对抽蓄电站厂用电黑启动方案优化及其继电保护问题的分析

对抽蓄电站厂用电黑启动方案优化及其继电保护问题的分析

张冰冰 周怡伶 郭中元

华东宜兴抽水蓄能有限公司 江苏 宜兴市 214205

摘要：抽蓄电站在运行过程中会存在全站失压或停电的可能，此时抽蓄电站黑启动就要求内部厂用电自恢复方案的科学性和准确性，从而确保电厂的自救并为区域性电网的恢复创造有利条件。抽蓄电站厂用电黑启动目前还不具备通用性的恢复操作方案作为工程指导，厂用电系统在黑启动过程中的继电保护工作更有别于正常运行方式下的配置原则。

关键词：抽蓄电站；厂用电黑启动；恢复方案；保护配置

由于各抽蓄电站厂用电系统各有区别其本身负荷类别多，厂用电恢复方案都只是停留在简单的操作规程上面，且典型电厂的黑启动预案均只能在自我厂站内使用，不具备普遍性和推广性。同时，厂用电系统中线路组成的复杂网络使得本身黑启动的恢复路径多样，针对路径的优化评价指标也难以确立。因此，如何确保抽蓄电站在自身发生停电事故后快速稳定的自恢复是个难题，而抽蓄电站自恢复就是要求水轮机组在无交流电时顺利开启，黑启动机组顺利开启取决于厂用电的恢复，厂用电能否成功恢复则取决于黑启动初期厂用电继电保护配置的合理性。

1抽蓄电站厂用电黑启动的方案分析

1.1抽蓄电站厂用电运行方式的分析

分析抽蓄电站厂用电系统的运行方式有助于我们进行黑启动工况下自恢复方案的制定，同时加深运行人员对恢复对象的认知。较多的负荷、复杂的网络结构使得抽蓄电站厂用电系统的运行方式复杂多变。典型的抽蓄电站通常具有两级电压组成的厂用电系统，高压电压等级为10kV或6kV，低压电压等级为400V或380V。厂用电高压为10kV，其电能获取由厂高变传递自水轮发电机产生的电能；厂用电高压母线上的电能部分经过厂低变的再一次降压供给低压400V负荷使用，其他部分直接作用于母线上的负荷。

1.2抽蓄电站厂用电自恢复方案的确立

在抽蓄电站发生全场停电事故后，首要任务是保厂用电，通过合理的自恢复方案有序高效的恢复厂用电系统重要负荷的供电，用以满足水轮机组开机条件进而实现抽蓄电站自身的黑启动。“母线”是分析厂用电系统运行方式的基本单元，由此延伸确立厂用电自恢复方案的关键因素有两点：供电电源和供电路径，约束条件下选取的最短供电路径实际是确定的供电电源供电给被恢复母线时历经的最短电气距离。作为抽蓄电站黑启动的前提保障，我们还应考虑厂用电恢复后的这个小系统暂态稳定性的问题。

2抽蓄电站厂用电黑启动关键问题研究

抽蓄电站这类黑启动电源的重启是电力系统大停电事故后的首要任务，抽蓄电站厂用电的自恢复又是抽蓄电站重启的先决条件。在厂用电黑启动阶段，系统运行状态和正常运行时有很大的区别，初期的小系统十分薄弱，在恢复操作的可靠灵活性方面仍需要进行全面的校验和分析才能最终确定一个优化方案。从以往恢复实例中可以看出，一个可行优选的黑启动方案涵盖众多关键问题。抽蓄电站厂用电黑启动关键问题的校验分析需关注以下的方面：厂用电恢复因素上，考虑黑启动电源、恢复路径和小系统暂态稳定性的约束；待开启机组选取上，考虑能够满足开机的条件的约束；黑启动过程中安全问题上，检验机组自励磁、谐振过电压和备自投动作的问题等，通过对上述问题的研究分析可完成厂用电系统自恢复的安全检验和调控，确保后续机组启动的成功率。

