老挝南湃水电站首次黑启动试验分析总结

2018-12-04胡元锋

水电站机电技术 2018年11期

周悫，胡元锋，刘勇

（北方国际合作股份有限公司，北京100040）

1 引言

黑启动是指整个电力系统因故障停运后，在无法依靠其他电网送电恢复的条件下，通过系统中具有自启动能力的机组的启动，带动无自启动能力的机组，逐步扩大电力系统的恢复范围，最终实现整个电力系统的恢复。水轮发电机组没有复杂的辅机系统，厂用电少，启动速度快，是方便、理想的黑启动电源。

南湃（Nam Phay）水电站位于老挝万象省北部Phoun区，坝址位于南俄河（Nam Ngum）支流南湃河（Nam Phay）上游峡谷，南俄河（Nam Ngum）是湄公河的1级支流。水库正常蓄水位1140 m，设计洪水位1141.7 m，校核洪水位1143.49 m，水库总库容2.059亿m3，调节库容1.326亿m3，电站厂房位于南乐克河右岸。由于老挝电网容量小，雨季期间又极易发生线路故障造成全厂厂用电失电现象，因此启动机组恢复全厂厂用电，保证全厂设备正常运行，是很有必要的措施。本文详细分析了机组黑启动的条件，并对黑启动中倒闸的基本操作及注意事项也进行了分析。

2 南湃水电站机电设备概况

2.1 机电设备概况

南湃水电站为引水式电站，装设2台冲击式水轮发电机组，水轮机的型号为：CJC 601-l-180/4×14.5，发电机的型号为：SF43-10/3900，总装机容量86 MW（2×43 MW），额定转速 600 r/min，额定水头 700 m，额定流量14.03 m3/s。发电机出口额定电压11 kV，额定频率50 Hz。两台机组通过发电机、变压器单元接线型式经115 kV GIS母线，由两回线路接入Thongkoun2变电站，每回线路长度约为42 km。

2.2 黑启动相关设备概况

2.2.1 黑启动电源

黑启动电源系统如图1所示，在机组停机状态下，若115 kV线路发生故障跳闸，厂用变压器ST1及ST2将失电，机组黑启动首选电源为柴油发电机，柴油发电机出口断路器在I段400 V母线上，II段母线可以通过母联断路器由I段母线供电，22 kV外来备用电源接在II段母线上。柴油发电机参数如表1所示。

图1 黑启动电压接线图

2.2.2 黑启动柴油发电机所带负荷

黑启动过程中柴油机所带负荷分为A类负荷和B类负荷，其中A类负荷指黑启动过程中必须启动的负荷，B类负荷指黑启动过程中满足启动容量的前提下可以启动的负荷。

表1 柴油发电机主要参数

各类负荷统计如表2 所示。

表2 黑启动负荷统计表

如表2所示，在机组黑启动过程中，南湃水电站A类负荷为118.77 kW，B类负荷为53.2 kW，A、B类总负荷为171.97 kW，而柴油发电机容量为320 kW，完全满足机组黑启动所需电源。

2.2.3 调速器系统

南湃水电站调速器由武汉国测三联水电设备有限公司提供，型号为CJWT-4/4-6.3，是机械液压系统与微机电气装置配合组成的微机型电液调速器，机、电柜分开，电柜、机柜分别布置在发电机层、电缆夹层。调速器及压油装置已按《DL/T496-2001水轮机电液调节系统及装置调整试验导则》进行试验，达到《DL/T 563-2004水轮机电液调节系统及装置技术规程》的指标。调速器压油装置主要技术参数见表3。

机组一次开机至空转调速器油压下降0.1 MPa，油位下降10.5 mm。在正常情况下，油压装置的油压能保证进行1次开启和关闭，但需要注意压油罐的油、气比例。由于机组零起升压前，需先将机组出口断路器合闸（带主变），为避免机组在零起升压过程出现频率异常波动现象，调速器频率控制参数要设置为“频率调节”模式。

2.2.4 励磁系统

表3 调速器压油装置主要技术参数

南湃水电站水轮发电机组励磁系统是采用可控硅三相全控桥整流自并励静止励磁，励磁设备采用武汉洪山电工科技有限公司的ZL-088型励磁装置。该装置包括2个整流柜，1个HWJT-09 C型双微机励磁调节器柜，1个由起励装置、灭磁回路组成的灭磁柜、转子过压保护柜以及配套的励磁变压器。励磁装置采用冗余设计，安装了2套自动调节装置以及2套功率整流装置，正常运行情况下，2套装置自动运行调节，无需运行人员干涉。发电机正常起励为残压起励，残压不足时用直流进行起励。正常灭磁采用可控硅逆变灭磁，事故时采用磁场断路器加非线性电阻进行灭磁，功率柜冷却方式采用强迫风冷方式。励磁风机电源在黑启动过程中由柴油发电机提供。

