乌东德电厂黑启动机组比选

赵 亮，张义愿

(乌东德水力发电厂，云南 禄劝 651512)

1 机组黑启动建设的必要性

1.1 电厂的重要地位

乌东德水电站位于云南、四川界河河段，右岸隶属云南省昆明市禄劝县，左岸隶属四川省会东县，是金沙江下游河段四个水电梯级—乌东德、白鹤滩、溪洛渡和向家坝中的第一个梯级，是一座以发电为主，兼有防洪、改善下游航运和发展库区通航等综合效益的巨型水电站。

电厂左、右岸各安装6台850 MW水轮发电机组，总装机容量10 200 MW，多年平均发电量389.1亿kWh，是“西电东送”的骨干电源之一。乌东德左、右岸均以500 kV交流接入南方电网，其中左岸电站3回出线送往禄劝换流站，通过禄高肇直流为贵州和广东供电；右岸3回出线送往昆北换流站，通过昆柳龙直流为广东和广西供电。乌东德电厂属于南方电网供电关键路径上的骨干电源点，有必要进行机组黑启动的建设。

1.2 可观的经济效益

根据南方电网相关管理规定，电厂通过机组黑启动功能建设后由南网调度机构纳入黑启动管理并开展考核及补偿。可以根据南网“两个细则”相关规定获得辅助服务费。

2 选择黑启动机组原则

1)操作设备少、时间短。在电网发生大面积停电或全部停电的事故后，为了缩短停电时间，减少停电产生的经济损失和可能发生的次生危害，在保证安全的前提下，电网应该尽可能快的恢复运行。所以要求黑启动机组的启动过程操作设备少，用时短，能快速的为电网供电[1]。

2)保障重要负荷的供电。在水电厂全厂停电时，为了保证大坝、厂房和设备的安全，以及为方便黑启动机组的启动操作，必须考虑排水系统、泄洪闸门、重要部位照明等重要负荷的供电[2]。在进行负荷送电时，还应根据负荷性质和容量的大小，选择送电的时间和先后顺序。

3)流程清晰。作为黑启动机组，在进行黑启动时，启动流程应该清晰简洁，不能过于复杂，使电站运行人员能够快速准确的操作，避免操作错误。所以在进行黑启动机组的选择时应该优先考虑操作流程清晰的机组[3]。

4)试验时对正常设备影响小。南方电网要求黑启动机组每年都要进行黑启动试验，为了满足黑启动试验的方式要求，需要部分10 kV、400 V母线停电，会使机组或部分辅助设备不具备运行条件或运行可靠性降低。为了减小停电对正常运行设备的影响，应选择停电范围小的机组。

3 黑启动机组的比选

3.1 厂用电源介绍

乌东德水电站左、右岸采用对称设计，本文以左岸为例分析。左岸电站共6台机组，发电机出口采用GCB，发变组为单元接线方式。分别从1、2、5、6号机组GCB与主变低压侧间引接厂用电源，通过高厂变C01B、C02B、C05B、C06B为10 kV 1、2、5、6 M供电。3、4号机组不带厂用电。10 kV 1 M和5 M分别为1、3、5号机组自用电的两段0.4 kV母线供电，10 kV 2 M和6 M分别为2、4、6号机组自用电的两段0.4 kV母线供电。正常情况下1 M为3 M供电，5 M为4 M供电。特殊情况下3、4 M也可以为1、5 M倒送电。左岸柴油发电机为左岸黑启动电源，柴油发电机启动后可为4 M供电[4]。乌东德水电站左岸10 kV系统图见图1。

图1 乌东德水电站左岸10 kV系统图

3.2 柴油发电机容量设计原则

在电站全厂失电的情况下，柴油发电机组作为电站的黑启动电源，需要满足单台机组用电负荷，同时作为电站的保安电源，还应满足泄洪设备运行需求和厂房应急负荷要求，应急负荷包括消防负荷、应急照明、渗漏排水泵、直流系统等设备。因为消防负荷容量小且为极小概率工况，可不考虑消防负荷容量。

