碧口水电站“黑启动”方案论述

碧口水电站“黑启动”方案论述

王庆忠

大唐甘肃发电有限公司碧口水力发电厂，甘肃省 文县746412

摘要：本文介绍了碧口水电站电气主接线的结构，论述了该水电站黑启动的必要性，分析了在黑启动过程中可能出现的技术问题，通过该水电站的实际演练说明碧口水电站黑启动的可行性，并介绍了黑启动的基本步骤和注意事项。

关键词：黑启动 油压 气压 手动开机 同期并列

0引言

大面积停电后的系统自恢复通俗地称为黑启动。所谓黑启动，就是因系统故障或事故使整个电站交流电源全部消失，电站处于“黑”的状态，不依赖别的网络帮助，依靠电站本身油压装置储存的油压和直流系统蓄电池储存的能量将机组启动，对内恢复厂用电，逐渐扩大系统恢复范围，最终实现整个系统的恢复。机组具有黑启动功能不仅是电站失电情况下安全生产自救的必要措施，也是电网发展的需要。

1碧口水电站的简介

碧口水电站位于甘肃、四川、陕西三省交界的甘肃省文县碧口镇，电站坐落在白龙江主干流上，位于碧口镇上游3公里处，是长江水系嘉陵江支流白龙江上第一座大型水利枢纽工程。工程以发电为主，兼有防洪、灌溉、养殖等综合效益。电站安装3台单机容量为100兆瓦的混流式水轮发电机组和3台单机容量5兆瓦、1台单机容量1.6兆瓦的生态小机组。1976年3月26日首台大机组投产发电，1977年三台大机组全部建成投产发电。2008年后，碧口水电站经大规模技术改造，单机容量增容为110兆瓦，三台大机组装机容量达330兆瓦。现有110千伏、220千伏两座开关站，110千伏输电线两回，分别为110千伏碧何一线、碧何二线送何家湾变电站，供碧口地区电网。220千伏输电线两回，分别为220千伏碧早一线、碧早二线送早阳坝变电站，供甘肃电网。

图1 碧口水电站电气主接线系统图

2碧口水电站黑启动的必要性

1）碧口水电站位于陇南电网最末端，通过220千伏碧早一线和碧早二线送早阳坝变电站，再由早阳坝变电站送至成县变电站并入甘肃电网。由于220千伏早成线线路比较长（137.232千米），夏季大负荷运行和冬季浮冰等影响，易造成电网脱离，系统非常薄弱。

2）碧口水电站110千伏系统碧何一线和碧何二线长期处于打断状态，与系统脱离，失去备用电源。

3）如果220千伏早成线事故跳闸，便出现整个电站脱离系统，该站甘肃网大、小机组甩负荷，机组可能会出现过速停机，厂用电全部消失。

4）碧口水电站400伏厂用电系统分为Ⅳ段，其中400伏Ⅰ段母线由91号厂用变压器91B供电；400伏Ⅱ段母线由92号厂用变压器92B供电；400伏Ⅲ段母线由93号厂用变压器93B供电；400V0段母线由63号厂用400V电源备用变压器63B供电，作为备用电源。由于生态机组供电可靠性不高，而且每年都有检修和倒负荷的工作，在这种情况下，此备用电源失去作用。

在上述情况出现时，站内失去厂用电源短时间不能恢复供电，这时应果断采取电站黑启动预案恢复厂用电，避免耽误时间过长，油压系统压力下降过低影响机组的黑启动。

3黑启动过程中的技术问题

3.1调速系统

碧口水电站油压装置的设计能满足机组在运行中发生最不利的情况下机组甩去额定负荷，导叶接力器全关一次，接着机组开机并网带上额定负荷导叶再全开一次，这次如果再出现事故后还能满足导叶全关一次，同时油压装置的压力仍保证高于最低允许操作油压。需要注意的是，在平时运行时应保证压力油罐的油气比例，油位不能低于最低油位。在事故发生时黑启动过程中运行人员应有过硬的业务素质和响应速度，这就要求运行人员平时要熟悉黑启动的步骤和现场设备，做到出现事故不惊不慌，有条不紊的处理。

