龙门滩梯级水电站机组黑起动方案

陈能伯

(泉州市龙门滩引水工程管理处，福建泉州362500)

1 引言

黑起动，是指整个系统因故障停运后，不依赖于别的网络帮助，通过系统中具有自起动能力机组的起动，带动无自起动能力的机组，逐渐扩大系统恢复范围，最终实现整个系统的恢复［1］。本文在介绍和分析了龙门滩梯级水电站传统黑启动方案不足的基础上提出新型黑启动方案。

龙门滩梯级水电站隶属于泉州市龙门滩引水工程管理处，总装机为5.08 MW，其中一级电站装机为2×(9+1.6)MW;二级电站装机为2×(13+1.8)MW(注:1.6 MW和1.8 MW的发电机组为1999年后技改的，由一台水轮机带二台发电机)。该梯级电站于1999年进行改造，以计算机监控系统取代常规控制方法，2006年又对系统进行一次升级，实现了城关调控中心的远程监控，它是泉州电网的主力发电企业之一，也是泉州电网“黑启动”的主要启动电源。该梯级电站远离负荷中心，与系统的联系比较薄弱，一旦发生全厂停电事故，若不能及时恢复厂用电，不仅不能挽救电网，而且很有可能发展成水淹厂房及全厂机电设备失控的重大事故，将造成巨大的经济损失。因此，龙门滩梯级水电站机组“黑启动”能否成功，对及时地恢复厂用电，保证自己的机电设备安全和防止水淹厂房事故乃至整个泉州电网都具有重要意义。

2 龙门滩水电站机组传统黑启动方式

当前很多水电站都进行了计算机监控系统改造，但机组的“黑启动”仍用传统的“黑启动”方式，即手动方式来完成，其黑启动的传统方式为:

1)检查确认机组符合黑启动的相关条件(油压在正常范围、锁锭、制动闸动作良好)。

2)检查确认机组与系统隔离(相关的短路器和隔离开关在断开状态)。

3)投入主变中性点隔离开关。

4)投入机组冷却水系统。

5)手动拔出机组锁锭，手动撤除机组制动闸。

6)将调速器切手动，手动将导叶打开至空载开度，监视机组转速达到额定转速并稳定运行，再将调速器切回自动。

7)投入机组励磁系统，手动起励，监视发电机机端电压正常。

8)投入厂用变压器，逐步恢复厂用系统。

9)对外恢复电网供电，具体方式在内部已经恢复厂用电的基础上由电网调度员调度。

这种黑启动方式主要的不足是速度慢、成功率较低。

3 龙门滩水电站机组黑启动方案

3.1 黑启动原则

确认系统故障导致大面积停电或厂用电全部消失后，运行人员应及时开启所有事故照明设备，在权限范围内自行断开有关设备开关，并在计算机监控系统控制程序中进入“黑启动”操作画面，做好黑启动准备，取得调度同意后，选择油压较高、自启动能力好、能自动开机的机组做“黑启动”机组，尽快开机恢复厂用电，厂用电恢复后，联系调度逐步向系统恢复送电。

3.2 黑启动程序

龙门滩梯级水电站在第一次计算机监控系统改造时，机组黑起动采用传统方式，曾多次出现机组黑起动失败，2006年计算机监控系统升级改造时，针对以前出现的问题，设计了一个单独的机组黑启动开机程序，把黑起动作为一个独立的工况处理，在保证机组安全的前提下，减少黑起动工况的起动条件，因为交流辅助设备不能投入运行，所以黑起动开机的起动条件及程序比正常开机要少得多，具体起动流程如图1所示。

图1 龙门滩电站机组黑启动流程图

4 黑启动的试验及运行情况

自2006年黑启动程序投运以来，每年试验一次均园满成功，表1是最近一次(即2009年4月23日)的试验数据:

表1 黑启动程序试验数据表

实际的黑启动情况也很理想:如2009年8月22日，110kV线路相间距离I段保护动作，造成一、二级电站4台机组复合电压过流保护动作停机的事故，二级电站14∶17∶40线路保护动作跳闸至14∶33∶52二级电站1#机黑启动完成，自保厂用电，用了17分35秒，除去事故处理时间，执行黑启动方案至厂用电恢复只用了3分56秒。这说明该黑启动方案快速、操作方便且成功率高。

5 经验总结

1)机组黑起动的关键是调速系统和直流系统。对于调速系统，由于厂用电消失，压油泵不能正常运行，水轮发电机组黑启动的关键是能否将水轮机导叶开启的油压及油槽油位维持在正常的工作范围以内，以满足机组的开机要求。所以在事故处理时要迅速、果断、准确。龙门滩一、二级梯级水电站的4台机组都进行过黑启动试验，结果表明:调速系统均能满足要求。对于直流系统，其可靠性对机组黑启动的成功起着决定性的作用，所以在事故处理中应尽可能节省直流电源，尽量采取手动操作。同时，要对蓄电池严格的维护，定期容量校验，以保证供电可靠性。尤其要注意检查测量直流系统运行时的浮充电压、浮充电流是否符合蓄电池的要求，以免浮充电压/浮充电流过高或过低而影响蓄电池的使用寿命。

2)机组黑起动过程中，监控系统是区别于正常开机的专用程序。对励磁系统没有特别要求，而对于调速器来说则有特别要求。正常情况下，机组在电网中转速基本稳定。而机组黑启动后自成一个小网，此时调速器弧立于电网运行，对转速的控制要求很高。

3)监控系统UPS电源对黑起动也有较大影响。计算机监控系统配备专用的不间断电源装置与蓄电池，但蓄电池的使用寿命不长，所以黑启动过程中，操作要准确、迅速，做到一次成功。同时，对蓄电池严格维护并定期校验容量，保证监控系统在黑起动过程中正常运行。

6 结束语

龙门滩梯级电站采用“监控专门程序”的黑启动方案后，四台机组均可以作为黑起动的电源，在系统停电时能够在最短的时间内黑启动成功，恢复厂用电，并对电网供电。有效提供了泉州电网黑起动的一个稳定起动电源点。

［1］熊惠敏，房鑫炎，等.电力系统全网停电后的恢复－黑启动综述［J］.电力系统及其自动化学报，1999(3):12－17.