枕頭壩水電站機(jī)組黑啟動能力驗證的試驗方法研究

安義民

摘 要：作為電力系統(tǒng)安全運行的重要措施之一，黑啟動對電網(wǎng)系統(tǒng)故障后的恢復(fù)起著至關(guān)重要的作用。因此，有必要研究水電站機(jī)組黑啟動能力驗證的試驗方法，通過試驗驗證機(jī)組黑啟動能力，以保證水電站大壩、廠房、機(jī)組等的安全，有序、快速地對電網(wǎng)恢復(fù)送電。本文介紹了枕頭壩水電站機(jī)組參數(shù)配置，重點分析了枕頭壩電站3號機(jī)組黑啟動試驗方法和步驟。研究結(jié)果表明，枕頭壩水電站機(jī)組具備黑啟動能力。

關(guān)鍵詞：水電站;黑啟動;能力驗證;試驗方法

中圖分類號：TV734.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-5168（2021）09-0075-03

Abstract： As one of the important measures for the safe operation of the power system， black start plays a vital role in the recovery of the power grid system after failure. Therefore， it is necessary to study the test method for verification of the black start capability of hydropower generating units and verify the black start capability of the generating units through tests to ensure the safety of hydropower dams， powerhouses， and generating units， and to restore power to the grid in an orderly and fast manner. This paper introduced the parameter configuration of the Zhentouba Hydropower Station unit， focusing on the analysis of the black start test methods and procedures for Unit 3 of the Zhentouba Hydropower Station. The research results show that the units of the Zhentouba Hydropower Station have black start capability.

Keywords： hydropower station;black start;capability verification;test method

枕頭壩水電站為大渡河干流水電29級規(guī)劃的第22梯級電站，水庫正常蓄水位為624.00 m，庫容為4 350萬m3，其中調(diào)節(jié)庫容為1 450萬m3。電站額定水頭為29.50 m，裝機(jī)容量為720 MW，共有4臺軸流轉(zhuǎn)槳式機(jī)組，單機(jī)容量為180 MW，設(shè)計年發(fā)電量為32.90億kW·h。機(jī)組采用聯(lián)合單元接線，500 kV開關(guān)站采用角型接線，其通過500 kV線路接入上游深溪溝電站開關(guān)站，預(yù)留一回線路至枕頭壩二級電站。目前已建成綜合信息化數(shù)據(jù)平臺系統(tǒng)、智能安全帽、鑰匙智能管控系統(tǒng)和預(yù)警機(jī)器人等項目，在確保設(shè)備安全穩(wěn)定運行的基礎(chǔ)上，降低了職工在傳統(tǒng)運維工作上的時間投入。枕頭壩水電站采用“無人值班，少人值守”的工作方式，正在努力加快“智能自主，人機(jī)協(xié)同”的智慧企業(yè)建設(shè)。目前，該水電站已成功申報四川電網(wǎng)黑啟動輔助服務(wù)[1]。

1 試驗機(jī)組參數(shù)

試驗機(jī)組參數(shù)不僅涉及水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、調(diào)速器、勵磁系統(tǒng)、柴油發(fā)電機(jī)和計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，還包括頂蓋與滲漏井啟泵水位以及各軸承瓦溫報警值，如表1至表7所示。另外，枕頭壩水電站采用NC2000計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。

2 試驗范圍及測量點

2.1 試驗范圍

試驗范圍為3F機(jī)組及輔機(jī)系統(tǒng)。

2.2 測量點

測量點包括機(jī)組頻率和開度、調(diào)速器油壓裝置油壓和油位、勵磁可控硅溫度、各導(dǎo)軸承溫度。

2.3 信號采集

2.3.1 機(jī)組頻率。模擬量信號如下：直流0～100V（調(diào)速器電柜）。

2.3.2 導(dǎo)葉開度。模擬量信號如下：4～20 mA或0～10 V（數(shù)據(jù)來自調(diào)速器電柜開度表）。

3 前期性能試驗

3.1 可控硅溫度性能試驗

可控硅溫度性能試驗通過機(jī)組空載工況下切除勵磁功率柜風(fēng)機(jī)電源實現(xiàn)[2]。

3.2 事故低油壓性能試驗

在機(jī)組空轉(zhuǎn)工況下，人們將機(jī)組壓油泵控制方式切換至“切除”，采用排油閥調(diào)節(jié)油壓至6.1 MPa（參照表3中工作油泵啟動壓力進(jìn)行調(diào)整），核對并記錄相關(guān)參數(shù)。之后采用同樣方式調(diào)節(jié)油壓至5.2 MPa（參照表3中事故低油壓進(jìn)行調(diào)整），監(jiān)視機(jī)組事故低油壓動作流程是否正確，做好油罐油壓、油位等相關(guān)參數(shù)的記錄，完畢后恢復(fù)調(diào)速器系統(tǒng)至正常狀態(tài)。

