西藏中部电网黑启动方案

龙迪，董卫国

(1.华北电力大学，北京 102206;2.西藏电力有限公司，西藏 拉萨 850000)

1 引言

2012年7月发生的印度大停电事故突显电网稳定运行对国民经济发展造成的深远影响，现代电网企业尽管生产管理水平不断提高，成熟技术得到广泛应用，但电网结构更为复杂，耦合更为紧密，大面积停电的风险依然存在。大停电后系统的恢复步骤复杂，影响因素较多，为确保电网网架在最短时间内有效恢复，将停电带来的影响降到最低，制定完善、行之有效的电网黑启动方案十分必要。

2 西藏中部电网运行方式概况

截止2012年底，西藏中部电网(以下简称藏中电网)总装机容量924.57MW，其中水电装机容量461.14MW;火电装机348.75MW;光伏装机80MW;地热装机27.18MW;其他能源装机7.5MW。主网电压等级220kV，涵盖四地一市，电网接线如图1所示。

藏中电网运行特性总结概括主要有以下几点:

(1)水电占电源结构比重较大，运行方式受季节来水影响明显，电网主网架处于110kV向220kV过渡阶段，地区电网与主网电气联系薄弱，配网“单线单变”运行方式比例高，电网存在两头薄弱的情况，安全生产任务重。

图1 藏中电网主接线图

(2)“强直弱交”稳定问题突出，交直流系统耦合关系复杂，相互影响明显。柴拉直流高峰时段输送容量占系统最大负荷比例较高，故障情况下，交流系统的稳定依赖于稳控装置的正确动作，同时交流系统故障也易引发直流系统换相失败甚至闭锁。

(3)“大机小网”运行方式突出。系统中9E燃机、羊湖、直孔、老虎嘴电厂的最大单机容量分别为78MW、22.5MW、25MW和34MW，而2012年藏中电网负荷水平在160～470MW之间，单机出力所占电网负荷比例在部分时段较高。

3 西藏中部电网黑启动方案

3.1 黑启动方案的总体实施原则

结合藏中电网运行方式特点，制定藏中电网黑启动总体实施原则，具体如下:

(1)首先实现220kV系统与110kV系统的有效分割，给线路送电时避免经过多级电压的充电操作。

(2)两级调度协调配合，目前藏中电网调度管理模式为区、地两级调度，进行电网黑启动时中调调度员依据委托原则，明确区、地两级调度操作范围及职责，确保事故处理过程中两级调度信息的互通。

(3)电网合环操作时，正确选择合环点，避免因合环点选择不当而造成潮流的大范围转移。

(4)在恢复电网时，注意无功电压的控制，在进行长线路充电时合理投退无功补偿设备，保证电网电压水平在合格范围内。

(5)因拉萨电网负荷占整个藏中电网负荷70%且220kV及110kV骨干网架主要分布在拉萨地区，故可优先恢复拉萨电网。

(6)各子系统互为黑启动电源，在地区黑启动电源无法正常启动时，可选择临近地区电网作为黑启动电源，但在启动过程中要合理选择同期点，避免非同期操作。

(7)根据藏中电网恢复情况，向西北网调申请恢复柴拉直流运行，以满足电网负荷恢复需求。

3.2 黑启动电源的选择原则

藏中电网黑启动电源选取原则为:具备自启动能力且已通过试验验证的电厂，发电机有一定进相能力，具备足够调频容量，响应时间短。主要将水电机组作为黑启动机组，各地区黑启动电源如表1所示。

3.3 黑启动路径的选择原则

藏中电网黑启动路径的选择原则为:尽量避免长线路，多电压等级送电，黑启动电源离负荷中心尽量近。

表1 各地区黑启动电源

从主网结构看，拉萨电网的启动路径有两条，第一条:羊湖电厂－110kV柳梧变－110kV西郊变，主要恢复拉萨西部地区的负荷。第二条:直孔电厂－110kV墨竹变－110kV城东变，主要恢复拉萨东部地区负荷。

