三江口電站機組黑啟動的分析與實踐

楊貴元

(保山能源發(fā)展股份有限公司，云南 保山 678000)

0 引 言

水電站機組的黑啟動是指當(dāng)電站失去廠用電和備用電源時，僅利用直流蓄電池儲存的電能量和液壓系統(tǒng)儲存的液壓能量，完成機組啟動，并恢復(fù)廠用電供電。機組具有黑啟動功能不僅能在電網(wǎng)故障或瓦解的情況下，迅速自主恢復(fù)廠用電，確保電廠安全，還能在調(diào)度的指揮下，迅速恢復(fù)電網(wǎng)運行，減少電網(wǎng)停電時間和事故損失[1]。因此，加強對具有黑啟動功能的機組的分析管理，對保障電站安全、電網(wǎng)安全具有重要意義。

1 三江口電站概況

三江口電站位于云南省保山市龍陵縣境內(nèi)的蘇帕河上，為蘇帕河干流規(guī)劃一庫五級中的最后一級，電站裝機容量為2×15MW+2×16MW，其中1#機組、2#機組為單元接線，3#、4#機組為擴大單元接線，變壓器均采用三圈變，電壓等級為10kV、35kV、110kV；35kV母線、110kV母線均采用單母線分段結(jié)構(gòu)，電站通過110kV線路分別與保山電網(wǎng)、昌寧電網(wǎng)相連，通過35kV線路與龍陵電網(wǎng)相連。由于保山市電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的特殊性，導(dǎo)致三江口電站的升壓站相當(dāng)于電網(wǎng)中的一個樞紐變電站，作用突出，因此，做好三江口電站機組黑啟動分析管理，對保障保山電網(wǎng)安全具有積極的意義[2]。

2 三江口電站機組黑啟動的條件分析

2.1 調(diào)速器系統(tǒng)

三江口電站調(diào)速器采用交直流雙電源供電，在交流電源失電后，調(diào)速器及其控制回路能正常工作；調(diào)速器液壓部分為比例閥結(jié)構(gòu)，采用電液比例隨動裝置，取消了液壓放大環(huán)節(jié)，結(jié)構(gòu)簡單，耗油量極小。壓力油源采用兩個容積為100L的囊式蓄能器提供，額定工作油壓16MPa，正常運行壓力范圍為13至16MPa，主油泵啟動壓力13MPa，備用油泵啟動壓力12.5MPa，事故低油壓為12MPa。經(jīng)電站實驗，在油壓為13MPa時，切斷油泵電源，采用手動方式開機，并維持額定轉(zhuǎn)速5分鐘，油壓裝置油壓只下降約0.3MPa，能滿足黑啟動要求。

2.2 球閥系統(tǒng)

三江口電站球閥系統(tǒng)采用交直流雙電源供電，在交流電源失電后，球閥、旁通閥、密封環(huán)控制回路均能正常工作；球閥采用搖擺式接力器操作，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便。1#、2#球閥共用一套油壓裝置，容積為2.5m3，額定工作油壓2.5MPa，正常運行壓力范圍為2.3-2.5MPa，主油泵啟動壓力2.3MPa，備用油泵啟動壓力2.25MPa，事故低油壓為1.9MPa；3#、4#球閥各有一套高壓油裝置，容積為250L，額定工作油壓17MPa，正常運行壓力范圍為14.5-17MPa，主油泵啟動壓力14.5MPa，備用油泵啟動壓力14MPa，事故低油壓為12.5MPa。經(jīng)電站實驗，在最低工作油壓時，球閥都能滿足開、關(guān)各一次。

2.3 直流系統(tǒng)

直流電源是黑啟動的唯一電源依靠，作用重大。三江口電站直流系統(tǒng)容量為300AH，蓄電池為閥控式免維護膠體電池，電站注重直流系統(tǒng)的維護管理，每年安排1-2次充放電試驗，檢查直流系統(tǒng)放電時間≥8h，保證電池容量充足可靠。三江口電站直流系統(tǒng)在設(shè)計時就留有較大的裕度，能滿足黑啟動時對保護、控制、勵磁、照明等系統(tǒng)的供電[3]。

2.4 勵磁系統(tǒng)

三江口電站勵磁系統(tǒng)采用交直流雙電源供電方式，啟勵方式為外接直流電源啟勵，由電站直流系統(tǒng)直接供電，直流系統(tǒng)容量大，能滿足啟勵要求；同時，勵磁系統(tǒng)采用冷凝管和風(fēng)扇兩套冷卻方式，在風(fēng)扇不運轉(zhuǎn)的情況下，勵磁系統(tǒng)能長期安全運行。

2.5 水輪發(fā)電機組

三江口電站發(fā)電機的推力軸承采用鋼性支柱式結(jié)構(gòu)，機組啟動不需要頂轉(zhuǎn)子，對電源沒有要求；推力瓦采用彈性金屬塑料瓦，能滿足冷卻水中斷情況下，安全運行時間≥10min；機組安裝的吸出高程為+1m，1#、2#機主軸密封為活塞式橡膠端面密封，壓力水由頂蓋取水提供，3#、4#機主軸密封為無接觸式金屬主軸密封，四臺機組均不存在啟動后大量滲水的問題，且啟動操作要求簡單，能滿足黑啟動的安全要求。

