三江口电站机组黑启动的分析与实践

杨贵元

(保山能源发展股份有限公司，云南 保山 678000)

0 引 言

水电站机组的黑启动是指当电站失去厂用电和备用电源时，仅利用直流蓄电池储存的电能量和液压系统储存的液压能量，完成机组启动，并恢复厂用电供电。机组具有黑启动功能不仅能在电网故障或瓦解的情况下，迅速自主恢复厂用电，确保电厂安全，还能在调度的指挥下，迅速恢复电网运行，减少电网停电时间和事故损失[1]。因此，加强对具有黑启动功能的机组的分析管理，对保障电站安全、电网安全具有重要意义。

1 三江口电站概况

三江口电站位于云南省保山市龙陵县境内的苏帕河上，为苏帕河干流规划一库五级中的最后一级，电站装机容量为2×15MW+2×16MW，其中1#机组、2#机组为单元接线，3#、4#机组为扩大单元接线，变压器均采用三圈变，电压等级为10kV、35kV、110kV；35kV母线、110kV母线均采用单母线分段结构，电站通过110kV线路分别与保山电网、昌宁电网相连，通过35kV线路与龙陵电网相连。由于保山市电网结构的特殊性，导致三江口电站的升压站相当于电网中的一个枢纽变电站，作用突出，因此，做好三江口电站机组黑启动分析管理，对保障保山电网安全具有积极的意义[2]。

2 三江口电站机组黑启动的条件分析

2.1 调速器系统

三江口电站调速器采用交直流双电源供电，在交流电源失电后，调速器及其控制回路能正常工作；调速器液压部分为比例阀结构，采用电液比例随动装置，取消了液压放大环节，结构简单，耗油量极小。压力油源采用两个容积为100L的囊式蓄能器提供，额定工作油压16MPa，正常运行压力范围为13至16MPa，主油泵启动压力13MPa，备用油泵启动压力12.5MPa，事故低油压为12MPa。经电站实验，在油压为13MPa时，切断油泵电源，采用手动方式开机，并维持额定转速5分钟，油压装置油压只下降约0.3MPa，能满足黑启动要求。

2.2 球阀系统

三江口电站球阀系统采用交直流双电源供电，在交流电源失电后，球阀、旁通阀、密封环控制回路均能正常工作；球阀采用摇摆式接力器操作，结构简单，操作方便。1#、2#球阀共用一套油压装置，容积为2.5m3，额定工作油压2.5MPa，正常运行压力范围为2.3-2.5MPa，主油泵启动压力2.3MPa，备用油泵启动压力2.25MPa，事故低油压为1.9MPa；3#、4#球阀各有一套高压油装置，容积为250L，额定工作油压17MPa，正常运行压力范围为14.5-17MPa，主油泵启动压力14.5MPa，备用油泵启动压力14MPa，事故低油压为12.5MPa。经电站实验，在最低工作油压时，球阀都能满足开、关各一次。

2.3 直流系统

直流电源是黑启动的唯一电源依靠，作用重大。三江口电站直流系统容量为300AH，蓄电池为阀控式免维护胶体电池，电站注重直流系统的维护管理，每年安排1-2次充放电试验，检查直流系统放电时间≥8h，保证电池容量充足可靠。三江口电站直流系统在设计时就留有较大的裕度，能满足黑启动时对保护、控制、励磁、照明等系统的供电[3]。

2.4 励磁系统

三江口电站励磁系统采用交直流双电源供电方式，启励方式为外接直流电源启励，由电站直流系统直接供电，直流系统容量大，能满足启励要求；同时，励磁系统采用冷凝管和风扇两套冷却方式，在风扇不运转的情况下，励磁系统能长期安全运行。

2.5 水轮发电机组

三江口电站发电机的推力轴承采用钢性支柱式结构，机组启动不需要顶转子，对电源没有要求；推力瓦采用弹性金属塑料瓦，能满足冷却水中断情况下，安全运行时间≥10min；机组安装的吸出高程为+1m，1#、2#机主轴密封为活塞式橡胶端面密封，压力水由顶盖取水提供，3#、4#机主轴密封为无接触式金属主轴密封，四台机组均不存在启动后大量渗水的问题，且启动操作要求简单，能满足黑启动的安全要求。

