电力系统黑启动的难点及对策研究

向国炎

（清远供电局，广东 清远 511515）

0 引 言

运行过程中，电力系统由于电网互联的原因，可能造成电网的局部故障，从而导致发生大面积的停电事故。严重的大面积停电事故会给整个电力系统带来巨大威胁，不但给供电企业带来较大损失，也会给社会带来经济损失。电力系统的黑启动在电力系统出现大停电后，可以不依赖其他网络的帮助，通过自身的启动系统带动电力系统中没有自身启动能力的电源进行工作，使其他电源重新拥有发电能力，且这些电源与黑启动可形成一个可以发电的小系统。黑启动的主要作用是能够使电力系统在最短时间内使停机的机组重新安全启动，为电网重新提供电源。

1 电力系统黑启动的概述

电力系统的黑启动是在电网发生大面积停电事故后，在系统全黑或者是部分停电的情况下，能够在最短时间内比较安全地恢复电网的正常运行，从而减少大面积停电造成的损失。电力系统的恢复一般分为3个阶段，即黑启动、网架重构和负荷恢复。完成这3个阶段，电网的供电恢复。由此可见，黑启动是电力系统恢复正常运营的第一步。黑启动电源在大面积停电后，通过自身启动带动其他不能自启的电源恢复供电，并与其他电源形成一个小系统，与发电厂的供电共同形成子系统。通过一个个子系统的连接，使得停电区域内的变电站和输电线路能够逐步恢复正常运营，从而恢复电网的正常工作。

大面积停电后，电力系统恢复正常的运营时间较长，一般3个过程的完成需要9 h。黑启动作为电力恢复的第一阶段，首先需要启动自身的电源，在此基础上带动其他不能自启电源启动。在电源启动后可以对输电线路进行充电，同时启动发电站或者是发电厂的大型机组，借此恢复电网的正常运行。黑启动这一阶段的完成大约需要0.5 h。在我国电力系统中，关于黑启动方案需要大量的指导原则提供科学的理论依据，因此安全有效地进行黑启动离不开科学的启动方案[1]。

2 电力系统黑启动存在的难点问题

电力系统大面积停电后，进行黑启动的过程需要涉及多方面的启动，其中包括发电机、电厂辅机等的启动。启动完成后，还要进行机组并网、负荷投入等工作。在使用黑启动进行电力恢复的初期系统还不太稳定，可能存在一系列问题。

2.1 电流、电压不稳定

在电力系统恢复初期，黑启动的机组工作还没有完全恢复正常，一般处于孤网运行状态，导致电力系统的电流、电压都极不稳定。如果不能得到很好地调节，会影响黑启动。

2.2 过电压

电力系统黑启动运行初期，由于各方面还处于不稳定状态，因此空载线路充电时会引起不同类型的过电压产生。由于过电压的存在会超出线路、电气设备绝缘的电压承受范围，造成线路设备损坏，导致黑启动失败。因此，过电压是黑启动阶段的一个亟待解决的难题。

2.3 系统频率跌落

黑启动在工作过程中需要带动被启动机组。这些被启动机组所在的发电厂中都会配备一些较大容量的辅机。在启动进行过程中产生的功率冲击，可能会引起系统的频率跌落。系统频率跌落可能会导致启动的系统再次进入瘫痪状态。

3 电力系统黑启动存在难点问题的解决对策

3.1 并联抗电器

在电力系统恢复初期，电力系统的电流、电压都极不稳定。如果不能得到很好调节，那么会影响黑启动的成功进行[2]。要想解决这一问题，需要对发电机的控制系统设立和大停电以前正常运行时不同的相对独立的调节运行参数。在此基础上，可以在黑启动过程中进行有针对性的调压。发电厂的大型发电机组一般采用恒定电压控制方式，可以把电压保持在额定电压数值，进一步提高黑启动过程中系统稳定运行的能力。黑启动机组在自启动开机时，需要带动发电厂的主变压器和高压厂的变压器进行共同升压。此过程中需要特别注意发电机各系统之间的配合和协调操作。在黑启动自身启动成功后，可带动其他无自启动功能的电源启动。这时黑启动会由孤网模式转变为负荷的手动控制模式，能通过人工进行负荷调节，从而消除设备振荡。黑启动在大面积停电以后，对空载线路进行充电时如果出现发电机联结造成电容负荷量过大的情况，会造成发电厂的发电机端电压升高产生自励磁，而自励磁的产生会影响发电机的正常工作。因此，工作人员在进行校验时，可以通过测量发电厂设备的电压大小和发电机的转速来判断发电机是否发生自励磁，然后采取并联电抗器的方法进行电流和电压的稳定。

3.2 并联合闸电阻

电力系统黑启动运行初期，由于各方面还处于不稳定状态，因此空载线路充电时会引起不同类型的过电压。过电压的存在会超出线路中电气设备绝缘的电压承受范围，造成线路设备损坏，导致黑启动失败。因此，在进行黑启动工作时，防止过电压的产生也是解决黑启动难点问题的重点。工作人员可以根据线路的情况安装并联电抗器，增加线路的感性负荷。降低电压的原理是通过增加线路的感性负荷降低线路的容性电流，通过削弱线路的电容效应降低过电压。在操作过程中产生过电压是空载线路合闸到电源上时，引起的一种暂时性的过电压状态。在合闸时，此时线路的回路发生了高频率振荡。振荡过程中，电压的数值会由零值转变到过电压[3]。为了避免操作过程中发生过电压现象，有效的解决措施是在断路器上安装并联的合闸电阻，同时要在线路两端同时装上避雷器。

3.3 控制电压、频率范围

电力系统黑启动在工作过程中除了需要自启以外，还需要带动被启动机组。这些被启动机组所在的发电厂中都会配备一些较大容量的辅机。在启动过程中产生的功率冲击，可能会引起系统的频率跌落，而系统频率的跌落会导致启动系统再次进入瘫痪状态，导致黑启动失败[4]。要想保证黑启动和被启动机组的成功实现，必须严格检查电力系统的电压和频率。一般来说，发电厂用负荷投入时，电力系统电压要控制在1.0 p.u.上下，系统频率的变化幅度也应该严格控制在0.5 Hz以内。只有这样才能保证黑启动过程中系统的电压和频率不会掉落，确保黑启动成功。

4 结 论

随着社会的发展，人们对电网的要求越来越高，大面积停电问题如果不能及时得到解决，会给电力系统和社会造成重大的经济损失。黑启动作为大面积停电电力恢复的第一阶段，往往存在电流电压不稳定、过压、系统频率跌落的难点问题。针对这些问题进行有针对性的解决，确保和启动过程中电流电压的稳定性，避免引起过电压现象，同时防止系统电压和频率的跌落，才可以有效促进黑启动的成功和电力系统的恢复。