白國鋼

（華電能源股份有限公司牡丹江第二發(fā)電廠，黑龍江牡丹江 157015）

黑啟動應用技術在馬來西亞沙巴SPR電廠的應用

白國鋼

（華電能源股份有限公司牡丹江第二發(fā)電廠，黑龍江牡丹江 157015）

黑啟動是發(fā)電廠在全廠失電情況下安全生產(chǎn)自救的必要措施，是保護電網(wǎng)安全運行的重要措施。論述了馬來西亞沙巴SPR 100MW燃氣輪機聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠黑啟動試驗的目的、要求及通過標準，并重點介紹了黑啟動試驗操作步驟及注意事項。

黑啟動；目的；通過標準；操作步驟

0 引言

在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中，由于電網(wǎng)規(guī)模較大，一旦出現(xiàn)故障，影響面也很大，容易由局部故障影響全局，乃至發(fā)生惡性連鎖反應，造成災難性后果，如美國、加拿大“8·14”大停電事故及馬來西亞沙巴州2014年1月17日停電事故就是典型的案例。如果電網(wǎng)不能在孤立系統(tǒng)情況下黑啟動自救，將給國民經(jīng)濟和人民生活帶來極大的損失，甚至影響社會安定。

馬來西亞沙巴SPR 100MW燃氣輪機聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠（以下簡稱SPR電廠）裝機容量為3×42 MW，由2臺燃氣輪機發(fā)電機組、2臺余熱鍋爐和1臺蒸汽輪機發(fā)電機組組成一套“2+2+1”建制的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組。為了吸取電網(wǎng)停電教訓，防患于未然，華電能源股份有限公司牡丹江第二發(fā)電廠根據(jù)自己的實際情況，配合馬來西亞沙巴州電網(wǎng)公司編寫馬來西亞沙巴SPR 100MW燃氣輪機聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠黑啟動試驗方案，作為保障沙巴州電網(wǎng)安全運行的重要措施。為使該試驗方案更具有實效性，對方案的可行性進行一次全面檢驗，以幫助運行人員在事故狀態(tài)下做到心中有數(shù)，能夠快速、正確地處理事故，盡快恢復電網(wǎng)運行，恢復對用戶供電，大大減少停電時間。因此，研究并制訂電廠的黑啟動試驗方案具有重大現(xiàn)實意義。黑啟動試驗方案的主要任務是最大限度、快速而有序地恢復電網(wǎng)系統(tǒng)，減少損失。

1 黑啟動的定義

所謂黑啟動，是指整個電力系統(tǒng)因故障停運后，系統(tǒng)全部停電（不排除孤立小電網(wǎng)仍維持運行），處于全“黑”狀態(tài)，不依賴其他電網(wǎng)幫助，通過系統(tǒng)中具有自啟動能力的發(fā)電機組，帶動無自啟動能力的發(fā)電機組，逐漸擴大系統(tǒng)恢復范圍，最終實現(xiàn)整個系統(tǒng)的恢復。機組具有黑啟動功能，不僅是發(fā)電廠在全廠失電情況下安全生產(chǎn)自救的必要措施，也是電網(wǎng)發(fā)展的需要。黑啟動的關鍵是電源點的啟動。燃氣輪機發(fā)電機組與火電、核電機組相比，具有輔助設備簡單、廠用電少、啟動速度快等優(yōu)點，理所當然成為黑啟動電源的首選。

2 黑啟動試驗目的

黑啟動試驗目的是證明斷開電網(wǎng)外部電源連接時SPR電廠設備具有黑啟動能力。

2.1 基礎啟動試驗

（1）燃氣輪機發(fā)電機設備斷開線路斷路器，與電網(wǎng)系統(tǒng)隔離。

（2）黑啟動柴油發(fā)電機啟動，再次送電至燃氣輪機發(fā)電機組常用設備。

（3）燃氣輪機發(fā)電機全速不帶負荷，合上燃氣輪機發(fā)電機線路斷路器并提供廠用負荷，監(jiān)視頻率和電壓是否穩(wěn)定。燃氣輪機發(fā)電機設備應為發(fā)電機在132 kV母線合上不帶電母線做好準備。

