水电机组黑启动关键技术问题分析及处理对策

林春平

摘 要：水电机组在黑启动的过程中，以手动的方式开机，厂用电恢复后，各个辅机的系统自主运行，然后，调速器便可切换到自动运行。本文以1号地水电站的黑启动实验以及2号地电网利用1号地水电机组进行黑启动实验为例，分析研究了在水电机组黑启动实验的关键技术问题及其对策。

关键词：水电机组；黑启动；励磁涌流；零起升压；自励磁；温升

1、概述

多年以来，由于世界经济的不断发展，世界各地开始出现了大规模的停电事故，这对于世界电网的安全有很大的隐患。2004年，1号地水利枢纽工程对其水电机组黑启动进行了试验并取得了显著的成绩这使得电网安全隐患得到了遏制。2号地电网多次使用1号地水电站的机组进行黑启动模拟实验并多次取得成功，下文对其中的关键技术进行分析与总结，为以后的同类型机组黑启动试验提供参考。

2、1号地水利枢纽概况

1号地水利枢纽位于某两地的交接，控制流域面积达到39.5万平方公里，总容量8.96亿立方米，调节库容4.45亿立方米。两地各自拥有其三台机组，各自独立运营，由6.3kV和0.4kV两级电压向其厂用店系统供电，每年向这两地供水14亿立方米。电站装机108万千瓦，年发电27.5亿度，用电系统灵活且有效率。

3、对水电站黑启动实验的分析

当出现全电站全机组负荷停机，系统中的母线频率与电压均为0，出现厂用电各母线失压等异常情况时，可以确认的事，该水电站已进入全“黑”状态，应立即联系两地相关部门确认系统状态，并向工程师提出黑启动的申请，当确认黑启动预案时，按步骤对该水电站进行黑启动。水电站进行黑启动实验是为了对水电站的工作可以安全有效且平稳地进行，检验机组在孤网模式下的正常运行以及各机组在小负荷的情况下的平稳运行。经过试验，1号地黑启动实验成功，并且2号地水电站也在2014年对该水电站进行了黑启动实验，以1号地水电站黑启动实验为基础，在其统一调配与指挥下，进行了水电站黑启动实验。

4、黑启动实验关键技术及对策

4.1黑启动的启动条件

机组黑启动具备的条件都有：具有备用的机组设备且保证机组一直处于备用状态；厂内有便于接电的设备，在断电状态下可以恢复厂内正常负荷；高压变压器及其负荷开关处于正常的开关状态；机组控制与直流电处于正常状态；且在黑启动设备各个转承轴之间的油质合格；油位与油压都处于正常值；未在机组中存在会影响黑启动运行的问题。

4.2励磁系统造成的过电压的注意事项

由于励磁系统没有开机令，当机组转速升至需要迅速建压时只能进行手动逐步零升建压。励磁系统主要是由励磁功率单元和励磁调节器两个部分组成。如果在励磁风机无法正常运营的情况下，要保证励磁风机的电源问题。

4.3调速系统、计算机系统和励磁系统关系的注意事项

水电站黑启动实验的核心是厂内在失去交流电的情况下，是否可以实现自救。当厂内失去交流电，照明也不能提供的情况下，厂内的辅助设备也不能提供电源，无法进行正常的工作，整个厂的安全隐患是极度危险高的，该水电站进入了全“黑”状态，随即，黑启动可以在全机电站停机时，启动预案。工作人员通过手动操作，不同于正常开机时的自动操作，在合上机组的出口断路器后，对高压厂，变压器由机组带动实现一起升压，由机组对调速系统、计算机系统和励磁系统进行并网，加大规模电网模式的运行，如若造成黑启动失败，则先切断发电机的出口断路器，检查其与调速系统、计算机系统和励磁系统的连接。励磁系统一般分为励磁功率单元和励磁调节器两个方面，在黑启动开始时，厂里即切断了交流电的使用，此时，关于励磁系统的首要问题是励磁风机的电源由哪里提供。当黑启动要对励磁系统进行充电时，需要注意的是其末端过电压问题，这时，需采用手动启动励磁并逐步升压的方式。

4.4关于直流电源的注意事项

黑启动是唯一的电源依靠就是直流电系统，因为黑启动是在厂用交流电被切断的情况下才会启动的，作为唯一的电源，直流电系统担负着保护、控制、励磁、通讯及事故照明一切在黑启动情况下需要直流电的责任，对于在黑启动时的安全问题有着重要的作用。通过实验的验证，发现蓄电池可以持续两个小时对设备进行供电，如若在黑启动无法正常進行的恶时候期间，蓄电池就会报废，所以，直流电的存量是否满足黑启动的需要是这个问题的关键。所以在黑启动时要考虑到直流电是否可以对相关设备进行正常供电，在必要时候可以对部分超负荷用电设备进行停止运行，保证直流电存量可以满足黑启动的要求，及时更换蓄电池，保证电网的全部恢复以及重要地点的照明质量，尽量缩短黑启动时间，对事故照明量进行合理的控制。

4.5调速器的油压控制在安全值

水电站黑启动的核心是在厂内处于全“黑”状态时，在失去了交流电的情况下，还能否在调速系统的控制下，经过调速系统的调整，可以保证机组在电力事故停机时的油压，导叶中油压处于完成这一过程的关键位置，如果油压降低到导叶失去控制室，机组就会出现飞逸的后果，也就意味着黑启动无法正常进行。换句话说，也就是在机组黑启动结束后时，是否还可以保证调速器油罐的油压还处于它可以正常运行的最低值，所以，在必要情况下，可以采取手动控制导叶，人为开机，在开机的过程中，也尽量避免大量的耗油的操作，此人为操作可以由经验丰富的操作人员操作。要在调速系统有关的油压中值得注意的是油压槽的油气分布比例，保证油位必须高于油压槽中可操作的最低油压值。

4.6监控系统的作用

在厂内的监控系统一般使用单独的供电系统，当水电站停电时，监控系统还是可以正常运转的，黑启动时，应当尽量延迟单独系统的供电方式，为黑启动的过程中提供辅助作用。监控系统发出增减功率的指令后调速器扩大运行模式后出现肥胖的发电机电压过高可能导致黑启动失败，要确保监控系统在必要情况下启动孤网运行模式，保证调速器不干扰黑启动的正常运行。

4.7其他方面的注意事项

在黑启动时，根据自动处理装置及现场情况的改变随时调整其运行模式。在黑启动时，全站停电，这时，要特别注意水电站消防部的安全，排除一切安全隐患，时常对其进行检查。保证在黑启动时，操作人员的必要照明问题。

5、结语

近年来，水电站黑启动因其快捷有效操作方式简单收到世界各地的瞩目。保证在停电后，水电站可以恢复正常的运行中，保证了黑启动在停电后的应急措施。本着坚持预防和应急并重，常态和非常严重相结合的应急管理方针，依然要对黑启动问题提高重视，提前做好应急处理的各项准备工作，保证在电网发生停电事故后的黑启动能够成功进行。

参考文献：

【1】赵秀奇.阀控式密封铅酸蓄电池实用技术【M】云南电力技术，2011.

【2】周志敏，周继海，纪爱华.阀控式密封铅酸蓄电池实用技术【M】.2010

【3】李碧辉.电力系统恢复方法制定及决策评估体系探讨 【J】 陕西电力 2014