浅谈电力系统黑启动的恢复

2010-08-15夏书军

中国新技术新产品 2010年1期

关键词：电厂子系统启动

夏书军

（哈尔滨市阿城电业局，黑龙江哈尔滨 150300）

电网“黑启动”是指整个电网因故障崩溃停运后，系统全部停电，处于全“黑”状态，此时通过系统中具有自启动能力机组的启动和外来电源，带动无自启动能力的机组，逐步扩大系统的恢复范围，最终实现整个系统的恢复和正常供电。

1 黑启动原则

1.1 目标要求

电力系统黑启动是指在系统全停的情况下，利用系统外电源或系统内具有自启动能力的机组逐步恢复系统正常运行的过程。电力系统恢复的总目标是在最短时间内使系统恢复带负荷的能力，具体要求有两个：尽可能地用最小启动功率启动机组；制定严格的操作票制度，实现操作步骤最少。

1.2 恢复方法

一般电网全停后主要靠两种方法来恢复：从周边还有电源的系统取得电源，用来恢复本地区的电网网架和启动本地区的主要电厂；利用本电网区域内的、具有自启动能力的电厂首先启动，然后再逐步恢复系统。

1.3 方案的制定

在制定黑启动方案时需考虑下列原则：路径中电压转换的次数尽量少；每个方案的路径长度尽可能短；尽量先启动离重要负荷近的机组；每个方案开关操作次数尽量少；每个方案在启动容量允许的前提下，要选择被启动机组的容量尽量大；便于主网架的快速恢复。

1.4 子系统划分

针对黑启动的具体情况，黑启动时可以将电网划分成为多个子系统，各子系统内部可以同时进行黑启动操作，以加速全系统的恢复。每一个子系统都应有1 个主网架，包括子系统内的黑启动电源、主要电厂、枢纽变电站和重要负荷。子系统划分原则如下：根据电网结构特点和黑启动电源所在的地理位置合理划分子系统；各子系统至少有1 个黑启动电源并具有较好的调频调压手段；各子系统应具有明确可靠的同期并列点，子系统之间具有的合环点需要明确。

1.5 电源电厂的选择

选择黑启动电源的电厂时应遵循下列原则：尽量选择调节性能好的、启动速度快、具备进相运行能力的机组；优先选用直调电厂作为启动电源，其次选用用户电源；尽量选择接入较高电压等级的电厂；有利于快速恢复其他电源的电厂；距离负荷中心近的电厂。

1.6 恢复过程

黑启动中可以把恢复过程分为三个阶段：形成独立的子系统；各子系统的并列与合环；负荷的恢复，最终电网全面恢复正常运行。

2 负荷恢复中的注意事项

第一，黑启动过程中，应当按照负荷的重要等级，并考虑电网的稳定及恢复速度有序恢复，在负荷恢复的过程中，系统频率应控制在49.5～50.5 Hz 之间。在调度操作方案中应列出负荷恢复的优先次序和数量，优先保证各级电力调度机构、电厂、通讯部门、党政机关、重点厂矿企业的保安负荷等重要负荷的供电。

第二，负荷恢复过程中，电压应控制在0.9～1.1p.u.之间。每一步操作都需要监测重要节点的电压水平，否则极易导致黑启动失败。

第三，负荷恢复过程中，系统应留有一定的旋转备用容量，旋转备用容量一般不低于系统发电负荷的30%。

第四，采用外网黑启动时，其容量较大、安全稳定余度较高，故黑启动的同时即可恢复部分负荷；采用内部自启动电源进行黑启动时，其容量较小、启动及恢复速度较慢、安全稳定余度较低，故黑启动的同时可恢复的负荷要根据机组的容量及运行要求，密切配合调度人员和电厂运行人员逐步恢复，不能操之过急。

第五，为了保证电网的电压水平，要求电网中的无功补偿设备能根据电压情况进行必要投切，避免远距离输送无功功率。

3 系统要求

3.1 初始状态

黑启动调度操作方案中应根据其路径方案明确各黑启动机组、被启动机组的初始状态，以及各厂站上的初始状态。对各厂站的黑启动初始状态安排中，要有防止非同期合闸的操作及措施。黑启动机组、被启动机组的初始状态应保证直流及安全控制回路正常、机组的各参数正常、具备黑启动条件。黑启动路径中各变电站应按照预定方案倒为黑启动初始运行方式，可以直接由外部受电，并可作为下一级厂站的电源。

3.2 二次系统

直流系统。电网黑启动过程中，各调度机构及厂站应加强对直流系统的监视和维护，采取减少直流负荷的措施，延长直流电源的供电时间，一般情况下应大于4小时。若变电站停电时间过长，直流电源已耗尽，将会造成断路器和隔离开关等设备无法进行自动操作，从而导致黑启动时间延长、延缓整个电网的恢复过程。

电力通信。电网黑启动过程中，各级调度机构及厂站应保持通信畅通，若不能直接联系，可以通过第三方联系。但系统全停时，通信系统应立即按照应急机制启动通信应急预案，保证调度电话和继电保护通道的畅通。

继电保护。电网黑启动过程中，各保护应充分考虑系统电源问题，以保证在黑启动过程中快速切除故障。对继电保护的要求为：重合闸应退出运行；过电压保护必须投入；低电压和低周保护 (低周保护是当电源频率低于设定值时，保护电路就动作，并发出报警信号)停用。

安全自动装置。系统全停后，原则上退出区域稳控装置中的切除机组、切除负荷出口压板，就地稳控装置的运行状态不变。

调度自动化。电网黑启动过程中，调度自动化系统应立即按照应急机制启动自动化应急预案，保证自动化信息的准确、可靠。

4 黑启动决策支持系统

4.1 人工制定黑启动方案的弊端

目前黑启动方案总体制定一般是根据系统的具体情况，人工选择一条或几条黑启动路径，然后借助各种电力系统分析软件对黑启动过程中所涉及的不同问题分别进行分析校验，确定可行的方案。但是人工制定方案有很大弊端：首先，黑启动方案的制定需要进行大量的系统计算分析，靠人工对初选方案进行分析比较，确定可行方案过程复杂，而且所能研究的方案数量有限，很难得到最优的方案；其次，由于系统运行情况的多变性，已制定的黑启动方案难以及时更新，不能适应新的系统结构和运行方式，影响黑启动方案的可用性。