万家寨水电站黑启动方案及其试验

李政伟

（黄河万家寨水利枢纽公司，山西 偏关 036412）

所谓黑启动是指整个电网因故障全部停电，处于全“黑”状态，不依靠外部网络帮助，通过本电网中具有自启动能力的发电机组的启动，带动无自启动能力的发电机组，逐渐扩大电网恢复范围，最终实现整个电网的恢复。

随着晋蒙经济的快速发展和西电东送进程的加快，电网容量不断增大和系统互联日趋普遍，特别是山西晋东南—荆门特高压投产后，系统运行、操作、维护的复杂性不断增大，发生大面积停电的风险在增加。尽管针对电网故障采取了各种各样保障电网安全稳定的技术措施，但电网发生超过校核水平的严重故障（例如多重复杂故障、受端失去大电源、主要联络线开关不正确动作或者继电保护及安全稳定自动装置不正确动作等严重故障）仍可能演变成全网的灾难性事故，严重故障及不可预见的自然灾害情况下发生全网性失电的可能依然存在。因此对网内黑启动电源研究尤为必要。

万家寨水电站横跨山西、内蒙，是晋蒙电网唯一一座大型水电站，电站总装机6×180MW,1#、2#、3#发电机组接入蒙西电网，4#、5#、6#发电机组接入山西电网，1#、3#、5#发电机组带厂用电，厂用电系统分别实现山西电网和蒙西电网电源互为备用。220kV GIS开关站母线采用两组双母线单联接线方式，山西、内蒙通过分段刀闸连接，正常运行方式下分段刀闸断开，采用一厂两网单独运行（见图1），本电站主要承担晋蒙电网的调峰、调频和事故备用任务。一厂两网的特殊电网结构和水电的自身优势，决定了万家寨水电站在山西电网和蒙西电网的特殊地位和重要性，被晋蒙电网选择为其“黑启动”电源点，所以对万家寨水电站黑启动方案及其试验研究十分必要。

图1 一厂两网单独运行示意图

1 黑启动方案

当出现全电站机组甩负荷停机，系统4条母线电压、频率为零，厂用电各母线失压等异常信息时，可以确认本电站已经进入全“黑”状态，应立即联系山西、内蒙两网调度人员确认系统状态，并汇报总工程师是否启动黑启动预案，当确认启动预案时，按预案步骤进行操作。

1.1 启动机组选择

根据现场情况在1#、3#、5#发电机组中选择确定1台机组作为启动机组；当这3台机组均不满足条件时，可考虑从其它3台机组中选择。选择黑启动机组单元应该满足以下条件：机组快速闸门在全开；调速器压油装置油压油位在正常范围；机组各部轴承油位、油质合格；机组出口开关直流控制电源、气压等正常；机组及共用部分控制、信号直流电源正常；发电机组对应电站高变以及负荷开关正常。

1.2 启动准备工作

1）隔离启动单元。检查黑启动单元发电机组对应主变高压侧出口开关、厂高变负荷开关、6kV母线开关、联络开关以及接带负荷开关均在断。

2）迅速切除直流系统非重要负荷供电。

3）退出主变冷却器全停保护和拔出监控系统有功、无功增减开出继电器。

1.3 机组黑启动步骤

1）机组启动 a.手动开启机组技术供水阀门，投入机组各部技术供水；b.拔出接力器锁锭；c.开启开停机电磁阀；d.调速器切至备用箱手动位置；e.手动开启机组导叶开度，直至机组转速达到额定转速；f.检查各部正常，机组空转运行正常；g.手动合上机组出口开关；h.手动增加机组励磁对发变组进行零升，直至机组电压升至额定电压15.75kV左右，检查发变组空载运行正常。

