趙 亮，張義愿

(烏東德水力發(fā)電廠，云南 祿勸 651512)

1 機(jī)組黑啟動(dòng)建設(shè)的必要性

1.1 電廠的重要地位

烏東德水電站位于云南、四川界河河段，右岸隸屬云南省昆明市祿勸縣，左岸隸屬四川省會(huì)東縣，是金沙江下游河段四個(gè)水電梯級(jí)—烏東德、白鶴灘、溪洛渡和向家壩中的第一個(gè)梯級(jí)，是一座以發(fā)電為主，兼有防洪、改善下游航運(yùn)和發(fā)展庫(kù)區(qū)通航等綜合效益的巨型水電站。

電廠左、右岸各安裝6臺(tái)850 MW水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量10 200 MW，多年平均發(fā)電量389.1億kWh，是“西電東送”的骨干電源之一。烏東德左、右岸均以500 kV交流接入南方電網(wǎng)，其中左岸電站3回出線送往祿勸換流站，通過祿高肇直流為貴州和廣東供電；右岸3回出線送往昆北換流站，通過昆柳龍直流為廣東和廣西供電。烏東德電廠屬于南方電網(wǎng)供電關(guān)鍵路徑上的骨干電源點(diǎn)，有必要進(jìn)行機(jī)組黑啟動(dòng)的建設(shè)。

1.2 可觀的經(jīng)濟(jì)效益

根據(jù)南方電網(wǎng)相關(guān)管理規(guī)定，電廠通過機(jī)組黑啟動(dòng)功能建設(shè)后由南網(wǎng)調(diào)度機(jī)構(gòu)納入黑啟動(dòng)管理并開展考核及補(bǔ)償?？梢愿鶕?jù)南網(wǎng)“兩個(gè)細(xì)則”相關(guān)規(guī)定獲得輔助服務(wù)費(fèi)。

2 選擇黑啟動(dòng)機(jī)組原則

1)操作設(shè)備少、時(shí)間短。在電網(wǎng)發(fā)生大面積停電或全部停電的事故后，為了縮短停電時(shí)間，減少停電產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)損失和可能發(fā)生的次生危害，在保證安全的前提下，電網(wǎng)應(yīng)該盡可能快的恢復(fù)運(yùn)行。所以要求黑啟動(dòng)機(jī)組的啟動(dòng)過程操作設(shè)備少，用時(shí)短，能快速的為電網(wǎng)供電[1]。

2)保障重要負(fù)荷的供電。在水電廠全廠停電時(shí)，為了保證大壩、廠房和設(shè)備的安全，以及為方便黑啟動(dòng)機(jī)組的啟動(dòng)操作，必須考慮排水系統(tǒng)、泄洪閘門、重要部位照明等重要負(fù)荷的供電[2]。在進(jìn)行負(fù)荷送電時(shí)，還應(yīng)根據(jù)負(fù)荷性質(zhì)和容量的大小，選擇送電的時(shí)間和先后順序。

3)流程清晰。作為黑啟動(dòng)機(jī)組，在進(jìn)行黑啟動(dòng)時(shí)，啟動(dòng)流程應(yīng)該清晰簡(jiǎn)潔，不能過于復(fù)雜，使電站運(yùn)行人員能夠快速準(zhǔn)確的操作，避免操作錯(cuò)誤。所以在進(jìn)行黑啟動(dòng)機(jī)組的選擇時(shí)應(yīng)該優(yōu)先考慮操作流程清晰的機(jī)組[3]。

4)試驗(yàn)時(shí)對(duì)正常設(shè)備影響小。南方電網(wǎng)要求黑啟動(dòng)機(jī)組每年都要進(jìn)行黑啟動(dòng)試驗(yàn)，為了滿足黑啟動(dòng)試驗(yàn)的方式要求，需要部分10 kV、400 V母線停電，會(huì)使機(jī)組或部分輔助設(shè)備不具備運(yùn)行條件或運(yùn)行可靠性降低。為了減小停電對(duì)正常運(yùn)行設(shè)備的影響，應(yīng)選擇停電范圍小的機(jī)組。