3.2励磁系统

碧口水电站励磁采用的是国电南瑞科技股份有限公司NES6100型自并激静止可控硅全控桥励磁系统，可以保证机组在额定负荷励磁风机停运情况下可控硅连续运行30分钟，这就要求运行人员在机组启励建压后，必须30分钟内将厂用电恢复。

3.3排水系统

厂房渗漏排水系统，碧口水电站厂房渗漏排水泵冬季启动时间间隔约10小时，夏季汛期启动时间间隔为6小时，即使在最高起泵水位厂用电消失，等水位上升到厂房最底层地面至少需要2个小时，相比油压装置对时间的要求来说渗漏排水泵启动时间对黑启动很富裕。

3.4全厂直流系统和全厂UPS

3.4.1直流系统是黑启动过程中唯一的电源。碧口水电站直流系统分为220伏直流和48伏直流系统，220伏直流系统是电站计算机监控系统、调速其、励磁、继电保护、自动化元件，操作控制，通讯等设备运行的能源，同时还为全厂UPS提供逆变电源。电站设有两组500Ah大容量阀控式密封铅酸蓄电池组，为技术供水阀门提供操作能源和机组各部液位配电器提供电源。

3.4.2电站设有事故照明系统，当工作照明消失后事故照明系统自动投入，事故照明单独使用一组蓄电池为事故照明灯供电，电池容量可以保证60分钟连续提供照明电源。

3.4.3全厂UPS系统在厂用电消失后由电站22伏直流逆变开启，为主机PLC提供电源。

4黑启动具体方案

当机组在轻负荷运行时出现线路事故跳闸，机组经过短时调整能恢复空载运行，这时厂用电不会消失，不必采用黑启动，如果机组在满负荷情况下线路事故跳闸，机组可能会甩负荷过速停机，与此同时备用电源也不能正常供电，这时应立即采取黑启动措施尽快恢复厂用电。

4.1选取黑启动机组的原则

1）优先选用在厂用电消失前处于备用状态的机组；

2）在满足前一条件下优先选用操作油压高的机组；

3）在线路跳闸前三台机组都处于发电状态，等机组停机完成后选择距离中控室近的机作为黑启动机组，并考虑到油压装置及中压机的工作情况。

4.2黑启动时的注意事项

1）机组黑启动时，应采取手动开机方式，严密监视调速系统油压，必要时充气提压,防止油压装置油压下降过快，导致开机不成功。

2）为保证厂用电有两个独立的电源点，黑启动成功后应再开一台机带厂用，并注意一台机调频运行，一台机带基荷运行。

3）确认220千伏系统无电压，机组出口开关在分闸位。

4.3黑启动的基本步骤

1）检查220千伏母线电压消失，检查1号机组出口开关2201在“分闸”位，91号变压器91B低压侧开关901开关“分闸”位。

2）开启中压风系统2.8兆帕储气罐出口阀0326，做好机组压油罐充气调压准备。

3）手动解除机组风闸、拔出锁定、开启1号机组冷却水。

4）1号机组调速器切“现地”，导叶切“手动”位置，旋转手柄将导叶开度开至10%左右（开导叶时严密监视机组油压，必要时打开补气阀进行补气），监视机组转速升至额定。

5）监控上微机执行1号机组“空转”转“空载”流程，监视1号机组定子电压升至13.8千伏。

6）倒厂用：91号变压器91B带全厂，选测厂用母线电压正常。检查各辅机系统电源电压正常，复归信号。

7）调速器导叶切“自动”位，调速器切“远方”位置。

8）逐步启动2或3号机组，倒厂用分段运行，使厂用电母线带电，恢复厂用电系统。

9）根据调度命令给220千伏母线或线路进行充电，恢复线路运行。

5结语

根据论证分析和实际演练，碧口水电站的黑启动是可行的、必要的，电站应定期积极开展事故演练并总结经验，找出不足，进行改进，确保在系统故障导致厂用电消失时尽快恢复站内厂用电，最终实现整个系统的恢复。

参考文献：1.蔡述涛,张尧,荆朝霞地区电网黑启动方案的制定[j].电力系统自动化200529(12).

2.谌军,曾勇刚,杨晋柏,等.南方电网黑启动方案[j].电力系统自动化,2006,30(9).