邱燦鋒

摘要：水電站發(fā)電機組黑啟動是指廠用電消失的情況下，利用水電站機組自身特點完成機組自啟動和水電站事故備用電源（如柴油發(fā)電機等）開機恢復一臺或多臺機組的廠用交流電，繼而完成機組的啟動建壓、恢復廠用交流電并對外配合調(diào)度恢復電網(wǎng)送電過程。

利用電網(wǎng)內(nèi)大型水電機組自啟動能力可以加快系統(tǒng)恢復響應速度，此時黑啟動試驗過程中需帶高壓送出線路，強調(diào)通過廠內(nèi)機組黑啟動恢復電網(wǎng)供電能力。一方面考慮線路容升效應以防止黑啟動試驗過程中機組自勵磁損壞設備造成黑啟動試驗失敗，另外也需對黑啟動試驗過程中過電壓狀態(tài)進行計算防止設備絕緣破壞，通過黑啟動過電壓計算為現(xiàn)場黑啟動試驗方案制定提供依據(jù)，確保現(xiàn)場試驗安全可靠開展。

關(guān)鍵詞：勵磁限制;黑啟動過電壓;自勵磁

引言

電廠在黑啟動過程中，一般可劃分為黑啟動初始狀態(tài)、黑啟動可控狀態(tài)、黑啟動成功狀態(tài)和黑啟動結(jié)束等幾個階段，在實施過程中，各廠站操作方法和步驟因設備與接線方式的差別而各不相同。廣西大化水力發(fā)電廠作為廣西電網(wǎng)南寧網(wǎng)區(qū)的骨干電廠，在南寧網(wǎng)區(qū)的調(diào)峰調(diào)頻上起著重要作用，同時也是廣西電網(wǎng)黑啟動的重要啟動電源點之一，至今已進行過若干次不同程度、不同范圍的黑啟動試驗，本文就大化水電廠機組黑啟動試驗過程中的特點進行分析，以此作為本廠黑啟動試驗和操作的指導建議，同時也希望能給其他水電廠黑啟動的實施提供參考。

1概述

黑啟動是在電網(wǎng)發(fā)生大面積停電事故后，在系統(tǒng)全黑或者是部分停電的情況下，能夠在最短時間內(nèi)比較安全地恢復電網(wǎng)的正常運行，從而減少大面積停電造成的損失。電力系統(tǒng)的恢復一般分為3個階段，即黑啟動、網(wǎng)架重構(gòu)和負荷恢復。完成這3個階段，電網(wǎng)的供電恢復。由此可見，黑啟動是電力系統(tǒng)恢復正常運營的第一步。黑啟動電源在大面積停電后，通過自身啟動帶動其他不能自啟的電源恢復供電，并與其他電源形成一個小系統(tǒng)，與發(fā)電廠的供電共同形成子系統(tǒng)。通過一個個子系統(tǒng)的連接，使得停電區(qū)域內(nèi)的變電站和輸電線路能夠逐步恢復正常運營，從而恢復電網(wǎng)的正常工作。

大面積停電后，電力系統(tǒng)恢復正常的運營時間較長，一般3個過程的完成需要9h。黑啟動作為電力恢復的第一階段，首先需要啟動自身的電源，在此基礎上帶動其他不能自啟電源啟動。在我國電力系統(tǒng)中，關(guān)于黑啟動方案需要大量的指導原則提供科學的理論依據(jù)，因此安全有效地進行黑啟動離不開科學的啟動方案。

2黑啟動初始狀態(tài)

2.1公共輔機

全廠公共輔機均為交流供電。左右岸廠房滲漏排水系統(tǒng)停啟間隔超過3h，且備用、安全容積足夠;高壓氣系統(tǒng)對調(diào)速系統(tǒng)油罐的補氣周期超過3天，短期失電對油壓無影響;左右岸廠房各裝設有低壓氣系統(tǒng)，右岸低壓氣為雙氣罐，全黑狀態(tài)發(fā)生后，低壓氣系統(tǒng)可以滿足全廠機組同時進行氣制動剎車停機，本廠機組在制動停機穩(wěn)定后風閘自動退出，不需要保持在加閘狀態(tài)。

2.2直流系統(tǒng)

