青溪发电公司“黑启动”能力浅析

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〔摘  要〕 水力发电厂具备“黑启动”的能力对发电设备及电网的安全具有重要意义。介绍了青溪发

电公司在220kV系统及厂用电系统等交流电源全部消失情况下，利用机组压油系统所储存的液压能量及蓄电池直流系统的能量自启动机组，恢复厂用电；分析了在“黑启动”中的相关问题及采取的措施。

   〔关键词〕 黑启动；能力；分析

    2003年，一些欧美国家相继出现了电网大面积停电事故，给当地社会生活造成严重影响。事故的教训表明，制定完善的“黑启动”方案是完全必要的。我国各级政府非常重视电力供应的安全，已把电力系统的“黑启动”方案纳入整个社会的应急方案之中。水力发电机组在系统“黑启动”中往往担负启动电源的重要角色。

    青溪发电公司装有4台轴流转浆式水轮发电机组，总容量为4×36 MW，以发电为主，兼顾航运、防洪，是粤东电网的主力发电企业之一。在粤东系统大面积停电情况下，它的机组具有自启动能力，而且具有启动迅速、并网快捷的优势，是粤东电网“黑启动”的启动电源。另外，公司远离负荷中心，与系统的联系比较薄弱，只有一条220 kV线路连接，一旦发生全厂停电事故，若不能及时恢复厂用电，不仅不能挽救电网，而且很有可能发生水淹厂房及全厂机电设备失控的重大事故，将造成巨大的经济损失。

    因此，分析青溪发电公司机组“黑启动”能力并制定出“黑启动”方案，对及时地恢复厂用电，保证自己的机电设备安全和防止水淹厂房事故乃至整个粤东电网都具有重要意义。

  

1  公司“黑启动”的指导思想和操作程序

  

1.1 “黑启动”的指导思想

    在220 kV系统及厂用电系统交流电源全部消失后，为了赢得时间，争取主动，确保机电设备及人身安全，即进入“黑启动”程序。即全厂交流电源消失后，利用机组压油系统所储存的液压能量及220 V直流蓄电池系统的能量，选择自启动条件较好的机组开机升压带厂用电，为电网的恢复创造条件。

1.2 “黑启动“的操作程序

    全厂失压开机带厂用电的操作是非正常方式的开机操作，操作中要注意系统运行方式和操作程序。“黑启动”开机带厂用电的操作程序如图1所示。

  

2 “黑启动”相关问题及采取的措施

  

2.1  机组压油系统

    机组压油系统是提供机组液压操作动力的装置。在厂用电消失以后，机组的启动操作只能依靠压力油罐储存的能量来进行，因此压油系统储存的压力油能否满足要求，是“黑启动”能否成功的关键。公司压油系统压油罐容积6.0 m3，额定工作压力4.0 MPa，其正常油位由自动补气装置来保证。系统安装2台输油量为6 L/s螺杆压油泵，互为备用，由可编程控制器PLC控制其自动运行，该压油系统能满足机组“黑启动”的要求。另外，公司将工况较好的一台机组定为“黑启动”首选机组，将其压油系统主油泵的启动压力调高0.15 MPa，提高了机组“黑启动”的成功率。

2.2  机组调速系统

    机组的调速器采用交直流双路电源供电，在交流电源中断时仍能保持正常运行。在“黑启动”等无网频信号的情况下启动机组时，调速器将由跟踪网频状态自动转为跟踪机内频率给定状态，防止调速器由于检测不到网频而不稳定。另外，通过技术改造，将调速器原使用的耗油量为3 L/min的2台电液转换器改为无耗油的步进电机，大大减少了调速器在机组启动以及停机备用时的耗油量。

2.3  机组励磁系统

    机组的励磁系统采用交直流双电源供电，起励电源取至220 V直流系统，能保证机组在交流电源中断的情况下正常运行。当调节器接受到95%转速信号与监控系统投励磁令(或手动起励)时，发电机升压至100%额定电压。整流桥采用3个可控硅全控整流桥并联运行，单桥额定输出电流为500 A。厂家规定在额定工况下整流柜风机停运时，允许整流桥运行10 min，而运行人员从机组升压到恢复厂用电的操作时间不会超过5 min，可见整流桥能满足机组“黑启动”时无励磁风机升压的要求。

