黑启动在水电厂的可行性探讨与分析

陈松文

摘 要： 介绍了棉花滩电厂在福建省电网中作用，说明在电网黑启动中所处的意义，并从棉花滩电厂现场设备直流系统、调速器系统、励磁系统、辅机系统以及监控系统等方面阐述了棉花滩电厂具备黑启动的条件，以及黑启动在棉花滩电厂的应用。

关键词： 棉花滩电厂；黑启动；试验

1、前言

福建棉花滩水电厂是福建汀江流域上游一座大型水电站，集水面积7907平方公里，站址位于龙岩市永定区境内，装机容量600MW，2001年投产发电，年平均发电量达15.2亿千瓦时，是福建省第二大水电厂，作为福建电网的主力电厂，在福建电网中承担着调峰调频作用，兼有防汛抗洪功能。电厂装有4台单机容量为150MW混流式水轮发电机组，两台容量为360MVA的主变及四条220kV馈线，电站的接线方式为两机一变扩大单元方式，220KV双母线联络运行，电源分别输送到龙岩地区及漳州地区，是福建闽西南地区电网中的主要电源之一。

2、电厂黑启动的意义

当某个局部电网系统因发生系统故障或自然灾害使得整个电网系统瓦解和崩溃，造成大面积停电，而在电厂方面，由于厂用电的消失，将造成机组无法正常开机，辅助设备无法正常工作，将造成设备的损坏，如水电厂因集水井水位上升无法抽出，将可能水淹厂房，在上游洪水来临之时因无法提闸而造成垮坝等重大事故。因此在事故停电后，为减小经济损失，及时启动黒启动措施，在不依赖别的网络帮助，通过系统中具有自启动能力机组的启动，带动无自启动能力的机组，逐渐扩大系统恢复范围，最终实现整个系统的恢复过程，减少系统停电时间，降低经济损失。因此，黒启动对于电网事故停电的快速恢复是十分必要和有效的。

在整个电力系统中，水电厂相对于其它电厂，其特点是机组及辅机系统简单，启动速度快，以水电机组的成功启动带动不具备黑启动能力的机组（主要指火电机组），应是理想的首选黑启动电源。因此水电机组的成功启动是各子系统启动、乃是整个电网恢复的基础和关键。

3、棉花滩电厂黑启动分析

当整个电力系统瓦解时，而棉花滩电厂四台机组又处停机状态时，将造成整个厂用电系统消失，厂用电的消失又使得机组不能正常开机。因此，在电厂失去外来电源的情况下，尽快恢复本厂厂用电是整个黑启动的关键。棉花滩电厂在无外来电源的情况下，主要是利用机组自动启动能力迅速开启机组恢复厂用电，即利用机组调速器压油罐残压进行启动，在恢复厂用系统正常供电后，然后逐步向电网系统供电，直到整个电网系统恢复正常。

3.1利用機组残压自启动能力开启机组恢复厂用电

机组的自动启动涉及到较多系统，如直流系统、调速器系统、励磁系统、控制系统、辅机系统，每个系统都是环环相扣，若有一个系统出现问题，则很可能造成开机不成功。因此，分析每个系统在失去厂用电情况下是否能够正确动作，才能确保机组自启动的成功。

直流系统是一个独立的电源，不受发电机、交流厂用电系统运行方式的影响，供电可靠性高，运行稳定，在电厂中给控制、信号、继电保护自动装置、监控、通信提供电源，给断路器提供可靠合闸电源，在厂用电消失时提供事故照明，给灭磁开关提供分合闸电源，在机组开机建压时提供起励电源。因此，直流系统的正常供电是整个黑启动的前提。棉花滩电厂直流系统运行方式为浮充电运行方式，正常情况下直流电源由充电柜将交流电源转为直流电源供给所需直流负荷，以微小电流向直流蓄电池充电，保持蓄电池正常充满电，当交流消失时，由蓄电池向直流负荷供电，保证控制、信号、继电保护自动装置等设备的正常运行。棉花滩电厂共有四套独立的直流系统，分别为厂房直流系统、升压站直流系统、监控直流系统以及通信直流系统，每套直流又有二组独立的蓄电池组，分别向二段直流母线供电，每段直流母线可独立运行也可联络运行，保证直流负荷不间断供电。经计算厂内蓄电池容量完全能够满足所有厂内直流负荷的较长时间供电，能够保证机组黑启动过程中直流负荷的供电时间。