全廠各直流系統(tǒng)蓄電池均為220V/300Ah，監(jiān)控上位機UPS蓄電池為220V/100Ah。直流系統(tǒng)蓄電池定期核對性放電試驗合格，30A放電10h后蓄電池電壓為200V，104個蓄電池單體電壓均大于1.8V;監(jiān)控UPS蓄電池定期核對性放電試驗合格，10A放電10h后蓄電池電壓174V，12個蓄電池單體電壓均大于10.5V，直流系統(tǒng)、監(jiān)控UPS蓄電池容量滿足試驗規(guī)范。在柴油機應急電源投入后，可以立即帶上廠房直流系統(tǒng)和監(jiān)控上位機UPS運行，直流系統(tǒng)和監(jiān)控UPS的工作可靠性會進一步提高。

2.3機組及輔助設備

本廠無快速閘門，初始全黑狀態(tài)時，全廠5臺軸流轉(zhuǎn)槳機組事故全停后，在主壓力油罐和備用壓力油罐的雙重配置下，機組調(diào)速系統(tǒng)油壓可以維持在最低動作油壓以上（事故低油壓）數(shù)小時，但交流壓油泵若不啟動，機組油壓無法支持重新開機;機組在停機狀態(tài)下，頂蓋排水泵最短停啟間隔15～20min，經(jīng)臨時調(diào)整密封水壓，機組密封漏水（頂蓋積水）可以控制在最高水位以下大約超過40min，此外還可投入檢修空氣密封以減少漏水;調(diào)速器、勵磁調(diào)節(jié)器和現(xiàn)地控制單元均為交流、直流雙電源配置，系統(tǒng)全黑期間不影響其正常工作;機組甩負荷后的軸承溫度和電壓等各參數(shù)經(jīng)試驗均在合格可控范圍。

3過電壓計算

3.1計算工具與模型

利用PSCADEMTDC電磁暫態(tài)仿真軟件搭建里底電站發(fā)電機組（包括勵磁系統(tǒng)、調(diào)速系統(tǒng)）、主變、線路以及電抗器等詳細數(shù)學模型，計算研究不同黑啟動方式下過電壓水平，包括空載升壓帶廠用負荷以及帶線路合閘等情況下過電壓水平，為現(xiàn)場黑啟動方案制定提供理論計算依據(jù)。

3.2線路合閘點選擇

大型水電機組一般均采用單元接線方式，帶線路黑啟動過程中采用機端斷路器與采用主變高壓側(cè)斷路器作為合閘點對線路末端過電壓影響較大，區(qū)別在于主變電抗對空充過程中過電壓具有抑制作用，計算不同合閘位置過電壓。

4勵磁欠勵限制影響分析

兩側(cè)高抗全部投入與電源單側(cè)電抗投入方案均不可行，同時兩側(cè)高抗全部退出時再額定電壓下空充線路暫態(tài)過電壓較高，試驗風險較大，因此一種可行方案是將電壓降低至0.9pu下合閘空充線路，一方面可降低合閘過程中暫態(tài)過電壓水平，同時穩(wěn)態(tài)電壓也可滿足電廠自身及外部用電設備用電質(zhì)量要求?？粘渌查g機端進相無功最大為178.405MVar，穩(wěn)態(tài)情況下機組進相無功為-84.75MVar，由于機組進相較深，因此需計算在此情況下機組欠勵限制以及失磁保護是否動作。通過查閱發(fā)電機組進相試驗報告，欠勵限制設置在零有功出力條件下無功限制為-70.47MVar（0.9pu），可見，在對線路空充瞬間暫態(tài)過程及穩(wěn)態(tài)過程中，機組無功進相深度均大于欠勵限制曲線設置范圍，造成空充過程中欠勵限制工作。

結(jié)語

通過對黑啟動過程中各關(guān)鍵因素仿真計算分析，黑啟動過程中應重點關(guān)注空充線路瞬間線路暫態(tài)過電壓，并合理利用主變、高抗等抑制合閘過程中出現(xiàn)暫態(tài)過電壓，同時還需考慮穩(wěn)態(tài)電壓水平，確保黑啟動過程中線路末端穩(wěn)態(tài)電壓在設備正常允許工作范圍內(nèi)。同時應對機組自勵磁進行計算分析，以確保黑啟動過程中機組不會發(fā)生自勵磁現(xiàn)象。

參考文獻：

[1]王文忠.朗寨水電站黑啟動運用分析和試驗[J].通訊世界，2018，（11）：92-93.