3.3 壓油裝置性能試驗

下面按照表8進(jìn)行壓油裝置性能試驗，驗證黑啟動過程中所經(jīng)歷的工況下油壓、油位的下降情況，以保證機(jī)組黑啟動安全進(jìn)行。

3.4 其他工作

機(jī)組技術(shù)供水采用蝸殼或壩前取水，電動閥為交流供電，黑啟動時可采用手動開啟閥門;切除頂蓋排水泵，開機(jī)至空載，測試頂蓋水位上升情況，確定滿足試驗的要求;在機(jī)組空載工況下，將漏油泵控制方式切換至“切除”，測試油位變化情況，確定滿足試驗要求;通過計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)查看未啟泵情況下滲漏集水井水位上升情況;檢查直流系統(tǒng)正常;將計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)交流電源斷電，用來驗證黑啟動時能否正常工作。

4 系統(tǒng)初始狀態(tài)

10 kVⅠ～Ⅳ段母線分段運行，分別由對應(yīng)的廠用變壓器（CB1～CB4）供電，其中10 kV Ⅴ段由10 kV Ⅳ段聯(lián)絡(luò)運行，10 kV Ⅵ、Ⅶ段母線分段運行，分別由10 kV Ⅱ、Ⅴ段母線供電。所有10 kV備自投裝置退出運行。1～3號機(jī)組自用電、2～4號機(jī)組自用電、公用電系統(tǒng)、照明電系統(tǒng)、大壩400 V系統(tǒng)各段母線分段運行，備自投裝置投入。400 V公用電Ⅱ段失電后，由400 V公用電Ⅲ段聯(lián)絡(luò)400 V公用電Ⅱ段運行。

壓油裝置油壓、油位正常，頂蓋水位正常。發(fā)電機(jī)、勵磁變等設(shè)備絕緣合格。3F（3號機(jī)組）水機(jī)保護(hù)投入正常。經(jīng)檢查，直流合閘、控制母線電壓正常。3F機(jī)組的油壓裝置油泵電機(jī)均置于“切除”位置。

5 試驗措施及具體步驟

5.1 技術(shù)措施

試驗前做好3F機(jī)組與運行設(shè)備的安全隔離措施。試驗時，安排人員監(jiān)視3號機(jī)組各設(shè)備運行工況。試驗期間，如遇系統(tǒng)以外情況，應(yīng)停止試驗，等條件滿足后，重新進(jìn)行。試驗時，若發(fā)生3F機(jī)組壓油裝置油壓、油位降低而產(chǎn)生機(jī)組過速的情況，但過速保護(hù)未動作，應(yīng)馬上啟動3F機(jī)組急停按鈕緊急停機(jī)。試驗時觀察壓油裝置油壓和油位，必要時對油壓裝置進(jìn)行手動補(bǔ)氣操作，監(jiān)視油位，若低于下限，則不允許再進(jìn)行開停機(jī)操作，防止接力器進(jìn)氣。

試驗時，監(jiān)視3F機(jī)組電壓，若存在異常，應(yīng)馬上進(jìn)行逆變滅磁。試驗時，監(jiān)視3F機(jī)組頻率，若存在異常，應(yīng)進(jìn)行手動調(diào)節(jié)，確保機(jī)組頻率正常。采取相應(yīng)措施仍無法控制頻率時，應(yīng)立即按下3F機(jī)組機(jī)旁緊急事故停機(jī)按鈕緊急停機(jī)。試驗時，必須遵循執(zhí)行試驗方案的相關(guān)流程，遇不正常情況時立即停止試驗，待檢查原因后，消除存在的異常，重新試驗。

