楊貴元

(保山能源發(fā)展股份有限公司，云南 保山 678000)

0 引 言

水電站機(jī)組的黑啟動(dòng)是指當(dāng)電站失去廠用電和備用電源時(shí)，僅利用直流蓄電池儲(chǔ)存的電能量和液壓系統(tǒng)儲(chǔ)存的液壓能量，完成機(jī)組啟動(dòng)，并恢復(fù)廠用電供電。機(jī)組具有黑啟動(dòng)功能不僅能在電網(wǎng)故障或瓦解的情況下，迅速自主恢復(fù)廠用電，確保電廠安全，還能在調(diào)度的指揮下，迅速恢復(fù)電網(wǎng)運(yùn)行，減少電網(wǎng)停電時(shí)間和事故損失[1]。因此，加強(qiáng)對具有黑啟動(dòng)功能的機(jī)組的分析管理，對保障電站安全、電網(wǎng)安全具有重要意義。

1 三江口電站概況

三江口電站位于云南省保山市龍陵縣境內(nèi)的蘇帕河上，為蘇帕河干流規(guī)劃一庫五級(jí)中的最后一級(jí)，電站裝機(jī)容量為2×15MW+2×16MW，其中1#機(jī)組、2#機(jī)組為單元接線，3#、4#機(jī)組為擴(kuò)大單元接線，變壓器均采用三圈變，電壓等級(jí)為10kV、35kV、110kV；35kV母線、110kV母線均采用單母線分段結(jié)構(gòu)，電站通過110kV線路分別與保山電網(wǎng)、昌寧電網(wǎng)相連，通過35kV線路與龍陵電網(wǎng)相連。由于保山市電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的特殊性，導(dǎo)致三江口電站的升壓站相當(dāng)于電網(wǎng)中的一個(gè)樞紐變電站，作用突出，因此，做好三江口電站機(jī)組黑啟動(dòng)分析管理，對保障保山電網(wǎng)安全具有積極的意義[2]。

2 三江口電站機(jī)組黑啟動(dòng)的條件分析

2.1 調(diào)速器系統(tǒng)

三江口電站調(diào)速器采用交直流雙電源供電，在交流電源失電后，調(diào)速器及其控制回路能正常工作；調(diào)速器液壓部分為比例閥結(jié)構(gòu)，采用電液比例隨動(dòng)裝置，取消了液壓放大環(huán)節(jié)，結(jié)構(gòu)簡單，耗油量極小。壓力油源采用兩個(gè)容積為100L的囊式蓄能器提供，額定工作油壓16MPa，正常運(yùn)行壓力范圍為13至16MPa，主油泵啟動(dòng)壓力13MPa，備用油泵啟動(dòng)壓力12.5MPa，事故低油壓為12MPa。經(jīng)電站實(shí)驗(yàn)，在油壓為13MPa時(shí)，切斷油泵電源，采用手動(dòng)方式開機(jī)，并維持額定轉(zhuǎn)速5分鐘，油壓裝置油壓只下降約0.3MPa，能滿足黑啟動(dòng)要求。

2.2 球閥系統(tǒng)

三江口電站球閥系統(tǒng)采用交直流雙電源供電，在交流電源失電后，球閥、旁通閥、密封環(huán)控制回路均能正常工作；球閥采用搖擺式接力器操作，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便。1#、2#球閥共用一套油壓裝置，容積為2.5m3，額定工作油壓2.5MPa，正常運(yùn)行壓力范圍為2.3-2.5MPa，主油泵啟動(dòng)壓力2.3MPa，備用油泵啟動(dòng)壓力2.25MPa，事故低油壓為1.9MPa；3#、4#球閥各有一套高壓油裝置，容積為250L，額定工作油壓17MPa，正常運(yùn)行壓力范圍為14.5-17MPa，主油泵啟動(dòng)壓力14.5MPa，備用油泵啟動(dòng)壓力14MPa，事故低油壓為12.5MPa。經(jīng)電站實(shí)驗(yàn)，在最低工作油壓時(shí)，球閥都能滿足開、關(guān)各一次。

2.3 直流系統(tǒng)