3 黑啟動(dòng)機(jī)組的比選

3.1 廠用電源介紹

烏東德水電站左、右岸采用對(duì)稱設(shè)計(jì)，本文以左岸為例分析。左岸電站共6臺(tái)機(jī)組，發(fā)電機(jī)出口采用GCB，發(fā)變組為單元接線方式。分別從1、2、5、6號(hào)機(jī)組GCB與主變低壓側(cè)間引接廠用電源，通過高廠變C01B、C02B、C05B、C06B為10 kV 1、2、5、6 M供電。3、4號(hào)機(jī)組不帶廠用電。10 kV 1 M和5 M分別為1、3、5號(hào)機(jī)組自用電的兩段0.4 kV母線供電，10 kV 2 M和6 M分別為2、4、6號(hào)機(jī)組自用電的兩段0.4 kV母線供電。正常情況下1 M為3 M供電，5 M為4 M供電。特殊情況下3、4 M也可以為1、5 M倒送電。左岸柴油發(fā)電機(jī)為左岸黑啟動(dòng)電源，柴油發(fā)電機(jī)啟動(dòng)后可為4 M供電[4]。烏東德水電站左岸10 kV系統(tǒng)圖見圖1。

圖1 烏東德水電站左岸10 kV系統(tǒng)圖

3.2 柴油發(fā)電機(jī)容量設(shè)計(jì)原則

在電站全廠失電的情況下，柴油發(fā)電機(jī)組作為電站的黑啟動(dòng)電源，需要滿足單臺(tái)機(jī)組用電負(fù)荷，同時(shí)作為電站的保安電源，還應(yīng)滿足泄洪設(shè)備運(yùn)行需求和廠房應(yīng)急負(fù)荷要求，應(yīng)急負(fù)荷包括消防負(fù)荷、應(yīng)急照明、滲漏排水泵、直流系統(tǒng)等設(shè)備。因?yàn)橄镭?fù)荷容量小且為極小概率工況，可不考慮消防負(fù)荷容量。

烏東德水電站單臺(tái)機(jī)組用電負(fù)荷約542 kVA，單臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)功率為1 600 kW，單臺(tái)滲漏泵功率為500 kW(單廠有廠內(nèi)、廠外兩個(gè)滲漏集水井，按2臺(tái)泵考慮)。由于廠房滲漏排水負(fù)荷運(yùn)行工況可根據(jù)集水井水位適當(dāng)調(diào)整，泄洪負(fù)荷一般為短時(shí)負(fù)荷，可按不同時(shí)工況考慮，按滿足泄洪、直流、照明要求考慮時(shí)，總負(fù)荷約1 000 kW。當(dāng)啟動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)供電時(shí)，可以基本滿足單臺(tái)黑啟動(dòng)機(jī)組用電、排水系統(tǒng)、泄洪、照明系統(tǒng)用電需要。

3.3 左岸黑啟動(dòng)機(jī)組比選

根據(jù)南方電網(wǎng)對(duì)黑啟動(dòng)成功的定義：黑啟動(dòng)電源黑啟動(dòng)成功是指作為黑啟動(dòng)電源的機(jī)組恢復(fù)至旋轉(zhuǎn)待并狀態(tài)，并已帶上廠用電，機(jī)變保護(hù)正常加用，機(jī)端電壓調(diào)至廠用電允許范圍。本文暫不考慮黑啟動(dòng)機(jī)組與500 kV出線不在同一串的影響。

由于3、4號(hào)機(jī)組不帶廠用電，故不考慮將3、4號(hào)機(jī)組設(shè)為黑啟動(dòng)機(jī)組。機(jī)組啟動(dòng)需要其機(jī)組自用電送電。機(jī)組自用電兩段0.4 kV母線之間設(shè)置有備自投，只要一段有電，備自投動(dòng)作，兩段母線聯(lián)絡(luò)運(yùn)行。即只要機(jī)組自用電有一路電源，機(jī)組即可正常開機(jī)。

先討論將1號(hào)機(jī)組設(shè)為黑啟動(dòng)機(jī)組時(shí)的啟動(dòng)流程。若采用自用電Ⅰ段送電啟動(dòng)1號(hào)機(jī)組，則需柴油發(fā)電機(jī)帶4 M和3 M后，再為1 M送電。當(dāng)1號(hào)機(jī)組啟動(dòng)后，需要將1 M由原來的3 M供電倒換至1號(hào)機(jī)組供電。在電源倒換過程中，需先斷開G1K3，1 M失電，再合上G1C01。而當(dāng)斷開G1K3，1 M失電時(shí)，1號(hào)機(jī)組自用電將失電，導(dǎo)致機(jī)組跳閘，從而使黑啟動(dòng)失敗。故只能采用自用電Ⅱ段送電啟動(dòng)1號(hào)機(jī)組，此時(shí)柴油發(fā)電機(jī)通過4 M帶5 M運(yùn)行。1號(hào)碼機(jī)組啟動(dòng)后直接帶1 M運(yùn)行，這樣不需要進(jìn)行電源倒換，機(jī)組自用電不會(huì)全停。同理，2、5、6號(hào)機(jī)組啟動(dòng)需相應(yīng)自用電的Ⅱ段、Ⅰ段、Ⅰ段送電。