5.2 準(zhǔn)備措施

直流系統(tǒng)排除在此次試驗外，目的是確保其他運行設(shè)備的安全運行。專人監(jiān)視3F機(jī)組機(jī)頂蓋水位運行情況。試驗時，機(jī)組進(jìn)水口啟閉機(jī)、調(diào)速器機(jī)柜電柜安排專人監(jiān)視，做好試驗異常時的落門準(zhǔn)備。

5.3 試驗步驟

首先，要聯(lián)系調(diào)度，將3F機(jī)組停機(jī)。然后，解開DL3合閘信號引至調(diào)速器電氣柜端子，解開DL3合閘信號引至勵磁調(diào)節(jié)器屏端子，解開DL3合閘信號引至監(jiān)控A1屏端子。經(jīng)檢查，各部軸承油槽油位正常，主軸密封水投入正常，檢修圍帶已排壓，水機(jī)保護(hù)已正常投入。之后，拉開3F機(jī)組勵磁風(fēng)機(jī)電源、3F機(jī)組LCU電源，3F機(jī)組電調(diào)、3F機(jī)組漏油泵電源控制開關(guān)切除。檢查、恢復(fù)3F機(jī)組開機(jī)措施（技術(shù)供水、落下閘塊、退出鎖定等），將3F機(jī)組電調(diào)切“電手動”緩慢開機(jī)至“空轉(zhuǎn)”，記錄3F機(jī)組壓油裝置油位、油壓等相關(guān)數(shù)據(jù)，并觀察采取手動補(bǔ)氣方式維持壓油罐壓力的情況。其間要注意監(jiān)視3F機(jī)組推力、水導(dǎo)溫度上升情況。

接著，將電調(diào)一次調(diào)頻退出，勵磁PSS（電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定器）退出，機(jī)組保護(hù)已按遞加方式投入。采用手動方式，遞升加壓至機(jī)組額定電壓，經(jīng)檢查，3F機(jī)組空載工況下運行正常，勵磁系統(tǒng)、調(diào)速器電柜運行正常。然后，恢復(fù)3F機(jī)組調(diào)速器油泵，將調(diào)速器切換為“自動”，并將工作油罐補(bǔ)氣裝置控制方式恢復(fù)至“自動”。依次合上勵磁風(fēng)機(jī)、現(xiàn)地控制單元、漏油泵電源及其他所有電源，經(jīng)檢查，3F機(jī)組勵磁風(fēng)機(jī)、測速裝置、漏油泵等運行正常。停機(jī)后，全面檢查并恢復(fù)3F機(jī)組所做的措施，使其均恢復(fù)至試驗前狀態(tài)。3F機(jī)組根據(jù)調(diào)度命令恢復(fù)備用[3]。

6 結(jié)語

試驗證明，采用黑啟動低電壓安全恢復(fù)電網(wǎng)運行是可行的，這也是國內(nèi)外普遍采用的應(yīng)急方式之一。因此，在開展黑啟動工作時，各水電站要結(jié)合設(shè)備實際情況，做好黑啟動能力驗證試驗，指定黑啟動機(jī)組優(yōu)先順序，根據(jù)具體情況制定各自的恢復(fù)方案，從而提高黑啟動快速響應(yīng)能力[4]。黑啟動是應(yīng)對電網(wǎng)失去穩(wěn)定性的有效措施，可以保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行，水電站的準(zhǔn)確、快速黑啟動對電網(wǎng)恢復(fù)供電具有重要的意義[5]。

參考文獻(xiàn)：

[1]周云龍.談?wù)勊娬镜暮趩臃桨竅J].云南電力技術(shù)論壇，2006（9）：107-109.

[2]張雙景.彰武水電站黑啟動應(yīng)急操作演練[C]//中國水利學(xué)會2011學(xué)術(shù)年會第二屆中國小水電論壇.2011.

[3]袁成林，戴延君，田明友.象山水電廠機(jī)組黑啟動特殊情況的應(yīng)對措施[J].能源研究與管理，2012（4）：85-87.

[4]方樹，何治華，張宏圖，等.水電機(jī)組黑啟動技術(shù)探討[J].四川水力發(fā)電，2008（27）：107-109.

[5]李富營.“無人值班”（少人值守）水電廠“黑啟動”[J].水電站機(jī)電技術(shù)，2004（6）：53-54.