2.4  机组顶盖排水系统

    轴流转浆式水轮发电机组的顶盖积水需依靠泵排出。当交流电源中断，顶盖泵不能正常工作，且较长时间不能恢复时，顶盖积水将会淹没水导轴承，甚至淹没顶盖泵和水车室。在投产初期，由于水轮机导叶套筒漏水严重，在停机状态下，顶盖水泵停运15 min就可能造成水导轴承被淹事故。为此，利用机组大小修的机会，对导水机构进行了技术改造，大大减少了顶盖漏水量，达到在停机状态下顶盖基本无漏水，在开机状态下不启动顶盖泵至少可以维持60 min不出事故。基本上可以消除机组在“黑启动”过程中水导轴承被淹事故。

2.5  220 V直流系统

    厂用交流电源消失后，事故照明、所有控制和操作电源只能依靠220 V直流系统蓄电池供电，因此，“黑启动”对蓄电池容量有较高的要求。公司

220 V直流系统采用单母线运行，设有2组蓄电池成套装置，以浮充电方式运行。按2003年12月的试验结果，1号蓄电池组总容量为120 A·h，2号蓄电池组总容量为55 A·h，而失去交流电源以后，直流系统事故总负荷约为45 A。可见任意一组蓄电池运行均可正常供电1 h以上，可以满足“黑启动”要求。

2.6  监控系统UPS电源

    计算机监控系统配备专用的不间断电源装置与专用的蓄电池组，并由维护人员定期对其进行试验。在厂用电中断的情况下，该蓄电池组能实现自动切换，正常承载负荷，保证监控系统在“黑启动”过程中正常运行。

2.7  厂房事故照明系统

    正常时，厂房事故照明电源取自厂用交流电，

在厂用交流电源消失后能自动切换到220 V直流供电。针对厂房事故照明系统存在接线混乱、多点接地以及与非事故照明回路有串接等问题，公司对事故照明系统进行了全面整改，消除了隐患，布置也更加合理。另外，在中控室还设置了长期由220 V直流系统供电的经常事故照明系统。

2.8  后备电源系统

    由于防洪需要，公司按要求为溢洪闸门启闭机配置了一台柴油发电机作为备用电源，并使其可与厂用母线联络运行。如果启动机组带厂用电操作失败，则可启动柴油发电机供厂用电，作为“黑启动”的后备电源。由于柴油发电机是按溢洪闸门启闭机的要求配置的，其额定容量只有400 kW、额定电流为722 A， 因此在启动带厂用负荷时须严格按规定程序操作，控制负荷，防止柴油发电机过负荷运行。      

2.9  通讯系统

    通讯系统具备微波、载波、程控及移动等多种通讯方式，并设置专用的48 V直流系统，作为通讯设备电源，以确保在各种极端事故情况下通讯畅通。通讯载波人员应按要求认真做好维护工作，防止发生通讯中断故障。

2.10  值班人员事故处理能力

    机组“黑启动”操作方式特殊，要求运行值班人员互相配合、迅速准确地完成机组的启动升压带厂用电的全过程。因此，要对运行人员定期进行“黑

启动”事故演习，使他们能熟练地掌握“黑启动”操作并提高应变能力，以缩短运行操作时间，保证“黑启动”成功。

  

3  结束语

  

    青溪发电公司在采取了一系列的技术改造和相关的技术措施后，目前已能实现在机组全停、厂用交流电全停情况下的“黑启动”，为恢复发电机组和厂用电的正常运行、为广东电网事故后的全面恢复创造条件。但仍需对机组启动后空载向长线路充电的运行方式进行试验或评估，防止“黑启动”过程中操作过电压、谐振过电压、机组自励磁、低频振荡等事故造成设备损坏。