鲁布革水力发电厂的黑起动研究

2013-05-29邹伦森

电气技术 2013年4期

邹伦森

（中国南方电网调峰调频发电公司鲁布革水力发电厂，云南罗平 655800）

鲁布革水电站（鲁布革水力发电厂），隶属于中国南方电网有限责任公司调峰调频发电公司，位于云南省罗平县，负责运行管理位于云南省与贵州省交界的黄泥河上的鲁布革水电站，是珠江上游南盘江左岸支流黄泥河上的最后一座梯级电站。电站具有高堆石坝、高水头、长引水隧道和全地下厂房等特点，电站总装机容量60 万kW（4×150MW），年平均发电量27.5 亿kW·h。鲁布革电站是我国在20世纪80年代初首次利用世界银行贷款并实行国际招投标，引进国外先进设备和技术建设的电站，被誉为中国水电基本建设工程对外开放的“窗口”。

1 关于黑起动简述

大面积停电后的系统自恢复通俗地称为黑起动。所谓黑起动，是指整个系统因故障停运后，系统全部停电（不排除孤立小电网仍维持运行），处于全“黑”状态，不依赖别的网络帮助，通过系统中具有自起动能力的发电机组起动，带动无自起动能力的发电机组，逐渐扩大系统恢复范围，最终实现整个系统的恢复。黑起动的关键是电源点的起动，水轮发电机组与火电、核电机组相比，具有辅助设备简单、厂用电少，起动速度快等优点，理所当然成为黑起动电源的首选。水电站的黑起动是指在无厂用交流电的情况下，仅仅利用电厂储存的两种能量——直流系统蓄电池储存的电能量和液压系统储存的液压能量，完成机组自起动，对内恢复厂用电，对外配合电网调度恢复电网运行。机组具有黑起动功能不仅是电站在全厂失电情况下安全生产自救的必要措施，也是电网发展的需要。

在电网大面积停电后，采取电网黑起动措施，将大大减少电网停电时间，尽快恢复电网的正常运行。鲁布革电厂作为南方电网重要的调峰调频电厂以保证电网的安全稳定为己任，为确保所属机组在电网需要时“开得起、调得出、停得下”，因此研究该厂的黑起动有着重要意义。

2 鲁布革水电厂主接线方式（如图1所示）

鲁布革电厂装机60 万kW，单机15 万kW，四回220kV 出线，其中鲁马Ⅰ、Ⅱ线与南方电网主网连接，鲁罗Ⅰ、Ⅱ线与南方电网下属云南电网相联，该厂10kV 厂用电共三段，Ⅰ、Ⅱ段分别于#4 主变#2 主变相联，Ⅲ段由#5 主变（联变）低压侧联接，正常情况下，10kV 厂用Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段厂用电分段运行，Ⅰ、Ⅱ段互为手动备用，Ⅲ段为Ⅰ、Ⅱ段的暗备用电源，具有单向自投功能，即Ⅲ段向Ⅰ段、Ⅲ段向Ⅱ段单向自投。

3 确保黑起动成功必须具备的条件

1）配备一台柴油发电机组设备，该柴油发动机组主要参数见表1[1]。

2）接线方式及起动条件：系统400V 开关编号说明：H001、H002、H003、H004、H005。

如图2所示，开关H001 为柴油发电机本体开关；开关H002 为黑起动电源配电盘（OBMA01 盘）进线开关；开关H003 为#2 发电机组400V 黑起动电源开关，接于#2 机400V 机组自用电A 段；开关H004 为#4 发电机组400V 黑起动电源开关，接于#4机400V 机组自用电B 段；开关H005 为400V 公用Ⅱ段黑起动电源开关。

表1 柴油发动机组主要参数

图2 鲁布革水力发电厂黑起动电源接线图

3）蓄电池直流通信系统正常，检查必要的直流系统正常，以确保系统安全起动。

4）由于黑起动系统提供的负荷有限。有必要将厂用电负载进行分类，以保证机组黑起动的顺利。一类[2]，直流充电设备、厂房排水设备（地下厂房须考虑）等。二类，涉及机组起动的必要设备，如冷却水设备、润滑设备、操作气设备、操作油设备、闸门操作设备（应急部分）、适当的照明设备等。三类，通风空调设备、部分照明设备、办公生活用电等除一、二类的用电负载。一类负载无论何时，都必须保证供电；二类负载要求在机组黑起动前必须保证供电；三类负载应在机组黑起动成功后尽快恢复供电，以保证全厂的设备正常运行。。