乌东德水电站单台机组用电负荷约542 kVA，单台柴油发电机功率为1 600 kW，单台渗漏泵功率为500 kW(单厂有厂内、厂外两个渗漏集水井，按2台泵考虑)。由于厂房渗漏排水负荷运行工况可根据集水井水位适当调整，泄洪负荷一般为短时负荷，可按不同时工况考虑，按满足泄洪、直流、照明要求考虑时，总负荷约1 000 kW。当启动柴油发电机供电时，可以基本满足单台黑启动机组用电、排水系统、泄洪、照明系统用电需要。

3.3 左岸黑启动机组比选

根据南方电网对黑启动成功的定义：黑启动电源黑启动成功是指作为黑启动电源的机组恢复至旋转待并状态，并已带上厂用电，机变保护正常加用，机端电压调至厂用电允许范围。本文暂不考虑黑启动机组与500 kV出线不在同一串的影响。

由于3、4号机组不带厂用电，故不考虑将3、4号机组设为黑启动机组。机组启动需要其机组自用电送电。机组自用电两段0.4 kV母线之间设置有备自投，只要一段有电，备自投动作，两段母线联络运行。即只要机组自用电有一路电源，机组即可正常开机。

先讨论将1号机组设为黑启动机组时的启动流程。若采用自用电Ⅰ段送电启动1号机组，则需柴油发电机带4 M和3 M后，再为1 M送电。当1号机组启动后，需要将1 M由原来的3 M供电倒换至1号机组供电。在电源倒换过程中，需先断开G1K3，1 M失电，再合上G1C01。而当断开G1K3，1 M失电时，1号机组自用电将失电，导致机组跳闸，从而使黑启动失败。故只能采用自用电Ⅱ段送电启动1号机组，此时柴油发电机通过4 M带5 M运行。1号码机组启动后直接带1 M运行，这样不需要进行电源倒换，机组自用电不会全停。同理，2、5、6号机组启动需相应自用电的Ⅱ段、Ⅰ段、Ⅰ段送电。

分别以1、2、5、6号机组为黑启动机组时，10 kV设备操作及送电步骤见表1。

表1 机组黑启动时设备操作步骤及停电范围表

由表1可知，1号机组黑启动时，操作步骤最少，试验时的停电范围也最小，对正常运行的设备影响最小。

由以上分析可知1号机组作为左岸黑启动机组具有恢复厂用电快速、能满足重要负荷供电、实验时对正常设备影响小等特点，所以1号机组作为黑启动机组是最优选择。

乌东德水电站单台机组用电负荷约542 kV/A，单台柴油发电机功率为1 600 kW，单台渗漏泵功率为500 kW。由于厂房渗漏排水负荷运行工况可根据集水井水位适当调整，泄洪负荷一般为短时负荷，可按不同时工况考虑，按满足泄洪、直流、照明要求考虑时，总负荷约1 000 kW。当1、2、5、6号机组其中一台作为黑启动机组时，启动柴油发电机供电时都可以基本满足部分排水系统、泄洪、照明系统用电需要。

3.4 右岸黑启动机组比选

由于左右岸电站为对称设计，则同理可得右岸黑启动机组的最优选择为7号机组。

3.5 现阶段存在的问题

目前还未确定乌东德电厂黑启动机组台数。若要求有1台黑启动机组，则建议选择右岸7号机组作为黑启动机组。因为乌东德水电站设计为无人值班(少人值守)的模式，且集控楼位于右岸K25溶洞内，后期电站正常运行时电站运行人员主要集中在右岸值守，应急人员可以快速到达现场，缩短应急时间；若要求有2台黑启动机组，则分别选择左、右岸的1、7号机组作为黑启动机组。

按照南方电网黑启动试验的要求，有可能需要电厂带一条500 kV线路进行升压。此时需要500 kV相关设备停电配合，试验时停电范围将有变化，会影响黑启动机组的选择[5]。

4 结 语

乌东德电厂黑启动的目的是为防范各种人为及自然灾害或电网设备故障等因素造成电网大面积停电，在水电站全站失压时，做到迅速、有序地正确处理事故以及快速恢复水电站的厂用电，并配合电网调度逐步恢复电网送电的过程，最大程度降低电网停电造成的损失。本文给出了黑启动机组比选的原则，并结合乌东德电厂厂用电的接线方式，通过分析比选得到最优的黑启动机组。乌东德电厂目前还处于建设期，通过前期的分析总结，为电站运行后黑启动方面的工作提供了一种思路，便于后期工作的开展。同时也可作为其它水电站在确定黑启动机组时的参考。