3厂用电黑启动过程的继电保护配置研究

本次厂用电系统黑启动的继电保护主要依据厂用电相关保护的整定导则和手工整定计算的原理，对于其正常运行方式下的保护整定方案来研究黑启动工况下的保护配置。

3.1柴油发电机的保护

作为厂用电黑启动方案的启动电源，柴油发电机只是在全厂失压进行厂用电负荷恢复的时候投入，厂用电正常运行时若配置有相关保护可保留使用。作为一个小容量的发电机投入，我们主要整定其出口处开关的保护，来确保恢复负荷的可靠性。实际恢复中可采用限时速断、过流保护、过负荷保护和低压保护这四种常规保护构成柴油发电机出口开关的保护。

3.2厂用电系统线路的保护

厂用电系统在尽可能多的恢复负荷的同时就可能存在变化的拓扑结构，借助于正常运行方式的厂用电线路保护配置分析可以为厂用电黑启动过程的继电保护配置提供参考，也能为运行人员合理选取保护装置提供依据。通过这种横向比对的保护配置研究，不仅可以确保保护装置动作的可靠性也能最大限度运用现有的保护装置，而不至于因配置新的保护而增加保护设备的投资。

3.3备自投的配置

分析线路出现故障电流的特点，短路电流的流向都是一定的即母线指向线路，这种情况下我们则应该投入备自投让其发挥投切保电的作用；一旦出现的故障在母线上，此时的故障电流恰恰相反，流向母线即出现了相对于平时的反向故障电流，这个时候应当使备自投装置闭锁而不出现错误的合闸，据此分析我们再原来的方案上增加了一套反方向的电流保护判断逻辑来确保母线故障闭锁的可靠性。

4结束语

本文虽然给出了抽蓄电站厂用电黑启动方案并进行了优化分析，对抽蓄电站厂用电黑启动及其继电保护关键问题进行了研究和总结，并成功的将这些理论成果运用到具体电厂的恢复中。但对一些特殊问题还没有很好的解决方法，对一些实际问题考虑的还不够全面，下步的研究工作应该重点关注下列问题：（1）厂用电恢复电源的单一性。本文重点讲述了以柴油发电机作为恢复电源的相关问题，但抽蓄电站运行并网后与其他发电系统的联系更加紧密，因此，下步研究可将恢复电源进行拓展，诸如风机、分布式电源等。（2）黑启动继电保护仿真分析。由于复杂的拓扑结构使得厂用电黑启动时期各保护配合较难，该研究方向下一步可着眼于抽蓄电站厂用电黑启动时期整体的继电保护配置方案和优化，并能通过具体的仿真模型说明保护方案配备的合理性。（3）厂用电黑启动过程控制策略研究。随着恢复电源种类的增加，如何更好的进行厂用电黑启动优化控制将成为主要关注点，今后需要厂用电黑启动过程的控制策略进行研究，使厂用电黑启动继电保护功能更加完善。

参考文献

[1]杨贵元.三江口电站机组黑启动的分析与实践[J].黑龙江水利科技,2021,49(06):177-179.

[2]颜庭煜.支撑电网黑启动的“风光储”电站调控策略研究[J].智能城市,2021,7(12):65-66.

[3]安义民.枕头坝水电站机组黑启动能力验证的试验方法研究[J].河南科技,2021,40(09):75-77.

[4]杜亭,吴国栋,谭斌忠,代佳俊.基于柴油发电机的大型电站黑启动研究[J].水电站机电技术,2021,44(03):57-58+94.

[5]李硕,姜海军,操俊磊,汪志强,沈燕,李毅.深圳抽水蓄能电站计算机监控系统设计与应用[J].水力发电,2021,47(02):64-68.

[6]闫伟,石祥建,施一峰,吴龙,谢欢,刘为群,钟高跃.可变速抽蓄机组黑启动交流励磁设备及其控制研究[J].水力发电,2020,46(10):100-104.

[7]费万堂,衣传宝,杨梅,梁国才,陈磊,张昊晟.河北丰宁抽水蓄能电站交流励磁变速机组工程设计与认识[J].水电与抽水蓄能,2020,6(04):12-18+57.