5）柴油发电机系统正常，柴油机若不能正常运行则柴油发电机组故障的征兆和可能的原因见表2[1]。

表2 柴油发电机组故障的征兆和可能的原因

6）从机组起动到并网时间正常为180s 左右，响应时间较快，能在事故初期快速起动支援大电网。通常在起动过程中采用自动起动方式起动机组。

7）机组主阀系统控制能源来自钢管水压，若出现事故情况可以快速手动关闭主阀。

8）准备有正确的操作票，为了快速准确的操作，必须有经过审核的的操作票。

4 鲁布革电厂黑起动恢复送电程序

当220kV 母线失压时，当值运行人员应立即将设备情况报告值长，由值长先行指挥起动机组或柴油发电机恢复厂用电供电，并立即报告调度、应急抢险指挥部领导及生安部经理。应急抢险指挥部总指挥下令起动《全厂对外停电应急预案》，召集各工作小组进行应急处置，确定应急处置方案，组织各小组进行事故处理。待厂用电恢复供电后，值长应及时向调度汇报本厂运行方式，并与调度联系恢复电网、电厂正常运行方式。以电网事故时用#4 机作为系统黑起动电源为例，具体操作步骤如下：

1）当事故情况下需要黑起动恢复电网时，应向调度汇报事故情况，询问电网事故情况，并根据保护和自动装置动作情况、与调度联系的结果以及事故发生时厂内设备是否受到剧烈冲击等情况，全面分析、判断故障点确实在电网。

2）收到调度通知[3]进入黑起动等待状态。

3）选定#4 机组为黑起动机组，值守长指挥操作人员对#4 机机组自用电的正常供电开关441、442（441 开关、442 开关分别为#4 机自用电A 段、B段进线开关）进行隔离，将441、442 开关摇至试验位、并悬挂“禁止合闸，有人工作”标示牌；起动柴油发电机组，合上H004 开关对#4 机组自用电B段供电，合上443 开关对#4 机组自用电A 段供电；检查204 开关在断开位、检查001 开关（001 开关为10kV 厂用Ⅰ段进线开关）在断开位、解同期合上F04 开关，检查#4 机具备自动开机条件，自动开启#4 机，机组升速至100%额定转速检查机组升速正常，手动投入励磁，#4 机变零起升压，检查升压正常，解同期合204 开关对母线充电正常。进行对#5联变由高压侧充电的操作，正常后恢复10kV 厂用Ⅲ段；合上10kV 厂用Ⅰ段001 开关对10kV 厂用Ⅰ段充电正常。倒#4 机组自用电为A、B 段分段运行，停柴油机。得调度许可对110kV 系统送电。整个过程需要加强监视柴油机运行情况（温度、燃油等）。

4）本恢复程序主要考虑厂用电，尽量在恢复过程中减少非必须负荷，比如技术供水泵等负荷，尽量在短时间内以充裕的电能供给发电机起动必须负荷。

5 黑起动过程中应当注意的问题

1）在处理事故的同时，必须严密监视运行设备情况。

2）在厂用系统恢复过程中，严防出现厂用电并列运行。

3）尽可能保证运行机组及事故停机机组安全。

4）10kV 厂用电正常后，及时检查公用400V系统供电正常。

5）厂用电全部消失时应注意关闭各台主变冷却器进水阀，如公用系统恢复时间过长，又未及时关闭各主变冷却水电动阀，造成主变冷却水池无水，经值班厂领导批准，可退出5#变冷却系统事故出口压板，合上5#变高压或中压侧开关对5#变充电正常，倒厂用电系统为联络运行，尽快恢复公用400V系统运行，起动主变冷却水供水泵将主变冷却水池恢复正常，再进行其他恢复工作。

6）机组因机械过速动作而停机，需对机组各部进行检查，特别是机械部件、调速器系统及转子等进行检查；机组定、转子过压保护动作，重点对励磁系统及发电机进行检查；机组各部无异常后，需经值班厂领导批准才能开机，开机采用励磁手动、零起升压方式。

7）手动开起机组时要注意压力油罐压力不得低于最低操作油压，必要时还可以手动补入高压气。

8）蓄电池组容量随着使用时间增长而下降，达不到额定容量，可能影响黑起动，应加强维护与检验，定期检验容量。

9）当厂用电失压时间过久时，为节约蓄电池的电能，可切除无关紧要的直流负荷，如部分事故照明电源等。

10）柴油发电机每两星期要定期起动一次，检验柴油发电机性能的可靠性，确保其在机组黑起动不成功时能起动带上厂用电负荷。

11）调度管辖的设备未经调度值班员的许可不得擅自操作，防止造成事故扩大。

总之，水电厂的快速起动是决定后续电网黑起动恢复的关键步骤。否则厂用电停电时间越长，黑起动恢复就越被动。因为厂用电直流电源虽有蓄电池和UPS 供电，但毕竟容量有限，可通过切除不重要的大动力负荷或事故照明来提高可靠性和节约直流电能。在恢复时应当先恢复厂用交流供电，特别是重要负荷供电。如集水井排水泵、压油泵、漏油泵、空压机、泄洪闸门等重要动力电源。同时合理安排熟练人员进行恢复操作。在需要外界提供厂用交流电源时，交流电源送达之前，提前做好交流电源的受电和机组的开机准备的其他工作。