直流電源是黑啟動(dòng)的唯一電源依靠，作用重大。三江口電站直流系統(tǒng)容量為300AH，蓄電池為閥控式免維護(hù)膠體電池，電站注重直流系統(tǒng)的維護(hù)管理，每年安排1-2次充放電試驗(yàn)，檢查直流系統(tǒng)放電時(shí)間≥8h，保證電池容量充足可靠。三江口電站直流系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)就留有較大的裕度，能滿足黑啟動(dòng)時(shí)對保護(hù)、控制、勵(lì)磁、照明等系統(tǒng)的供電[3]。

2.4 勵(lì)磁系統(tǒng)

三江口電站勵(lì)磁系統(tǒng)采用交直流雙電源供電方式，啟勵(lì)方式為外接直流電源啟勵(lì)，由電站直流系統(tǒng)直接供電，直流系統(tǒng)容量大，能滿足啟勵(lì)要求；同時(shí)，勵(lì)磁系統(tǒng)采用冷凝管和風(fēng)扇兩套冷卻方式，在風(fēng)扇不運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，勵(lì)磁系統(tǒng)能長期安全運(yùn)行。

2.5 水輪發(fā)電機(jī)組

三江口電站發(fā)電機(jī)的推力軸承采用鋼性支柱式結(jié)構(gòu)，機(jī)組啟動(dòng)不需要頂轉(zhuǎn)子，對電源沒有要求；推力瓦采用彈性金屬塑料瓦，能滿足冷卻水中斷情況下，安全運(yùn)行時(shí)間≥10min；機(jī)組安裝的吸出高程為+1m，1#、2#機(jī)主軸密封為活塞式橡膠端面密封，壓力水由頂蓋取水提供，3#、4#機(jī)主軸密封為無接觸式金屬主軸密封，四臺(tái)機(jī)組均不存在啟動(dòng)后大量滲水的問題，且啟動(dòng)操作要求簡單，能滿足黑啟動(dòng)的安全要求。

3 三江口電站黑啟動(dòng)方案

在對三江口電站機(jī)組設(shè)備進(jìn)行充分分析、試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，認(rèn)為電站完全具備機(jī)組黑啟動(dòng)條件，在此基礎(chǔ)上制定了電站的機(jī)組黑啟動(dòng)方案，并根據(jù)機(jī)組可能的狀態(tài)，細(xì)化為空載、空轉(zhuǎn)、事故停機(jī)、冷備用四個(gè)子方案，使電站機(jī)組黑啟動(dòng)更具有可操作性和實(shí)用性。在確認(rèn)電網(wǎng)故障或瓦解、廠用電消失后，當(dāng)值班長根據(jù)機(jī)組狀態(tài)和條件，選擇最優(yōu)的方案對機(jī)組進(jìn)行黑啟動(dòng)操作[4]。

3.1 黑啟動(dòng)原則

機(jī)組黑啟動(dòng)是以恢復(fù)廠用電，保電站安全為原則的，在機(jī)組黑啟動(dòng)成功，廠用電恢復(fù)后，首先應(yīng)檢查廠內(nèi)設(shè)備已恢復(fù)正常，不能擅自向外線路送電，只有報(bào)告調(diào)度，并在調(diào)度指揮下才能逐步恢復(fù)送電。同時(shí)電站在方案中明確，黑啟動(dòng)成功后，在向外線路送電之前，需自動(dòng)開啟另一臺(tái)機(jī)組至空載，作為外送電失敗后廠用電的后備電源。

3.2 黑啟動(dòng)注意事項(xiàng)

機(jī)組黑啟動(dòng)不但涉及電站內(nèi)設(shè)備的條件和相應(yīng)的操作，還必須考慮電網(wǎng)、保護(hù)動(dòng)作等情況，以及萬一黑啟動(dòng)失敗后的處理，對這些情況都必須要考慮充分。

1)電站所有外線路，除保護(hù)動(dòng)作跳閘及調(diào)度命令外，不允許人為跳閘或合閘，一方面確保黑啟動(dòng)失敗后，外線路能倒送電至電站，另一方面防止在黑啟動(dòng)成功后，誤送故障線路，導(dǎo)致事故發(fā)生。

2)按條件選定一臺(tái)黑啟動(dòng)機(jī)組后，必須將其與系統(tǒng)隔離出來，即要將該機(jī)組對應(yīng)的主變壓器高、中壓側(cè)斷路器斷開，其他未選為黑啟動(dòng)機(jī)組的，不得操作。