（4）記錄從黑啟動柴油發(fā)電機啟動到燃氣輪機發(fā)電機準備合上不帶電母線的時間。

2.2 無壓母線閉合試驗

（1）連接燃氣輪機發(fā)電機至電網(wǎng)系統(tǒng)132 kV不帶電母線，按照海灣標準化組織（GSO）的指導意見給不帶電的母線受電。

（2）記錄機組從第1次準備并網(wǎng)到連接132 kV不帶電母線的時間。

（3）監(jiān)視母線兩端的電壓和頻率是否穩(wěn)定。

2.3 并網(wǎng)試驗

（1）機組并網(wǎng)至132 kV系統(tǒng)，利用132 kV系統(tǒng)合適的線路斷路器完成并網(wǎng)，并經(jīng)過GSO的同意。

（2）132 kV系統(tǒng)線路斷路器應該由并網(wǎng)設備儀器提供。

（3）黑啟動柴油發(fā)電機的斷開或停止不需要任何發(fā)電機設備的低輸出功率。

3 黑啟動試驗要求

（1）獨立發(fā)電廠（IPP）要為黑啟動提供足夠容量的事故發(fā)電機。在沒有任何倒送電源的情況下，IPP內(nèi)和黑啟動有關的任何發(fā)電機組都能啟動，并能啟動IPP其他發(fā)電機組。

（2）黑啟動站1年至少進行1次黑啟動試驗，在發(fā)電機組檢查或維修時進行。

（3）斷開汽輪機發(fā)電機出口斷路器CB3，汽輪機發(fā)電機組不參與黑啟動。

4 黑啟動試驗通過標準

（1）按照GSO的規(guī)定，如果2h內(nèi)不通過電網(wǎng)系統(tǒng)或外部的電源，任何1臺燃氣輪機發(fā)電機能給電網(wǎng)系統(tǒng)未帶電部分受電和并網(wǎng)，則該試驗通過。

（2）燃氣輪機發(fā)電機組進入孤島運行，132 kV升壓站通過燃氣輪機發(fā)電機組正常帶電。

（3）并網(wǎng)后，保持電壓在電網(wǎng)電壓的-5%～10%，頻率在49.5～50.5 Hz時，發(fā)電機能夠穩(wěn)定、同步運行并有能力帶不同的負荷。

5 黑啟動試驗路徑

利用SPR電廠＃1（＃2）燃氣輪機發(fā)電機送電至沙巴電業(yè)局132 kV升壓站母線。

試驗路徑：SPR電廠黑啟動＃1和＃2柴油發(fā)電機→黑啟動升壓變壓器6.6 kV側開關CB11→6.6 kVⅡ段母線→6.6 kVⅠ段、Ⅱ段母線聯(lián)絡開關CB8合閘→6.6 kVⅠ段母線→415V廠用、公用PCⅠ，Ⅱ段母線→＃1（或＃2）燃氣輪機啟動→＃1（或＃2）燃氣輪機發(fā)電機出口斷路器CB1（或CB2）合閘→＃1（或＃2）燃氣輪機主變壓器出口斷路器190（或290）合閘→132 kV升壓站母線正常帶電。

黑啟動試驗系統(tǒng)如圖1所示。

6 黑啟動試驗應具備的條件

圖1 黑啟動試驗系統(tǒng)

（1）試驗現(xiàn)場要清潔，不應堆放無關雜物，所有孔洞應堵塞，照明應齊全。

（2）黑啟動有關設備安裝結束，外觀應整潔，外殼、機座的接地應齊全、可靠。

（3）試驗現(xiàn)場消防設施應完好。

（4）有關帶電室門應上鎖，帶電設備應設遮欄，并懸掛相應的標示牌。

（5）各開關傳動正確，操作靈便，指示正確。

收付實現(xiàn)制，又稱“現(xiàn)收現(xiàn)付制”或“現(xiàn)金制”，指以現(xiàn)金的實際收付為標志來確定本期收入和支出的會計核算基礎。凡在當期實際收到的現(xiàn)金收入和支出，均應作為當期的收入和支出；凡是不屬于當期的現(xiàn)金收入和支出，均不應當作為當期的收入和支出。

