“黑啟動”試驗在萬安水電廠的應用

吳雨霏

（國家能源集團江西電力有限公司萬安水力發電廠，江西 吉安 343800）

0 引言

現今水電廠都備有機組“黑啟動”應急預案，但由于現實中“黑啟動”試驗受諸多條件限制，因而驗證起來比較困難。而在電網停電時，機組僅利用廠內貯能設備的剩余能量實現快速自啟動，對于電網恢復具有重要意義，且必須通過實踐才能有效檢驗。

1 “黑啟動”試驗

1.1 機組“黑啟動”能力分析

技術人員首先對廠內貯能設備及開機主要動力設備的性能進行了調查、記錄，對有關運行參數進行了歸納、分析。見表1、2。

表1 廠內蓄能設備容量及設計性能

表2 機組主要設備動力電源及性能要求

從表格內容可得出：在全廠交流電源消失時，單組蓄電池能基本滿足直流及直流逆變負荷的要求；機組油壓系統及頂蓋系統能滿足機組“黑啟動”操作過程中短時斷電的要求；開關、刀閘、計算機監控系統能滿足自動開機要求。

1.2 安全裕度考量和風險管控

由于軸流轉槳式機組開機時輪葉操作用油量很大， 可能直接導致事故低油壓保護動作停機，故“黑啟動”過程中一般不操作輪葉。且頂蓋漏水量大，水泵停電后可能會造成頂蓋淹沒、水淹水導事故。機組出口開關，相應的高壓廠變開關的液壓、氣壓必須合格，且開關彈簧儲能機構在斷電后，至少能滿足合、分閘一次的要求。這些因素都是“黑啟動”試驗中必須考慮的，在設置試驗初始條件時必須對上述因素加以一定的安全裕度考量。

為確保在試驗過程中對各種意外情況能夠及時做出反應，要求1 號機重要輔助設備必須保持熱備用狀態。在試驗前，先將10 kV 廠用電進行倒換，空出一段廠用電母線供試驗使用。將該10 kV 廠用電母線所帶重要400 V 負荷用備用電源進行聯絡，切除該母線上的次要負荷。將直流蓄電池系統分段運行，轉移重要直流負荷，確保試驗設備與運行設備可靠隔離。試驗過程中人員必須統一指揮、熟悉預案，對各種可能出現的異常情況做好充分的準備和預想。

在機組“黑啟動”試驗過程中，為防止因人為操作不當或部分設備失靈引起不必要的事故，防止試驗機組對正常電力系統產生不利影響，還須安排專人對機組油、水、氣、電、勵磁、廠用電、主變、水車室等重要部位進行監護，當發生意外情況時及時啟動事故停機流程或輔助設備，防止出現機組過速、水淹水導、事故低油壓、非同期合閘等事故。

1.3 機組“黑啟動”試驗過程

全部準備工作完成后，檢查1 號機油壓、油位正常，頂蓋、漏油箱已抽至停泵液位，檢查1 號機機旁動力盤帶電正常，直流蓄電池系統正常，試驗開始。將1 號機壓油泵、頂蓋泵、漏油泵、主變冷卻器油泵控制把手放“切”位置，關閉1 號機壓油裝置自動進氣閥1343 閥。拉開1 號機機旁動力盤勵磁風機電源開關、901DL 電機電源開關、9011G 電機電源開關。監視油壓、油位下降情況，監視水位上漲情況和各部位溫度上升情況，記錄油位、油壓、水位、溫度變化數據，必要時切“自動”運行或手動啟動油泵、水泵、風機等輔助設備。將1 號機輪葉切“手動”、檢查導葉在“自動”。

中控室遠方發1 號機“空載”令，監視機組開機至空載。利用1 號機組壓油裝置操作油殘余壓力，開啟1 號機組帶1 號主變零起升壓，恢復1 號高壓廠變11B，進而恢復廠用電10 kV I 段運行。檢查1號機具備向110 kV 母線送電條件，具備恢復其它廠用電能力，具備開啟其它機組對外供電能力。

試驗結束后，將廠用電恢復至正常運行方式，在監控下“停機令”將1 號機組自動停機，撤除隔離措施。

1.4 結果分析和改進優化

通過分析“黑啟動”試驗過程中機組油壓、油位、頂蓋水位、振擺度、直流負載電流等參數的變化，記錄運行人員的實際操作時間，查找試驗過程中各個環節可能存在的風險和遇到的問題，可以得出科學、客觀的方案可行性結論。并為今后進一步優化運行操作方法和設備改造方案提供可靠依據。當電網真實發生停電事故時，能夠有效提高水電廠在規定時間內實現機組“黑啟動”的成功概率，切實提高水電廠的事故備用能力。通過試驗，可以發現一些廠內設備在設計之初對于“黑啟動”操作的便利性考慮不足，可以在今后的檢修計劃中加以改進。

2 “黑啟動”試驗解決的實際問題

2.1 “黑啟動”預案驗證難度大

電廠在正常運行中很難具備“黑啟動”試驗條件，設備設計指標和系統整體效能難以得到有效驗證，故通常是以桌面演習為主。該廠通過科學的方法，提前摸清相關設備在全“黑”情況下的自維持能力，提前轉移重要負荷并做好試驗設備與運行設備的隔離，以“假”失電代替“真”失電，隨時做好應對突發狀況的準備。這種做法，既降低了試驗門檻和風險，又可以讓“黑啟動”預案可行性得到有效驗證。

2.2 “黑啟動”試驗安全風險高

電廠失去廠用電后，重要的油、水、機、電等設備就會失去動力電源，機組也會很快失去控制能量，嚴重情況下可能造成設備損壞甚至威脅大壩安全。通過提前部署和事故預想，針對危險點做好監護和隔離，以部分失控代替全部失控，讓試驗過程中的安全風險可控。

2.3 為改進操作規程和技術細節提供可靠依據

通過對“黑啟動”相關的設備性能參數進行前期摸排，與試驗過程中的數據進行對比分析，可以有效發現設備在設計中可能存在的問題，檢驗不同設備之間的系統匹配性是否良好，驗證操作規程中的預先設定是否符合實際，為后續改進提供可靠依據。

3 “黑啟動”試驗取得的實際效果

（1）縮短了“黑啟動”操作時間、提高了“黑啟動”成功率

經過科學的試驗分析和改進優化，萬安水電廠將機組“黑啟動”的操作時間由原來的26 min 縮短至10 min，機組“黑啟動”成功率大幅提升，有效提升了應急響應能力。

（2）將試驗結果和改進措施推廣至其他同類型機組

由于試驗結果具備高參考性和推廣性，萬安水電廠以提高“黑啟動”操作便利性和設備可靠性為原則，陸續對3 臺機組和相關輔助設備進行了針對性技術改造。

（3）提高了水電廠的事故備用能力

在傳統的水電廠“黑啟動”預案中，利用外來電源倒送廠用電的措施往往占有很大比重。通過驗證機組“黑啟動”能力，優化應急預案，可有效減少電廠對外來電源的依賴，縮短響應時間，切實提升水電廠的事故備用能力。