大型水电厂机组黑启动浅析

大型水电厂机组黑启动浅析

陈 超 周 涛

华能龙开口水电有限公司，云南省大理州 671505

摘　要：目前云南电网已经采取了各种保障电网安全的技术措施，但由于云南所处的地质环境复杂，发生大规模停电的事故风险依然存在。因此制定切实可行的黑启动方案，对于最大限度减少电网损失，对国民经济的电网运行都有重要意义。本文结合云南某大型水电站的黑启动试验方案，对水电站黑启动的流程和注意事项进行探讨。

关键词：水电厂 电网事故 黑启动 流程 预控

1.前言

由于各种人为及自然灾害或电网故障等意外因素造成电网大面积停电，同时造成水电厂全站失压。作为电力系统全停或电网大面积停电后的应急措施的黑启动，在恢复系统供电、保障电网安全方面发挥着重要的作用。

2.概念

水电厂黑启动方式主要分为两类：一类是厂用电配置柴油发电机作为备用电源，通过柴油发电机恢复机组自用电后开启机组黑启动；另一类是未配置柴油发电机，仅通过厂内直流系统为重要辅机设备供电、利用调速器残余油压开启机组至空转，利用励磁系统残压起励建压或直流起励建压黑启动。

3.黑启动流程

作为运行值班人员，当发生全厂失压时，应立即向汇报事故情况，并向调度询问电网事故情况，根据保护及自装置动作情况，与调度联系确认的结果以及厂内设备受冲击情况综合分析，排除故障点在厂内，向相关领导汇报。

以云南某大型水电厂为例，该水电厂配备柴油发电机为备用电源，同时也具备仅通过直流系统自启动能力。该电厂主接线图如下图所示

3.1厂用电配备柴油发电机水电厂黑启动操作流程

（1）黑启动前500kV、10kV倒闸准备

在等待调度及各级领导下达黑启动指令前，安排运行人员断开500kV、10kV断路器，将1号机组、10kV、500kV、500kV线路进行隔离。

（2）启动1号柴油发电机带1号机组自用电运行

在接到调度及各级领导下达黑启动指令后，合上1号柴油发电机出口断路器401，手动启动1号柴油发电机带升压变16B进行零起升压至额定电压后，10kVⅣ段由柴油机供电，合上10kV Ⅰ、Ⅳ段联络断路器0410，10kV厂用电Ⅰ段由Ⅳ段母线供电联络空载运行。

合上10kV厂用电Ⅰ段馈线断路器0102，确认400V 1号机组自用电由a段供电联络运行正常。检查400V 1号机组发电机层交流电源柜、主变冷却器三相总控柜电源、发电机动力机辅助控制柜、调速器油压装置油泵电源恢复供电正常。

（3）1号机组开机带主变零起升压

检查1号机组辅助设备供电正常，开机条件满足。建立1号发变组零起升压通道：合上1号机组出口隔离开关0116、1号机组出口断路器011。1号机带主变直接开机至空载，检查1号发变组额定电压运行正常。

（4） 1号发变组带厂用电运行

检查1号机组带主变空载运行情况正常，汇报各级领导，机组启动正常，可以进行厂用电恢复工作。断开10kV Ⅰ、Ⅳ段联络断路器0410，现地合上10kV厂用电Ⅰ段进线断路器001，检查10kV厂用电Ⅰ段母线电压、频率正常；检查1号发变组带10kV Ⅰ段厂用电孤网运行正常。

（5）恢复500kV GIS及10kV厂用电供电

向调度申请无压合500kV 5313断路器，待500kV GIS电压、频率正常后同期合500kV 5311断路器，合上10kV II段进线断路器002、10kV III段进线断路器004恢复10kV 厂用电供电。厂用电切换正常后,各系统恢复正常运行状态。

（6）恢复电厂与电网供电

向调度申请无压合5321、5333对500kV线路进行充电，待充电正常后同期合上500kV 5322、5332断路器，恢复电网供电运行

（7）恢复10kV Ⅳ段由外来电源正常供电

断开10kV厂用电1号柴油发电机供电断路器，停止1号柴油发电机运行。

3.2厂用电无备用电源水电厂黑启动流程

（1）黑启动前500kV、10kV倒闸准备

在等待调度及各级领导下达黑启动指令前，依靠直流系统断开500kV、10kV断路器，将1号机组、10kV、500kV、500kV线路进行隔离。

（2）手动开启1号机组至空转

全面检查机组调速器油压、油位满足开机条件（满足推力瓦为塑料瓦，无高顶装置），调速系统由直流供电正常，手动开启机组技术供水阀门，确认风闸已退出，拔出接力器锁定，LCU切手动，调速器切手动后缓慢开启1号机组导叶至空载开度，待机组转速升至额定转速后将调速器切自动运行，机组开至空转态。