3)黑啟動(dòng)機(jī)組優(yōu)先選擇保持空載狀態(tài)、空轉(zhuǎn)狀態(tài)的機(jī)組，選擇冷備用機(jī)組的，調(diào)速器油壓必須保持在13MPa以上、球閥油壓在正常工作油壓以上，且機(jī)組無故障。

4)機(jī)組啟動(dòng)至空載后，可采用“無壓”方式合上主機(jī)開關(guān)，向10kV母線及主變充電。

5)恢復(fù)廠用電前，必須先復(fù)歸“低壓保護(hù)”信號(hào)。

6)10kV恢復(fù)后，首先要向首部、大壩等重要負(fù)荷送電。

7)黑啟動(dòng)時(shí)間一般不能超過10分鐘，超時(shí)或在啟動(dòng)中發(fā)現(xiàn)異常情況必須立即進(jìn)行緊急停機(jī)操作。

3.3 三江口電站機(jī)組黑啟動(dòng)一般操作步驟

1)檢查并確認(rèn)黑啟動(dòng)機(jī)組(調(diào)速器、球閥油壓滿足要求，無故障)。

2)在球閥現(xiàn)地控制柜按下“開閥”按鈕，并檢查球閥全開。

3)在調(diào)速器液控柜按下“拔鎖錠”按鈕，將液壓鎖錠拔出，按下“手動(dòng)”按鈕，將調(diào)速器切為手動(dòng)運(yùn)行，操作手動(dòng)閥開啟機(jī)組至額定轉(zhuǎn)速，按下“自動(dòng)”按鈕，將調(diào)速器切為自動(dòng)控制。

4)在勵(lì)磁調(diào)節(jié)柜按下“現(xiàn)地起勵(lì)”按鈕進(jìn)行起勵(lì)升壓。

5)在中控室手動(dòng)跳機(jī)組對應(yīng)的主變壓器高、中壓側(cè)斷路器，將該變壓器從系統(tǒng)中隔離出來。

6)在中控室選擇“無壓”方式合上主機(jī)開關(guān)，向10kV母線及主變充電。

7)在中控室廠用電保護(hù)屏上，復(fù)歸廠用變高壓開關(guān)“低壓保護(hù)”信號(hào)，并合上該高壓開關(guān)，向廠用變充電。

8)檢查廠用電恢復(fù)正常，在機(jī)組技術(shù)供水泵現(xiàn)地控制柜手動(dòng)啟動(dòng)水泵，并檢查冷卻水供水正常。

9)倒換廠用電，將電廠四段廠用電并聯(lián)運(yùn)行，并檢查廠內(nèi)設(shè)備運(yùn)行正常。

10)機(jī)組黑啟動(dòng)結(jié)束，報(bào)告調(diào)度，并按調(diào)度指令進(jìn)行操作。

4 結(jié) 語

黑啟動(dòng)方案制定完成后，必須經(jīng)過實(shí)際操作，以檢驗(yàn)方案的可行性、可靠性。三江口電站在機(jī)組黑啟動(dòng)方案制定完成后，經(jīng)報(bào)調(diào)度同意，將一臺(tái)機(jī)組和主變從系統(tǒng)中隔離出來，模擬廠用電消失狀況，并用該方案對廠用電進(jìn)行了成功恢復(fù)，證明了三江口電站機(jī)組黑啟動(dòng)方案的切實(shí)可行。

在實(shí)際管理中，電站每年都組織對方案的學(xué)習(xí)演練，同時(shí)加強(qiáng)運(yùn)行值班人員對設(shè)備的手動(dòng)操作培訓(xùn)，使每個(gè)值班員都能熟練掌握不同設(shè)備、不同情況下的操作方式。幾年來，電站多次遇到了由于線路、惡劣天氣等原因?qū)е聫S用電消失的情況，電站值班員立即啟動(dòng)機(jī)組黑啟動(dòng)方案，一般6-7分鐘左右就能恢復(fù)廠用電，為電站安全運(yùn)行提供了有效保障，也對電網(wǎng)的安全、可靠和穩(wěn)定運(yùn)行發(fā)揮了積極作用。