基于柴油發電機的大型電站黑啟動研究

杜 亭，吳國棟，譚斌忠，代佳俊

（雅礱江流域水電開發有限公司，四川 成都 610051）

0 引言

D 水電站總裝機240 萬kW，共4 臺水輪機組，是國家“西電東送”重點工程。采用“遠程控制，現場少人值守”的運行管理模式。年平均發電量117.76 億kW·h，每年將大量電能輸送至川渝及華東電網。當前社會對電力供應要求越來越高。雖然電網安全穩定控制理論及技術在不斷發展、電網控制手段在不斷進步，但是近年來世界范圍內電力系統大停電事故依然時有發生?？梢婋娋W大面積停電風險依然存在。一旦發生電網系統穩定性被破壞，設備故障等問題引起電站全廠失壓，需要迅速啟動廠內黑啟動流程，恢復廠內供電。因此做好對電網送電準備尤為重要。

1 廠內電源系統及黑啟動電源

1.1 發送電系統

D 電站4 臺機組單機額定功率600 MW，發電機出口電壓20 kV，每臺機組各接有主變壓器1 臺和廠高變壓器1 臺。經主變壓器將20 kV 的電壓升至500 kV 電壓等級后送出；廠高變將20 kV 的電壓降至10 kV 電壓等級供廠內用電使用。500 kV 系統主接線采用3/2 接線方式，共有2 回送出線路。

1.2 廠用交流系統

D 電站正常運行時，廠用電系統采用10 kV、400 V 兩級電壓供電，由廠內廠用電系統和廠外廠用電系統2 部分組成。10 kV 廠用電，分為廠內Ⅰ母、Ⅱ母、Ⅲ母、Ⅳ母；廠外Ⅴ母、Ⅵ母、Ⅶ母共7 段。其中廠內4 段主電源取自廠高變21B～24B 低壓側，將機組出口20 kV 的電壓降至10 kV。廠外Ⅴ母、Ⅵ母主電源分別取自廠內Ⅱ母、Ⅳ母聯絡供電。如圖1 所示，Ⅶ母上配置有一臺10 kV 柴油發電機為機組黑啟動和防汛泄洪提供緊急備用電源。相鄰段之間均設有備自投裝置及母線聯絡裝置，用于單段母線進線電源失電時聯絡供電。400 V 配電盤進線電源取自2段不同的10 kV 母線，經自用變壓器降壓至400 V。

正常情況下廠內10 kV 開關和400 V 開關均置遠方模式，具備由遠程集控上位機發令操作功能。柴油發電機組可以連續帶額定功率運行4 h，可在自動模式下遠程一鍵啟動。

圖1 廠用交流系統簡圖

1.3 廠用直流系統

廠內各區域直流系統均配有一定容量的蓄電池組，在交流電源中斷情況下仍可為設備控制回路、機組直流用電、機組勵磁系統直流啟勵回路、保護裝置、事故照明提供電源，滿足廠內黑啟動要求。

圖2 500 kV 接線簡圖

2 黑啟動流程

在我國電力系統中，關于黑啟動方案需要大量的指導原則提供科學的理論依據，因此安全有效地進行黑啟動離不開科學的啟動方案[1]。當送出線路故障，電站全部失壓，外來電源全部中斷，受機變技術供水、推力外循環、高壓油系統、調速器系統等交流供電裝置限制，1 號～4 號機均無法正常開機。需依靠啟動柴油發電機，逐級恢復廠用10 kV 及機組400 V 輔助設備供電?，F地手動操作發電機組帶主變升壓至額定電壓，向500 kV 系統送電。通過遠方倒閘方式實現500 kV 系統向其余主變、廠高變反送電，而后啟動其余發電機組。根據10 kV 廠用電接線可先啟動2 號或4 號水輪機組，本次選擇先啟動4 號機組。