3 三江口电站黑启动方案

在对三江口电站机组设备进行充分分析、试验的基础上，认为电站完全具备机组黑启动条件，在此基础上制定了电站的机组黑启动方案，并根据机组可能的状态，细化为空载、空转、事故停机、冷备用四个子方案，使电站机组黑启动更具有可操作性和实用性。在确认电网故障或瓦解、厂用电消失后，当值班长根据机组状态和条件，选择最优的方案对机组进行黑启动操作[4]。

3.1 黑启动原则

机组黑启动是以恢复厂用电，保电站安全为原则的，在机组黑启动成功，厂用电恢复后，首先应检查厂内设备已恢复正常，不能擅自向外线路送电，只有报告调度，并在调度指挥下才能逐步恢复送电。同时电站在方案中明确，黑启动成功后，在向外线路送电之前，需自动开启另一台机组至空载，作为外送电失败后厂用电的后备电源。

3.2 黑启动注意事项

机组黑启动不但涉及电站内设备的条件和相应的操作，还必须考虑电网、保护动作等情况，以及万一黑启动失败后的处理，对这些情况都必须要考虑充分。

1)电站所有外线路，除保护动作跳闸及调度命令外，不允许人为跳闸或合闸，一方面确保黑启动失败后，外线路能倒送电至电站，另一方面防止在黑启动成功后，误送故障线路，导致事故发生。

2)按条件选定一台黑启动机组后，必须将其与系统隔离出来，即要将该机组对应的主变压器高、中压侧断路器断开，其他未选为黑启动机组的，不得操作。

3)黑启动机组优先选择保持空载状态、空转状态的机组，选择冷备用机组的，调速器油压必须保持在13MPa以上、球阀油压在正常工作油压以上，且机组无故障。

4)机组启动至空载后，可采用“无压”方式合上主机开关，向10kV母线及主变充电。

5)恢复厂用电前，必须先复归“低压保护”信号。

6)10kV恢复后，首先要向首部、大坝等重要负荷送电。

7)黑启动时间一般不能超过10分钟，超时或在启动中发现异常情况必须立即进行紧急停机操作。

3.3 三江口电站机组黑启动一般操作步骤

1)检查并确认黑启动机组(调速器、球阀油压满足要求，无故障)。

2)在球阀现地控制柜按下“开阀”按钮，并检查球阀全开。

3)在调速器液控柜按下“拔锁锭”按钮，将液压锁锭拔出，按下“手动”按钮，将调速器切为手动运行，操作手动阀开启机组至额定转速，按下“自动”按钮，将调速器切为自动控制。

4)在励磁调节柜按下“现地起励”按钮进行起励升压。

5)在中控室手动跳机组对应的主变压器高、中压侧断路器，将该变压器从系统中隔离出来。

6)在中控室选择“无压”方式合上主机开关，向10kV母线及主变充电。

7)在中控室厂用电保护屏上，复归厂用变高压开关“低压保护”信号，并合上该高压开关，向厂用变充电。

8)检查厂用电恢复正常，在机组技术供水泵现地控制柜手动启动水泵，并检查冷却水供水正常。

9)倒换厂用电，将电厂四段厂用电并联运行，并检查厂内设备运行正常。

10)机组黑启动结束，报告调度，并按调度指令进行操作。

4 结 语

黑启动方案制定完成后，必须经过实际操作，以检验方案的可行性、可靠性。三江口电站在机组黑启动方案制定完成后，经报调度同意，将一台机组和主变从系统中隔离出来，模拟厂用电消失状况，并用该方案对厂用电进行了成功恢复，证明了三江口电站机组黑启动方案的切实可行。

在实际管理中，电站每年都组织对方案的学习演练，同时加强运行值班人员对设备的手动操作培训，使每个值班员都能熟练掌握不同设备、不同情况下的操作方式。几年来，电站多次遇到了由于线路、恶劣天气等原因导致厂用电消失的情况，电站值班员立即启动机组黑启动方案，一般6-7分钟左右就能恢复厂用电，为电站安全运行提供了有效保障，也对电网的安全、可靠和稳定运行发挥了积极作用。