3 三江口電站黑啟動方案

在對三江口電站機組設(shè)備進行充分分析、試驗的基礎(chǔ)上，認為電站完全具備機組黑啟動條件，在此基礎(chǔ)上制定了電站的機組黑啟動方案，并根據(jù)機組可能的狀態(tài)，細化為空載、空轉(zhuǎn)、事故停機、冷備用四個子方案，使電站機組黑啟動更具有可操作性和實用性。在確認電網(wǎng)故障或瓦解、廠用電消失后，當(dāng)值班長根據(jù)機組狀態(tài)和條件，選擇最優(yōu)的方案對機組進行黑啟動操作[4]。

3.1 黑啟動原則

機組黑啟動是以恢復(fù)廠用電，保電站安全為原則的，在機組黑啟動成功，廠用電恢復(fù)后，首先應(yīng)檢查廠內(nèi)設(shè)備已恢復(fù)正常，不能擅自向外線路送電，只有報告調(diào)度，并在調(diào)度指揮下才能逐步恢復(fù)送電。同時電站在方案中明確，黑啟動成功后，在向外線路送電之前，需自動開啟另一臺機組至空載，作為外送電失敗后廠用電的后備電源。

3.2 黑啟動注意事項

機組黑啟動不但涉及電站內(nèi)設(shè)備的條件和相應(yīng)的操作，還必須考慮電網(wǎng)、保護動作等情況，以及萬一黑啟動失敗后的處理，對這些情況都必須要考慮充分。

1)電站所有外線路，除保護動作跳閘及調(diào)度命令外，不允許人為跳閘或合閘，一方面確保黑啟動失敗后，外線路能倒送電至電站，另一方面防止在黑啟動成功后，誤送故障線路，導(dǎo)致事故發(fā)生。

2)按條件選定一臺黑啟動機組后，必須將其與系統(tǒng)隔離出來，即要將該機組對應(yīng)的主變壓器高、中壓側(cè)斷路器斷開，其他未選為黑啟動機組的，不得操作。

3)黑啟動機組優(yōu)先選擇保持空載狀態(tài)、空轉(zhuǎn)狀態(tài)的機組，選擇冷備用機組的，調(diào)速器油壓必須保持在13MPa以上、球閥油壓在正常工作油壓以上，且機組無故障。

4)機組啟動至空載后，可采用“無壓”方式合上主機開關(guān)，向10kV母線及主變充電。

5)恢復(fù)廠用電前，必須先復(fù)歸“低壓保護”信號。

6)10kV恢復(fù)后，首先要向首部、大壩等重要負荷送電。

7)黑啟動時間一般不能超過10分鐘，超時或在啟動中發(fā)現(xiàn)異常情況必須立即進行緊急停機操作。

3.3 三江口電站機組黑啟動一般操作步驟

1)檢查并確認黑啟動機組(調(diào)速器、球閥油壓滿足要求，無故障)。

2)在球閥現(xiàn)地控制柜按下“開閥”按鈕，并檢查球閥全開。

3)在調(diào)速器液控柜按下“拔鎖錠”按鈕，將液壓鎖錠拔出，按下“手動”按鈕，將調(diào)速器切為手動運行，操作手動閥開啟機組至額定轉(zhuǎn)速，按下“自動”按鈕，將調(diào)速器切為自動控制。

4)在勵磁調(diào)節(jié)柜按下“現(xiàn)地起勵”按鈕進行起勵升壓。

5)在中控室手動跳機組對應(yīng)的主變壓器高、中壓側(cè)斷路器，將該變壓器從系統(tǒng)中隔離出來。

6)在中控室選擇“無壓”方式合上主機開關(guān)，向10kV母線及主變充電。

7)在中控室廠用電保護屏上，復(fù)歸廠用變高壓開關(guān)“低壓保護”信號，并合上該高壓開關(guān)，向廠用變充電。

8)檢查廠用電恢復(fù)正常，在機組技術(shù)供水泵現(xiàn)地控制柜手動啟動水泵，并檢查冷卻水供水正常。

9)倒換廠用電，將電廠四段廠用電并聯(lián)運行，并檢查廠內(nèi)設(shè)備運行正常。

10)機組黑啟動結(jié)束，報告調(diào)度，并按調(diào)度指令進行操作。

4 結(jié) 語

黑啟動方案制定完成后，必須經(jīng)過實際操作，以檢驗方案的可行性、可靠性。三江口電站在機組黑啟動方案制定完成后，經(jīng)報調(diào)度同意，將一臺機組和主變從系統(tǒng)中隔離出來，模擬廠用電消失狀況，并用該方案對廠用電進行了成功恢復(fù)，證明了三江口電站機組黑啟動方案的切實可行。

在實際管理中，電站每年都組織對方案的學(xué)習(xí)演練，同時加強運行值班人員對設(shè)備的手動操作培訓(xùn)，使每個值班員都能熟練掌握不同設(shè)備、不同情況下的操作方式。幾年來，電站多次遇到了由于線路、惡劣天氣等原因?qū)е聫S用電消失的情況，電站值班員立即啟動機組黑啟動方案，一般6-7分鐘左右就能恢復(fù)廠用電，為電站安全運行提供了有效保障，也對電網(wǎng)的安全、可靠和穩(wěn)定運行發(fā)揮了積極作用。