调速器系统是整个机组正常运行控制的心脏，机组的正常运行是由调速器液压系统控制导叶开度来控制进入水轮机转轮的流量，而调速器接力器的操作能源是压油罐里的压力油，由高压气系统和压油泵共同形成。经实际测得棉花滩电厂在机组停机状态下，压油罐油泵间隔30分钟需打压一次，在机组运行中油泵间隔3分钟即要打压一次，油压下降较快。并且压油罐油位不能低于最低操作油位，否则当油位太低时，无法对导叶进行操作，将造成机组事故停机。因此，当厂用电消失油泵无法启动，利用调速器压油罐残压进行启动机组时，要求操作人员需第一时间进行操作，且操作时速度必须要非常快，快速将机组开启，并快速对主变零起升压，及时带上厂用电，恢复油泵打油，否则油压将无法维持，油位也将下降较快，可能造成机组事故停机，造成机组黑启动无法成功。

励磁系统是机组启动正常后能否正常建压的关键。棉花滩电厂机组对主变充电是采用机组对主变带220KV母线零起升压的方式进行，待电压正常后对线路进行充电。由于长线路存在对地电容的原因，有可能造成机组和线路电压过高，防止机组自激励磁。励磁调节系统采用直流电源和EUPS电源进行供电，机组起励电源由直流系统供给，因此，在厂用电消失时，励磁调节系统可正常进行工作，正常对机组进行建压。由于黑启动时因无厂用电，励磁风机将无法运行，故需注意励磁三相全控桥整流可控硅柜温度过高，可考虑在励磁柜加装励磁自用变，作为励磁风机电源。

辅机系统能否正常运行在整个黑启动过程中是否成功也是很重要。机组在启动前必须先投入技术供水，棉花滩电厂机组技术供水采用蜗壳取水方式，经电动阀供给，在厂用电消失时将无法开启，须人工操作，因此，在机组黑启动时应迅速将电动阀手动开启，给机组各冷却系统供水，保证机组运转后各冷却系统温度不超红线。主变的冷却系统为强迫油循环水冷却系统，在厂用电消失时，机组黑启动对主变零启升压时油冷泵将无法工作，导致主变油温上升较快，必须要以最快的速度将厂用电恢复启动油冷泵工作，控制主变油温在正常范围。

监控系统是全厂所有设备的控制中心。整个上位机和现场LCU均采用独立的UPS供电，在厂用交流电消失情况下，应保证整个监押系统能够正常工作。为保证能够长时间进行供电，在黑启动时可将部分只作监视显示器电源关闭，从而保证对全厂设备的监视与控制以及机组黑启动能够成功。

4、棉花滩电厂黑启动演练

棉花滩电厂运维部根据本厂情况制定了《棉花滩水电厂黑启动应急预案》，并根据此应急预案制定了黑启动演练方案，为保证棉花滩电厂黑启动能够成功，组织各生产人员进行培训学习，并每年安排一次黑启动演习。黑启动演习力求真实有效，将电厂其中一单元全停，机组机旁盘配电柜进线开关断电，模拟整个电网系统停电，全厂厂用电消失，进行电厂黑启动演习。利用#1机组残压手动开机对#1主变零起升压，成功后对220KV母线模拟送电，并达到向电网送电的目的。在每次实际演习中的主要问题是机组调速器压油罐的油压及油位下降较快，这就要求黑启动操作人员必须操作迅速，在全厂失电情况下，要第一时间内把机组启动成功，并快速对主变零起升压正常，使厂用电迅速恢复，否则黑启动很难成功。

5、结束语

电厂机组黑启动能否成功，对整个电网的黑启动，迅速恢复电网的运行，将起到至关重要的作用，因此电厂的黑启动的价值也就不言而喻了。