（6）二次回路各端子排的螺釘應完整、緊固和清潔。

（7）高、低壓交流、直流保險齊備，容量合適。

（8）圖紙、資料應齊全，準備好必要的工具、儀表和儀器。

（9）各設備之間的聯(lián)絡線及控制信號回路接線已完成，并經(jīng)檢查無誤。

（10）保護裝置投入正常。

（11）調(diào)試現(xiàn)場具有380／220V交流試驗電源。

（12）確認燃氣輪機110 V直流母線電壓正常，汽輪機220V直流母線電壓正常，110 V，220V蓄電池運行正常。

（13）黑啟動柴油發(fā)電機測量絕緣電阻合格（處于冷卻階段）。

1）確認勵磁電源已斷開，打開交流發(fā)電機面板及兩側蓋板。

3）使用1 000V搖表測量相對地、相間絕緣電阻合格并作記錄。

4）測試完畢后恢復星型中性點。

（14）測量應急柴油發(fā)電機絕緣電阻合格（處于冷卻階段）。

（15）測量黑啟動升壓變絕緣電阻合格（包括高壓側對地、低壓側對地、高壓側對低壓側及相間絕緣）。

7 黑啟動試驗操作步驟

（1）確認應急柴油發(fā)電機已具備啟動條件。

（2）確認黑啟動＃1和＃2柴油發(fā)電機蓄電池電壓為24V，油位、水位及水溫正常。

（3）確認黑啟動＃1和＃2柴油發(fā)電機控制柜“手動／自動”開關在“自動”位置。

（4）確認黑啟動＃1和＃2柴油發(fā)電機已具備啟動條件。

（5）確認黑啟動升壓變低壓側隔離開關00BMA01GS001在“合閘”位置。

（6）合上黑啟動升壓變壓器6.6 kV側開關CB11操作直流插件。

（7）將黑啟動升壓變壓器6.6 kV側開關CB11推至“工作”位置。

（8）將黑啟動升壓變壓器6.6 kV側開關CB11“就地／遠方”開關切至“遠方”位置。

（9）確認＃1燃氣輪機發(fā)電機出口斷路器CB1和＃2燃氣輪機發(fā)電機出口斷路器CB2在“分閘”位置。

（10）聯(lián)系沙巴電業(yè)局，斷開＃1燃氣輪機主變壓器出口斷路器190，斷開＃2燃氣輪機主變壓器出口斷路器290。

（11）確認＃1燃氣輪機高壓廠用變壓器6.6 kV側開關CB5跳閘。

（12）確認6.6 kV I段母線電壓、電流表無指示。

（13）確認＃2燃氣輪機高壓廠用變壓器6.6 kV側開關CB7跳閘。

（14）確認6.6 kVⅡ段母線電壓、電流表無指示。

（15）確認6.6 kVⅠ／Ⅱ母聯(lián)斷路器CB8在“分閘”位置。

（16）確認6.6 kVⅠ段及6.6 kVⅡ段母線上所有負荷斷路器均跳閘。

（17）確認415 V廠用PCⅠ段、Ⅱ段，415 V公用PCⅠ段、Ⅱ段，415V空冷PCⅠ段、Ⅱ段，保安電動機控制中心（MCC）段母線電壓失壓，所有進線斷路器均跳閘。

（18）確認應急柴油發(fā)電機已自啟動，參數(shù)達到相電壓240V，頻率50Hz，應急柴油發(fā)電機出口斷路器自動合閘，2 s后應急柴油發(fā)電機至保安MCC段進線開關自動合閘。