山南电网黑启动路径为:沃卡一级站－110kV冲木达变－110kV泽当变。

日喀则电网黑启动路径有两条，第一条:满拉电厂－110kV江孜变，第二条:塘河电厂－35kV日喀则城区变。

林芝电网黑启动路径:老虎嘴电厂－雪卡电厂－110kV林芝中心变;也可选择雪卡电厂－110kV林芝中心变，雪卡电厂－老虎嘴电厂。

那曲电网黑启动路径:查龙电厂－35kV那曲中心变－110kV那曲变。

当110kV网架恢复后，根据情况恢复220kV乃琼变，正常后送电至9E燃机电站，根据电网负荷情况开机并网。

220kV曲哥变送电正常运行后，通过220kV夺乃线恢复夺底变供电，待220kV曲乃线恢复后根据情况进行220kV三角环网的合环操作。

4 黑启动过程的影响因素

4.1 黑启动电源的自励磁问题

同步发电机在黑启动过程中可能会出现自励磁现象，在制定黑启动方案时需要充分考虑。在此运用容量比较法进行判断，校验结果如表2所示。

表2 藏中电网黑启动电源送受端自励磁校核结果

其中:K—发电机的短路比;Se—发电机容量;Qc—线路充电容量。

4.2 黑启动过程中过电压问题

黑启动过程中待启动电厂距负荷中心地理位置较远、充电路径较长，可能存在过电压问题，其中持续工频过电压和合闸操作过电压所占比重较大。一般要求线路侧的工频过电压不超过最高运行相电压的1.4倍，母线上不超过1.3倍。对于220kV及以下系统，通常设备的绝缘结构设计允许承受可能3～4倍操作过电压，结合藏中电网运行方式，主要对操作过电压问题进行论证，以下电压波形分别为220kV虎曲线合闸操作过程线路电压及系统换流站电压波形。

图2 220kV虎曲线合闸瞬间老虎嘴电厂侧线路A相电压波形

图3 220kV虎曲线合闸时朗塘换流站220kV母线A相电压波形

可以看出，进行线路送电操作时，当投入线路高抗后，220kV虎曲线合闸后瞬间电压由0kV升至峰值233.51kV，系统中，朗塘换流站220kV母线电压由223.407升至227.905kV，在合理投退无功补偿后，系统电压波动均在合格范围内。

4.3 黑启动过程中柴拉直流投启问题

在黑启动过程中，柴拉直流系统的投启应依据交流系统的恢复情况，为保证直流有效运行短路比不小于2.7的要求，在藏中电网运行方式发生重大改变时，西藏中调应对拉萨站有效运行短路比进行校核。

对2013年220kV线路单双回停运方式柴拉直流受端朗塘换流站的有效运行短路比进行计算，结果如表3所示。从计算结果看，特殊方式下系统有效短路比均满足规定要求，实际操作时应结合实际运行方式进行计算校核，合理制定操作步骤。

表3 220kV线路单双回停运方式系统有效短路比计算结果

5 黑启动过程中需要注意的其他问题

5.1 负荷恢复必须满足系统稳定要求

目前藏中电网大工业用户主要分布于拉萨西部电网、拉萨东部电网及山南电网，上述地区同时也是负荷密集地区。因此，在确保系统稳定运行的前提下，操作过程中应注重对中低压配网的恢复，优先恢复民用负荷，也便于调频厂平稳调整频率。

5.2 合理运用柴拉直流功率调制功能

在柴拉直流恢复投运后可通过调整直流控制器的参数，快速提升功率以抵消因电力系统扰动引起的功率变化量，起到抑制交流系统低频振荡的作用。在制定黑启动方案时应考虑直流系统的功率调制功能。

5.3 黑启动过程注重继电保护配合问题

保证在黑启动过程中，所有电气设备的保护都能有一定的灵敏度，尽量减少保护功能投退的操作步骤，退出线路重合闸功能，机组高频保护、过电压保护正常投入。

5.4 合理利用系统中的黑启动备用电源

相邻子系统可互为黑启动电源，但操作时要注意同期点的合理选择。系统内用户自备电源在黑启动电源无法正常启动时也可作为黑启动备用电源，在编制电网黑启动方案时应综合考虑。

6 结语

目前西藏电网经过“大运行”体系的建设，正向着“调控一体化”目标稳步迈进，文中通过对西藏中部电网黑启动过程研究，确定了电网黑启动电源、路径的选择方案，对影响黑启动的自励磁、过电压等因素进行了分析，形成了合理可行的操作方案。下一步工作要结合电网的发展，不断优化黑启动方案，加强演练，做到有备无患。

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