枕头坝水电站机组黑启动能力验证的试验方法研究

安义民

摘 要：作为电力系统安全运行的重要措施之一，黑启动对电网系统故障后的恢复起着至关重要的作用。因此，有必要研究水电站机组黑启动能力验证的试验方法，通过试验验证机组黑启动能力，以保证水电站大坝、厂房、机组等的安全，有序、快速地对电网恢复送电。本文介绍了枕头坝水电站机组参数配置，重点分析了枕头坝电站3号机组黑启动试验方法和步骤。研究结果表明，枕头坝水电站机组具备黑启动能力。

关键词：水电站;黑启动;能力验证;试验方法

中图分类号：TV734.2 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2021）09-0075-03

Abstract： As one of the important measures for the safe operation of the power system， black start plays a vital role in the recovery of the power grid system after failure. Therefore， it is necessary to study the test method for verification of the black start capability of hydropower generating units and verify the black start capability of the generating units through tests to ensure the safety of hydropower dams， powerhouses， and generating units， and to restore power to the grid in an orderly and fast manner. This paper introduced the parameter configuration of the Zhentouba Hydropower Station unit， focusing on the analysis of the black start test methods and procedures for Unit 3 of the Zhentouba Hydropower Station. The research results show that the units of the Zhentouba Hydropower Station have black start capability.

Keywords： hydropower station;black start;capability verification;test method

枕頭坝水电站为大渡河干流水电29级规划的第22梯级电站，水库正常蓄水位为624.00 m，库容为4 350万m3，其中调节库容为1 450万m3。电站额定水头为29.50 m，装机容量为720 MW，共有4台轴流转桨式机组，单机容量为180 MW，设计年发电量为32.90亿kW·h。机组采用联合单元接线，500 kV开关站采用角型接线，其通过500 kV线路接入上游深溪沟电站开关站，预留一回线路至枕头坝二级电站。目前已建成综合信息化数据平台系统、智能安全帽、钥匙智能管控系统和预警机器人等项目，在确保设备安全稳定运行的基础上，降低了职工在传统运维工作上的时间投入。枕头坝水电站采用“无人值班，少人值守”的工作方式，正在努力加快“智能自主，人机协同”的智慧企业建设。目前，该水电站已成功申报四川电网黑启动辅助服务[1]。

1 试验机组参数

试验机组参数不仅涉及水轮机、发电机、调速器、励磁系统、柴油发电机和计算机监控系统，还包括顶盖与渗漏井启泵水位以及各轴承瓦温报警值，如表1至表7所示。另外，枕头坝水电站采用NC2000计算机监控系统。

2 试验范围及测量点

2.1 试验范围

试验范围为3F机组及辅机系统。

2.2 测量点

测量点包括机组频率和开度、调速器油压装置油压和油位、励磁可控硅温度、各导轴承温度。

2.3 信号采集

2.3.1 机组频率。模拟量信号如下：直流0～100V（调速器电柜）。

2.3.2 导叶开度。模拟量信号如下：4～20 mA或0～10 V（数据来自调速器电柜开度表）。

3 前期性能试验

3.1 可控硅温度性能试验

可控硅温度性能试验通过机组空载工况下切除励磁功率柜风机电源实现[2]。

3.2 事故低油压性能试验

在机组空转工况下，人们将机组压油泵控制方式切换至“切除”，采用排油阀调节油压至6.1 MPa（参照表3中工作油泵启动压力进行调整），核对并记录相关参数。之后采用同样方式调节油压至5.2 MPa（参照表3中事故低油压进行调整），监视机组事故低油压动作流程是否正确，做好油罐油压、油位等相关参数的记录，完毕后恢复调速器系统至正常状态。

3.3 压油装置性能试验

下面按照表8进行压油装置性能试验，验证黑启动过程中所经历的工况下油压、油位的下降情况，以保证机组黑启动安全进行。

3.4 其他工作

机组技术供水采用蜗壳或坝前取水，电动阀为交流供电，黑启动时可采用手动开启阀门;切除顶盖排水泵，开机至空载，测试顶盖水位上升情况，确定满足试验的要求;在机组空载工况下，将漏油泵控制方式切换至“切除”，测试油位变化情况，确定满足试验要求;通过计算机监控系统查看未启泵情况下渗漏集水井水位上升情况;检查直流系统正常;将计算机监控系统交流电源断电，用来验证黑启动时能否正常工作。