（19）確認保安MCC段母線電壓、電流、頻率表指示正確。

（20）確認分散控制系統(tǒng)（DCS）畫面發(fā)出“6.6 kV busbar A and B lost power”光字牌。

（21）在DCS畫面按下黑啟動按鈕“Black Start AUTO Start”。

（22）確認黑啟動＃1和＃2柴油發(fā)電機已啟動，各項參數(shù)指示正常。

（23）確認黑啟動升壓變6.6 kV側開關CB11已自動合閘。

（24）確認6.6 kVⅡ段母線電壓、電流表指示正確。

（25）確認6.6 kVⅠ段、Ⅱ段母線聯(lián)絡開關CB8已自動合閘。

（26）確認6.6 kVⅠ段母線電壓、電流表計指示正確。

（27）合上＃1廠用變壓器6.6 kV側開關CB12、415V廠用PCⅠ段進線斷路器CB13。

（28）合上＃2廠用變壓器6.6 kV側開關CB14、415V廠用PCⅡ段進線斷路器CB15。

（29）確認415V廠用PCⅠ段、Ⅱ段母線電壓、電流表計指示正確。

（30）合上＃1公用變壓器6.6 kV側開關CB17、415V公用PCⅠ段進線斷路器CB18。

（31）合上＃2公用變壓器6.6 kV側開關CB19、415V公用PCⅡ段進線斷路器CB20。

（32）確認415V公用PCⅠ段、Ⅱ段母線電壓、電流表計指示正確。

（33）確認＃1（或＃2）燃氣輪機啟動正常，轉速達到額定轉速5170 r／min。

（34）合上＃1燃氣輪機發(fā)電機出口斷路器CB1（或＃2燃氣輪機發(fā)電機出口斷路器CB2）。

（35）確認＃1燃氣輪機高壓廠用變壓器高壓側開關CB4及＃2燃氣輪機高壓廠用變壓器高壓側開關CB6在合閘位置。

（36）手動將＃1（或＃2）燃氣輪機勵磁電壓升至額定電壓10.5V。

（37）在同期屏上將“Dead／Syn”開關切至“Syn”。

（38）在同期屏上將“Run／Test”開關切至“Run”。

（39）在同期屏上將“SynMode”開關切至“Semi-Auto”。

（40）投入同期屏上保護壓板“LK-Cls-Syn 7”（或“LK-Cls-Syn 8”）。

（41）在同期屏上按下6.6 kVⅠ段進線開關CB5（或6.6 kVⅡ段進線開關CB7）。

（42）在同期屏上按下“confirm”按鈕。

（43）確認同期屏上同期指示“Close”紅燈亮，確認6.6 kVⅠ段進線開關CB5（或6.6 kVⅡ段進線開關CB7）在“合閘”位置。

（44）拉開黑啟動升壓變壓器6.6 kV側開關CB11。

（45）停止應急柴油發(fā)電機運行，恢復保安MCC段母線正常運行。

（46）在DCS畫面上按下黑啟動＃1柴油發(fā)電機“OFF”按鈕。

（47）確認黑啟動＃1柴油發(fā)電機出口斷路器CB9自動分閘。

（48）確認黑啟動＃1柴油發(fā)電機確已停止運行（惰走時間為40 s）。

（49）在DCS畫面上按下黑啟動＃2柴油發(fā)電機“OFF”按鈕。

（50）確認黑啟動＃2柴油發(fā)電機出口斷路器CB10自動分閘。

（51）確認黑啟動＃2柴油發(fā)電機確已停止運行（惰走時間為40 s）。

（52）聯(lián)系沙巴電業(yè)局，通過同期裝置無壓合閘合上＃1燃氣輪機主變壓器出口斷路器190（或＃2燃氣輪機主變壓器出口斷路器290），此時132 kV升壓站正常帶電。

8 應急柴油發(fā)電機檢查及操作步驟

（1）檢測應急柴油發(fā)電機絕緣電阻是否合格（處于冷卻階段）。

1）確認勵磁電源已斷開，打開交流發(fā)電機面板及兩側蓋板。

2）斷開星型中性點。

3）使用1 000V搖表測量相對地、相間絕緣電阻合格并作記錄。

4）測試完畢，恢復星型中性點。

（2）應急柴油發(fā)電機具備啟動條件。

1）確認應急柴油發(fā)電機蓄電池電壓為24 V，油位、水位及水溫正常。

2）確認應急柴油發(fā)電機控制柜“手動／自動”開關在“自動”位置。

3）確認DCS畫面應急柴油發(fā)電機聯(lián)鎖“POWER STANDBY 1（或2）”投入正常。

（3）檢查保安MCC段母線電壓失壓后操作步驟。

1）確認415V廠用PCⅠ段至保安MCC段進線開關跳閘。

2）確認保安MCC段＃1進線開關跳閘。

3）確認415V廠用PCⅡ段至保安MCC段進線開關跳閘。

4）保安MCC段＃2進線開關跳閘。

5）確認應急柴油發(fā)電機已自啟動，各項參數(shù)指示正常。

6）確認應急柴油發(fā)電機參數(shù)達到相電壓240V，頻率50Hz，應急柴油發(fā)電機出口斷路器自動合閘，2 s后應急柴油發(fā)電機至保安MCC段進線開關自動合閘。