基于励磁本身设计原因，机组零起升压操作需要在励磁柜本地操作，操作前先修改参数“自动Ug参数位置”为3600，且要将“发电机出口断路器分闸位置”短接到励磁系统中（X7第8号端子）。

3 南湃水电站黑启动操作及保障措施

由于本站机组容量有限，不足以支撑整个电网黑启动运行，黑启动主要任务为恢复本站厂用电系统运行。

3.1 厂用电的启动操作

厂用电的启动操作分为利用柴油发电机对400 V系统的启动操作和利用“黑启动”机组对11 kV系统和400 V系统的启动操作。

3.1.1 柴油发电机组对400 V系统的启动操作

（1）拉开并确认厂用变高低压侧开关52 PS、52 PS1、52 PS2、ACB1、ACB2、ACB4 及 400 V 母联开关ACB5处于分闸状态。

（2）起动柴油发电机，合上柴油发电机出口开关。

（3）确认柴油发电机出口已带电。

（4）合上ACB3开关，对400 V I段厂用电母线充电。

（5）确认400 V I段母线已带电。

（6）合上 400 V 母联开关 ACB5，对 400 V II段母线充电。

3.1.2 黑启动机组对厂用电系统的启动操作

（1）检查确认全厂厂用电已由柴油发电机供电。

（2）检查机组的状况，包括油、水、气辅助设备及开机条件，确认机组是否具备启动条件。

（3）修改调速器参数（调速器设置为“频率调节”模式）。

（4）将具备启动条件的机组开至“空转态”，为机组的零起升压做准备，并密切观察机组辅助设备的运行情况，特别是技术供水泵的运行情况。

（5）确认机组已经开至“空转态”。

（6）修改励磁参数（将机组控制参数的“自动Ug参数位置”改为3600），并在灭磁柜上短接“出口断路器分闸位置”信号（X7第8号端子）。

（7）就地手动合上发电机出口断路器。

（8）确认发电机出口断路器已合上。

（9）在励磁系统上操作零起升压对主变及11 kV母线进行充电；若出现升压失败现象，应迅速采取灭磁操作。

（10）确认主变及11 kV母线充电完毕。

（11）切换厂用电由机组供电，切换过程若出现技术供水泵停止运行情况，应立即手动启动该水泵。

（12）厂用电切换完毕后可保持柴油发电机在运行状态，以应对突发意外时，可迅速地恢复厂用电。

3.2 保障措施

3.2.1 应急照明保障

厂房应保持有性能良好、充电正常的应急照明灯，存放在工器具柜中。

3.2.2 人员保障

领导小组成员、现场应急指挥部成员及专业应急小组成员应配备性能良好的应急照明灯，并保证其处于充电正常状态。

4 南湃水电站黑启动试验分析及总结

南湃水电站于2017年9月10日进行了机组黑启动演习，本次黑启动演习检验了本站2号机组、柴油发电机带厂用电运行的能力、提升了运行人员黑启动及倒厂用电操作的水平。演习从09：00开始，11：20结束，最终实现了机组平稳地带厂用电运行。

4.1 柴油发电机带全厂厂用电运行情况

机组启动前首先启动柴油发电机，恢复全厂厂用电。在切除全厂不重要的负荷（空调、通风、空压机、渗漏排水泵、消防供水泵等）后，柴油发电机顺利实现了带全厂厂用电运行，证明了柴油发电机的功率、出口相序等符合本站运行的技术要求。

柴油发电机带厂用电期间，由于柴油发电机房通风效果差，造成柴油发电机本体温升过高，最高温度达到了89℃（停机温度95℃），建议对柴油发电机房进行改造，增强通风效果，以免柴油发电机在长时间持续运行的工况下，由于本体温度过高导致停机。

4.2 机组黑启动运行情况

本次黑启动试验以2号机组为试验目标，启动前检查球阀系统、调速器系统、技术供水、励磁系统等设备均处于正常状态，机组顺利开至“空转态”。将发电机出口断路器合闸，然后在励磁系统上操作零启升压。准备工作完成后，机组第1次零起升压，机端电压顺利升至额定值。在机组第1次零起升压完毕后，机组频率出现了异常波动现象，频率最高值甚至达到了52 Hz。在调速器系统检查其频率控制参数为“开度调节”模式，将此参数修改为“频率调节”模式后，第2次零起升压，机组频率未出现异常波动现象。机组零起升压过程中检查2号主变未发现异常，并最终升压至额定值。将全厂厂用电倒至由机组供电，机组运行正常，电压、频率、瓦温等参数未发生异常波动，黑启动试验顺利结束。