4 系统初始状态

10 kVⅠ～Ⅳ段母线分段运行，分别由对应的厂用变压器（CB1～CB4）供电，其中10 kV Ⅴ段由10 kV Ⅳ段联络运行，10 kV Ⅵ、Ⅶ段母线分段运行，分别由10 kV Ⅱ、Ⅴ段母线供电。所有10 kV备自投装置退出运行。1～3号机组自用电、2～4号机组自用电、公用电系统、照明电系统、大坝400 V系统各段母线分段运行，备自投装置投入。400 V公用电Ⅱ段失电后，由400 V公用电Ⅲ段联络400 V公用电Ⅱ段运行。

压油装置油压、油位正常，顶盖水位正常。发电机、励磁变等设备绝缘合格。3F（3号机组）水机保护投入正常。经检查，直流合闸、控制母线电压正常。3F机组的油压装置油泵电机均置于“切除”位置。

5 试验措施及具体步骤

5.1 技术措施

试验前做好3F机组与运行设备的安全隔离措施。试验时，安排人员监视3号机组各设备运行工况。试验期间，如遇系统以外情况，应停止试验，等条件满足后，重新进行。试验时，若发生3F机组压油装置油压、油位降低而产生机组过速的情况，但过速保护未动作，应马上启动3F机组急停按钮紧急停机。试验时观察压油装置油压和油位，必要时对油压装置进行手动补气操作，监视油位，若低于下限，则不允许再进行开停机操作，防止接力器进气。

试验时，监视3F机组电压，若存在异常，应马上进行逆变灭磁。试验时，监视3F机组频率，若存在异常，应进行手动调节，确保机组频率正常。采取相应措施仍无法控制频率时，应立即按下3F机组机旁紧急事故停机按钮紧急停机。试验时，必须遵循执行试验方案的相关流程，遇不正常情况时立即停止试验，待检查原因后，消除存在的异常，重新试验。

5.2 准备措施

直流系统排除在此次试验外，目的是确保其他运行设备的安全运行。专人监视3F机组机顶盖水位运行情况。试验时，机组进水口启闭机、调速器机柜电柜安排专人监视，做好试验异常时的落门准备。

5.3 试验步骤

首先，要联系调度，将3F机组停机。然后，解开DL3合闸信号引至调速器电气柜端子，解开DL3合闸信号引至励磁调节器屏端子，解开DL3合闸信号引至监控A1屏端子。经检查，各部轴承油槽油位正常，主轴密封水投入正常，检修围带已排压，水机保护已正常投入。之后，拉开3F机组励磁风机电源、3F机组LCU电源，3F机组电调、3F机组漏油泵电源控制开关切除。检查、恢复3F机组开机措施（技术供水、落下闸块、退出锁定等），将3F机组电调切“电手动”缓慢开机至“空转”，记录3F机组压油装置油位、油压等相关数据，并观察采取手动补气方式维持压油罐压力的情况。其间要注意监视3F机组推力、水导温度上升情况。

接着，将电调一次调频退出，励磁PSS（电力系统静态稳定器）退出，机组保护已按递加方式投入。采用手动方式，递升加压至机组额定电压，经检查，3F机组空载工况下运行正常，励磁系统、调速器电柜运行正常。然后，恢复3F机组调速器油泵，将调速器切换为“自动”，并将工作油罐补气装置控制方式恢复至“自动”。依次合上励磁风机、现地控制单元、漏油泵电源及其他所有电源，经检查，3F机组励磁风机、测速装置、漏油泵等运行正常。停机后，全面检查并恢复3F机组所做的措施，使其均恢复至试验前状态。3F机组根据调度命令恢复备用[3]。

6 结语

试验证明，采用黑启动低电压安全恢复电网运行是可行的，这也是国内外普遍采用的应急方式之一。因此，在开展黑启动工作时，各水电站要结合设备实际情况，做好黑启动能力验证试验，指定黑启动机組优先顺序，根据具体情况制定各自的恢复方案，从而提高黑启动快速响应能力[4]。黑启动是应对电网失去稳定性的有效措施，可以保证电力系统安全稳定运行，水电站的准确、快速黑启动对电网恢复供电具有重要的意义[5]。

参考文献：

[1]周云龙.谈谈水电站的黑启动方案[J].云南电力技术论坛，2006（9）：107-109.

[2]张双景.彰武水电站黑启动应急操作演练[C]//中国水利学会2011学术年会第二届中国小水电论坛.2011.

[3]袁成林，戴延君，田明友.象山水电厂机组黑启动特殊情况的应对措施[J].能源研究与管理，2012（4）：85-87.

[4]方树，何治华，张宏图，等.水电机组黑启动技术探讨[J].四川水力发电，2008（27）：107-109.

[5]李富营.“无人值班”（少人值守）水电厂“黑启动”[J].水电站机电技术，2004（6）：53-54.