分別以1、2、5、6號(hào)機(jī)組為黑啟動(dòng)機(jī)組時(shí)，10 kV設(shè)備操作及送電步驟見表1。

表1 機(jī)組黑啟動(dòng)時(shí)設(shè)備操作步驟及停電范圍表

由表1可知，1號(hào)機(jī)組黑啟動(dòng)時(shí)，操作步驟最少，試驗(yàn)時(shí)的停電范圍也最小，對(duì)正常運(yùn)行的設(shè)備影響最小。

由以上分析可知1號(hào)機(jī)組作為左岸黑啟動(dòng)機(jī)組具有恢復(fù)廠用電快速、能滿足重要負(fù)荷供電、實(shí)驗(yàn)時(shí)對(duì)正常設(shè)備影響小等特點(diǎn)，所以1號(hào)機(jī)組作為黑啟動(dòng)機(jī)組是最優(yōu)選擇。

烏東德水電站單臺(tái)機(jī)組用電負(fù)荷約542 kV/A，單臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)功率為1 600 kW，單臺(tái)滲漏泵功率為500 kW。由于廠房滲漏排水負(fù)荷運(yùn)行工況可根據(jù)集水井水位適當(dāng)調(diào)整，泄洪負(fù)荷一般為短時(shí)負(fù)荷，可按不同時(shí)工況考慮，按滿足泄洪、直流、照明要求考慮時(shí)，總負(fù)荷約1 000 kW。當(dāng)1、2、5、6號(hào)機(jī)組其中一臺(tái)作為黑啟動(dòng)機(jī)組時(shí)，啟動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)供電時(shí)都可以基本滿足部分排水系統(tǒng)、泄洪、照明系統(tǒng)用電需要。

3.4 右岸黑啟動(dòng)機(jī)組比選

由于左右岸電站為對(duì)稱設(shè)計(jì)，則同理可得右岸黑啟動(dòng)機(jī)組的最優(yōu)選擇為7號(hào)機(jī)組。

3.5 現(xiàn)階段存在的問題

目前還未確定烏東德電廠黑啟動(dòng)機(jī)組臺(tái)數(shù)。若要求有1臺(tái)黑啟動(dòng)機(jī)組，則建議選擇右岸7號(hào)機(jī)組作為黑啟動(dòng)機(jī)組。因?yàn)闉鯑|德水電站設(shè)計(jì)為無(wú)人值班(少人值守)的模式，且集控樓位于右岸K25溶洞內(nèi)，后期電站正常運(yùn)行時(shí)電站運(yùn)行人員主要集中在右岸值守，應(yīng)急人員可以快速到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，縮短應(yīng)急時(shí)間；若要求有2臺(tái)黑啟動(dòng)機(jī)組，則分別選擇左、右岸的1、7號(hào)機(jī)組作為黑啟動(dòng)機(jī)組。

按照南方電網(wǎng)黑啟動(dòng)試驗(yàn)的要求，有可能需要電廠帶一條500 kV線路進(jìn)行升壓。此時(shí)需要500 kV相關(guān)設(shè)備停電配合，試驗(yàn)時(shí)停電范圍將有變化，會(huì)影響黑啟動(dòng)機(jī)組的選擇[5]。

4 結(jié) 語(yǔ)

烏東德電廠黑啟動(dòng)的目的是為防范各種人為及自然災(zāi)害或電網(wǎng)設(shè)備故障等因素造成電網(wǎng)大面積停電，在水電站全站失壓時(shí)，做到迅速、有序地正確處理事故以及快速恢復(fù)水電站的廠用電，并配合電網(wǎng)調(diào)度逐步恢復(fù)電網(wǎng)送電的過程，最大程度降低電網(wǎng)停電造成的損失。本文給出了黑啟動(dòng)機(jī)組比選的原則，并結(jié)合烏東德電廠廠用電的接線方式，通過分析比選得到最優(yōu)的黑啟動(dòng)機(jī)組。烏東德電廠目前還處于建設(shè)期，通過前期的分析總結(jié)，為電站運(yùn)行后黑啟動(dòng)方面的工作提供了一種思路，便于后期工作的開展。同時(shí)也可作為其它水電站在確定黑啟動(dòng)機(jī)組時(shí)的參考。