2.1 500 kV 送出系統簡化

拉開所有500 kV 開關、及送出線線路刀閘，其余刀閘保持不動。維持保護及自動裝置不變，準備實施黑啟動。

2.2 柴油發電機帶廠用電

退出所有10 kV 備自投和機旁400 V 備自投，防止誤動。拉開Ⅱ母、Ⅳ母、Ⅵ母、Ⅶ母上所有開關。啟動開關站10 kV 柴油發電機，查柴油機正常后向Ⅶ母送電，查Ⅶ母電壓正常。由于選擇先啟動4 號機組。故依次將Ⅶ母與Ⅵ母、Ⅳ母聯絡，查Ⅵ母、Ⅳ母電壓正常。由Ⅶ母送電至4 號機機旁配電盤，機旁盤兩段母線聯絡運行，恢復4 號機輔助設備供電。

2.3 4 號機開機，帶主變升壓

查4 號機具備自動開機條件后，上位機發令4號機開機至空轉。檢修人員配合解除調速、勵磁并網信號，依次合上出口刀閘、手動起勵，機組帶主變升壓至額定電壓。

2.4 逐步擴大廠用電送電范圍

4 號機變帶電后，合上4 號主變4B 高壓側開關向500 kV #2M 充電，查500 kV #2M 充電正常。500 kV母線帶電后合上2 號主變2B 高壓側開關向2 號主變、廠高變充電，查充電正常，給廠用電Ⅱ母充電，查Ⅱ母電壓正常送電至2 號機機旁配電盤?；謴? 號機開機條件，遠方發令開機至并網。拉開10 kV 聯絡開關，恢復Ⅳ母、Ⅱ母由廠用變壓器供電的正常模式，停運柴油發電機。

2.5 恢復500 kV 系統，做好對電網送電準備

恢復500 kV 系統，通過倒閘，同上（2 號機）對3 號主變3B、1 號主變1B 充電，逐步恢復和調整400 V 廠用電正常運行方式。檢查500 kV 開關合環運行正常。2 號機、4 號機帶500 kV 系統合環運行，21B 帶Ⅰ母，22B 帶Ⅱ母、Ⅴ母， 23B 帶Ⅲ母，24B 帶Ⅳ母、Ⅵ母運行，Ⅶ母停電，廠用電系統已恢復供電。500 kV 兩條線路具備對外送出條件。

3 黑啟動存在風險及解決辦法

（1）柴油發電機啟動需依靠蓄電池作為啟動動力電源，需保證蓄電池電壓在22 V 以上，若電壓較低則需要充電。為保證柴油發電機隨時都可以啟動，電廠運行人員每周定期啟動柴油發電機空載運行15 min，抄錄運行數據（電壓、油壓、水溫）。檢查柴油機運行工況，保證事故情況下能夠及時啟動柴油發電機。為檢驗柴油發電機帶負荷能力，電廠多次進行柴油發電機帶負荷試驗，利用柴油發電機帶動廠房排風洞400 V 風機，地下廠房10 kV 深井泵，檢查風機排水泵啟動正常，運行穩定。

（2）由于黑啟動以后，機組并網發電沒有送出通道，負荷僅為廠內負荷及生活營地等生活負荷。機組額定負荷為600 MW，廠內負荷估算僅有40 MW。而機組運行窩滯工況為0～140 MW。若長時間在此工況內運行，機組振動過大，容易對機組造成損傷。機組運轉后應迅速啟用生活營地及廠內設備大批負荷，保障負荷及電力供應平衡，盡快聯系電網調度，如電網做好準備則盡快送電上網。其后需要對機組整體工況檢查評估。

（3）當電網大面積停電，廠內失壓，廠內消防系統也有癱瘓的可能，所以恢復過程中須特別注意廠區內消防安全。廠內通信設備可能癱瘓，手機等通信方式必然失去作用。除依靠內線電話，值守人員均配備有無線對講機。保證事故情況下按照事故預案處理。

4 結語

電網黑啟動涉及電網和廠站、子系統的劃分、電源點和路徑的選擇、電網負荷恢復、電氣計算和保護及自動裝置的考慮等多方面的問題[2]，非常復雜。事故情況下需當班人員密切配合，臨危不亂，安全迅速的黑啟動對電網恢復供電具有重大意義。本文僅針對D 電站作為一個黑啟動電源點在事故恢復過程中廠內運行方式倒換和操作步驟等情況進行分析，希望對同行業用戶提供參考。