影響發(fā)電機(jī)的正常工作。因此，工作人員在進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，可以通過測量發(fā)電廠設(shè)備的電壓大小和發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速來判斷發(fā)電機(jī)是否發(fā)生自勵(lì)磁，然后采取并聯(lián)電抗器的方法進(jìn)行電流和電壓的穩(wěn)定。

3.2 并聯(lián)合閘電阻

電力系統(tǒng)黑啟動(dòng)運(yùn)行初期，由于各方面還處于不穩(wěn)定狀態(tài)，因此空載線路充電時(shí)會(huì)引起不同類型的過電壓。過電壓的存在會(huì)超出線路中電氣設(shè)備絕緣的電壓承受范圍，造成線路設(shè)備損壞，導(dǎo)致黑啟動(dòng)失敗。因此，在進(jìn)行黑啟動(dòng)工作時(shí)，防止過電壓的產(chǎn)生也是解決黑啟動(dòng)難點(diǎn)問題的重點(diǎn)。工作人員可以根據(jù)線路的情況安裝并聯(lián)電抗器，增加線路的感性負(fù)荷。降低電壓的原理是通過增加線路的感性負(fù)荷降低線路的容性電流，通過削弱線路的電容效應(yīng)降低過電壓。在操作過程中產(chǎn)生過電壓是空載線路合閘到電源上時(shí)，引起的一種暫時(shí)性的過電壓狀態(tài)。在合閘時(shí)，此時(shí)線路的回路發(fā)生了高頻率振蕩。振蕩過程中，電壓的數(shù)值會(huì)由零值轉(zhuǎn)變到過電壓[3]。為了避免操作過程中發(fā)生過電壓現(xiàn)象，有效的解決措施是在斷路器上安裝并聯(lián)的合閘電阻，同時(shí)要在線路兩端同時(shí)裝上避雷器。

3.3 控制電壓、頻率范圍

電力系統(tǒng)黑啟動(dòng)在工作過程中除了需要自啟以外，還需要帶動(dòng)被啟動(dòng)機(jī)組。這些被啟動(dòng)機(jī)組所在的發(fā)電廠中都會(huì)配備一些較大容量的輔機(jī)。在啟動(dòng)過程中產(chǎn)生的功率沖擊，可能會(huì)引起系統(tǒng)的頻率跌落，而系統(tǒng)頻率的跌落會(huì)導(dǎo)致啟動(dòng)系統(tǒng)再次進(jìn)入癱瘓狀態(tài)，導(dǎo)致黑啟動(dòng)失敗[4]。要想保證黑啟動(dòng)和被啟動(dòng)機(jī)組的成功實(shí)現(xiàn)，必須嚴(yán)格檢查電力系統(tǒng)的電壓和頻率。一般來說，發(fā)電廠用負(fù)荷投入時(shí)，電力系統(tǒng)電壓要控制在1.0 p.u.上下，系統(tǒng)頻率的變化幅度也應(yīng)該嚴(yán)格控制在0.5 Hz以內(nèi)。只有這樣才能保證黑啟動(dòng)過程中系統(tǒng)的電壓和頻率不會(huì)掉落，確保黑啟動(dòng)成功。

4 結(jié) 論

隨著社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)電網(wǎng)的要求越來越高，大面積停電問題如果不能及時(shí)得到解決，會(huì)給電力系統(tǒng)和社會(huì)造成重大的經(jīng)濟(jì)損失。黑啟動(dòng)作為大面積停電電力恢復(fù)的第一階段，往往存在電流電壓不穩(wěn)定、過壓、系統(tǒng)頻率跌落的難點(diǎn)問題。針對(duì)這些問題進(jìn)行有針對(duì)性的解決，確保和啟動(dòng)過程中電流電壓的穩(wěn)定性，避免引起過電壓現(xiàn)象，同時(shí)防止系統(tǒng)電壓和頻率的跌落，才可以有效促進(jìn)黑啟動(dòng)的成功和電力系統(tǒng)的恢復(fù)。