2）机组供电恢复 a.合上负荷开关对厂高变充电；b.合上厂高变低压侧开关对6kV母线充电；c.对黑启动机组对应自用变充电，同时迅速恢复直流系统的正常运行；d.对黑启动机组机旁动力盘母线充电，检查母线电压正常，辅助设备运行正常；e.手动（或短接油压装置开机令）启动油压装置油泵，恢复油压装置油位油压至正常范围；f.手动（或短接水导外循环泵系统开机令）启动水导外循环油泵；g.恢复机组其它系统部位正常供电；h.检查机组接带厂用电负荷、调速器在孤立电网中能随实际负荷变化稳定运行，检查发变组继电保护、调速器、励磁等各系统工作正常。

图2 试验系统组成示意图

3）电厂向系统送电 a.根据调度命令合上主变高压侧开关向母线充电，检查母线充电正常；b.根据调度命令合上线路开关向线路充电，检查励磁系统调节正常，电压迅速达到正常，电压较高时，机组进相运行；c.系统内机组接带电并逐一启动辅机，注意机组的频率、电压变化，并及时调整；d.系统内机组与黑启动机组并列，注意机组的频率、电压变化，并及时调整。

1.4 黑启动安全措施及注意事项

1）开机过程中电调柜设专人监视和调整机组转速，防止机组过速。如转速达到过速停机转速时应启动过速保护紧急事故停机，否则立即汇报现场指挥，并按机旁“紧急事故停机”按钮停机。

2）开机过程中设专人监视压油罐油压、油位变化情况（必要时应手动补气维持油压）。

3）对机组以及厂用电供电恢复时应逐步进行，并注意检查调整电压、频率，对水厂以及生活小区等站外供电开关尽量断开。

4）为保证机组黑启动成功后小系统稳定运行，应及时启动其它机组并列、备用、或者单独接带部分厂用电。

2 黑启动试验

2010年9月26日在山西调通中心组织指挥下利用万家寨水电站发电机组进行山西电网黑启动试验。其小系统为万家寨5#机组→万家寨220k V D母→万方I线254→方城变电站220k V南线→方向线266→向阳堡变电站220 kV东母→朔向I线→朔州500 kV变电站220 kV BD母线→平朔I线→平朔电厂220 kV A母→平朔电厂黑启动试验被启动机。试验系统组成如图2所示。

2.1 对内恢复厂用电

1）厂内黑启动试验系统。选择5#水轮发电机组作为启动机组，与5#主变、厂高变13T、厂用6kV II段、自用变33T及5#发电机组机旁动力盘组成厂内黑启动系统。

2）厂内黑启动试验过程。08：47手动打开技术供水，调速器切至备用箱手动位置，手动打开调速器隔离阀，手动拔锁定，缓慢开启导叶使机组到空载状态；手动启励，零起升压到额定电压15.75kV；依次合上5号机组单元厂用电开关，恢复5#机组400V动力盘；09:23恢复5#机组各辅助动力电源及直流系统供电。试验过程中记录电站各项黑启动数据，见表1和 表2。

表1 厂内部分机组启动参数

表2 恢复供电后运行参数

2.2 对电网恢复供电

万家寨水电站机组黑启动成功后，根据调度命令向线路送电，10:02 顺次合上万家寨205开关、254开关,检查220kV D母线电压情况，合上向阳堡变256开关,给平朔电厂02启备变充电，恢复平朔电厂厂用电源，接带共用负荷，利用万家寨提供电源启动平朔电厂3#机；11:05与万家寨5#机并网，至此黑启动小系统形成；小系统运行稳定后，12:00 合上万家寨母联开关220与主网系统并网，试验数据见表2。

3 结语

模拟电网全黑状态下，利用万家寨水电站直流系统蓄电池储存的能量和调速器液压系统储存的液压能量进行机组启动，并顺利建压，恢复对系统供电。此次试验是蒙西电网2004年11月10日成功试验后的再次成功试验，试验结果表明，该方案具有可操作性，可作为晋蒙电网全停后快速启动的一种应急预案。