7）確認保安MCC段母線電壓、電流、頻率表指示正確。

8）在DCS畫面上切除應急柴油發(fā)電機聯(lián)鎖“POWER STANDBY 1（或2）”。

（4）停止急柴油發(fā)電機運行，恢復保安MCC段母線正常運行操作步驟。

1）合上415V廠用PCⅠ段至保安MCC段進線開關。

2）合上415V廠用PCⅡ段至保安MCC段進線開關。

3）拉開應急柴油發(fā)電機至保安MCC段進線開關。

4）合上保安MCC段＃1（或＃2）進線開關。

5）確認保安MCC段母線電壓、電流表計指示正常。

6）在DCS畫面上按下應急柴油發(fā)電機“OFF”按鈕。

7）確認應急柴油發(fā)電機出口斷路器自動分閘。

8）確認應急柴油發(fā)電機確已停止運行（惰走時間為30 s）。

9）在DCS畫面上投入應急柴油發(fā)電機聯(lián)鎖“POWER STANDBY 1（或2）”。

9 黑啟動試驗操作注意事項

（1）必須嚴格按操作票的操作步驟逐項進行。

（2）試驗前的準備措施必須完成，條件滿足后方可進行試驗。

（3）試驗期間人員分工明確、合理，不得擅自離崗，對試驗的處理程序應熟練掌握，做到不慌亂。

（4）在試驗過程中，應統(tǒng)一聽從值長指揮，做好燃氣輪機、汽輪機、鍋爐及電氣專業(yè)部門的聯(lián)系、協(xié)調(diào)工作。

（5）試驗過程中，檢查不間斷電源（UPS）電源運行正常，確認10 V，220 V直流母線電壓正常，110V，220V蓄電池運行正常。

（6）燃氣輪機發(fā)電機達到額定轉速后，由于主變壓器低壓側阻抗較小，如果在燃氣輪機發(fā)電機額定電壓下對主變壓器進行充電容易引起保護誤動，所以在投入勵磁前，從同期屏經(jīng)無壓合閘方式合上＃1燃氣輪機發(fā)電機出口斷路器CB1（或＃2燃氣輪機發(fā)電機出口斷路器CB2）。

（7）合上＃1燃氣輪機發(fā)電機出口斷路器CB1（或＃2燃氣輪機發(fā)電機出口斷路器CB2）后，投入勵磁緩慢升壓至額定電壓。此時主變壓器已經(jīng)正常帶電。投入勵磁步驟如下。

1）投入勵磁系統(tǒng)輔助電源2QS開關，確認勵磁系統(tǒng)沒有異常報警，顯示燈顯示正常。

2）投入Phaedra Media Groupc（PMG）系列永磁發(fā)電機交流輸出1KK開關、1QS開關，確認交流電壓正常。

3）合上滅磁開關2KKA，2KKB，“勵磁遠控／就地”開關切至“就地”位置，緩慢點動“增磁”按鈕直到燃氣輪機發(fā)電機出口電壓達到額定電壓10.5 kV。

（8）＃1（或＃2）燃氣輪機高壓廠用變壓器正常帶電運行后，通過同期裝置對6.6 kVⅠ段進線斷路器CB5（或6.6 kVⅡ段進線斷路器CB7）進行同期合閘，合上6.6 kVⅠ段進線斷路器CB5（或6.6 kVⅡ段進線斷路器CB7）后，拉開黑啟動升壓變壓器6.6 kV側開關CB11，此時發(fā)電機進入孤島運行。

（9）廠用電恢復后，設備啟動時必須依次進行，不能同時啟動。

（10）沙巴電業(yè)局負責＃1燃氣輪機主變壓器出口斷路器190（或＃2燃氣輪機主變出口斷路器290）分閘、合閘操作。

6.6 kVⅠ（或Ⅱ）段進線斷路器CB5（或CB7）同期定值參數(shù)見表1。

表1 6.6 kVⅠ（或Ⅱ）段進線斷路器CB5（或CB7）同期定值參數(shù)

10 結束語

通過對馬來西亞沙巴SPR 100MW燃氣輪機聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠黑啟動試驗方案的操作檢驗，使運行人員能夠在事故狀態(tài)下快速、正確地處理事故，盡快恢復電廠運行。在沙巴州電網(wǎng)公司及SPR電廠項目業(yè)主人員的共同見證下，機組具備黑啟動功能，且黑啟動試驗達到試驗通過標準。同時保證電網(wǎng)能夠在孤立系統(tǒng)情況下黑啟動自救成功，大大減少電網(wǎng)停電時間，及時恢復對用戶供電，最大限度地降低停電對國民經(jīng)濟和人民生活造成的損失。

［1］望亭發(fā)電廠.300MW火力發(fā)電機組運行與檢修技術培訓教材：電氣分冊［M］.北京：中國電力出版社，2002.

［2］涂光瑜.汽輪發(fā)電機及電氣設備［M］.2版.北京：中國電力出版社，2007.

［3］劉雋，李興源，許秀芳.互聯(lián)電網(wǎng)的黑啟動策略及相關問題［J］.電力系統(tǒng)自動化，2004，28（5）：93-97.

［4］牟龍華，夏明棟，劉仲.微電網(wǎng)的黑啟動研究［J］.電力系統(tǒng)保護與控制，2014，42（22）：32-37.

（本文責編：弋洋）

TM 732

B

1674-1951（2015）07-0057-05

白國鋼（1972—），男，黑龍江牡丹江人，工程師，從事電廠集控運行方面的工作（E-mail：mecbgg＠163.com）。

2014-07-29；

2015-05-02