（3）1号机组带主变零起升压

全面检查励磁系统由直流电源供电正常，建立1号发变组零起升压通道：合上1号机组出口隔离开关0116、1号机组出口断路器011。

若励磁系统具备直流起励电源，且励磁风机有直流UPS逆变供电，则采用现地励磁建压方式励磁开机带主变零起升压至空载，若励磁系统不具备直流电源，可依靠机组残压起励至空载。

（4）恢复厂用电供电

检查1号机组带主变空载运行情况正常，汇报各级领导，机组启动正常，可以进行厂用电恢复工作，逐步恢复机组自用电供电运行。

（5）恢复电厂与电网供电

向调度申请无压对500kV线路进行充电，待充电正常后同期合上500kV断路器，恢复电网供电运行。

4.黑启动风险预控及注意事项

4.1调速系统失电致事故低油压

水电厂厂用电失电致调速器压油装置油泵退运，调速器手动开机至空载开度，调速器压油装置油位、油压快速下降导致事故低油压。因此在进行手动开机黑启动时应保证调速器压油装置油压、油位满足最低运行要求。

4.2直流系统容量不足致黑启动失败

当厂用交流电源失电时，直流系统充电机退运，由蓄电池对监控LCU系统、调速器系统、励磁系统、继电保护系统以及事故照明供电，极端情况下柴油发电机不能启动，需全程通过直流供电至机组空载，蓄电池容量不足可能导致黑启动失败。运行人员要考虑到直流电的储存量能否满足黑启动的要求，同时做到只与黑启动相关的设备可用电，尽量节省直流电的电量，保障电网的全部恢复。

4.3厂用电恢复供电异常导致跳闸

在全厂失压时，用柴油发电机或机组对10kV厂用电进行供电时，同时对数十个厂用变进行充电，将会产生较大的激磁涌流，导致厂用电跳闸，恢复供电失败。恢复厂用电时应将10kV厂用电及400V机组自用电备投闭锁，防止恢复供电时备投动作导致跳闸，延误黑启动时间。

4.4事故处理与运行操作预控

遇到全厂失压需开展黑启动工作时，运行人员可能精神高度紧张，极有可能造成误操作事故。

在电网及电厂全站失压时，由于人员慌乱，不能准确判断故障点在厂内还是厂外，未经调度同意擅自进行涉网操作，导致事故扩大。在遇到全站失压事故时，应沉着冷静，按照规定及时汇报，并向调度询问电网事故情况，根据保护及自装置动作情况，与调度联系确认的结果以及厂内设备受冲击情况综合分析，确认故障点在厂内还是厂外，并根据调度指令进行设备隔离或黑启动操作。

4.5其它注意事项

在黑启动的过程中，全厂全部停电，泄洪闸门无法操作，库水位快速上升；渗漏排水系统在排水泵失电后，集水井水位快速上升。因此在黑启动期间应重点关注库水位及渗漏集水井水位变化趋势，防止发生漫坝或水淹厂房事件。

5.结束语

水电厂黑启动方案是应对电网瓦解事故的重要措施之一，它将保证一旦系统发生大面积停电事故，可以利用现存完好的水电机组黑启动，以点带面，逐步全面恢复系统供电。水轮发电机组具有辅助设备简单、厂用电少、启动速度快等优点,是黑启动电源的首选。因此运行人员必须熟悉黑启动方案，经常组织开展黑启动应急演练，编制电厂黑启动应急预案，通过演练提高运行人员心理素质及操作能力，掌握黑启动步骤，缩短操作时间。保证黑启动流程能安全、可靠完成，确保电厂厂用电自救、电网恢复供电运行快速恢复。

文献参考:

1. 云南电网电力调度中心。2016年云南电网黑启动方案。

2. 1号机组黑启动试验方案，2014。

3. 南方电网电力调度中心。电力系统黑启动方案编制和实施技术规范。2005。

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