尼爾基發電廠黑啟動方案分析

姚 遠，張 強

（嫩江尼爾基水利水電有限責任公司尼爾基發電廠，黑龍江齊齊哈爾 161005）

尼爾基發電廠黑啟動方案分析

姚 遠，張 強

（嫩江尼爾基水利水電有限責任公司尼爾基發電廠，黑龍江齊齊哈爾 161005）

1 黑啟動及黑啟動方案

大面積停電后的系統自恢復通俗稱為黑啟動。具體是指整個系統因故障停運后，在系統全部停電，處于全“黑”狀態下，不依賴別的網絡幫助，通過系統中具有自啟動能力的發電機組啟動，帶動無自啟動能力的發電機組，逐漸擴大系統恢復范圍，最終實現整個系統的恢復。黑啟動的關鍵是電源點的啟動，水輪發電機組與火電、核電機組相比，具有其它電力設備不具有的優點——輔助設備簡單、廠用電少，啟動速度快等。

作為一個相對獨立的系統，水力發電廠的黑啟動是指在無廠用交流電的情況下，僅僅利用電廠儲存的兩種能量——直流系統蓄電池儲存的電能量和液壓系統儲存的液壓能量，完成機組自啟動，對內恢復廠用電，對外配合電網調度恢復電網運行。機組具有黑啟動功能不僅是電站在全廠失電情況下安全生產自救的必要措施，也是電網發展的需要。

黑啟動方案就是指電力系統發生大規模停電后，盡快有序地恢復并重新構建一種新的穩定運行方式的預案和實際操作方案。

2 尼爾基發電廠黑啟動主要步驟

尼爾基發電廠采用河床式電站廠房，廠內裝有4臺ZZ587A—LH—732型水輪發電機組，單機容量62.25 MW，總裝機容量250 MW。

2.1 發電廠一次系統

2臺150 MVA主變壓器，其機變接線方式為兩機送一變擴大單元接線方式。發電機出口電壓為13.8 kV，經主變升壓為220 kV。1，2號機送1號主變，且在一號主變低壓側公共母線接有1號廠用變壓器31 T，其帶Ⅰ段廠用電源。3，4號機送2號主變，且在2號主變低壓側公共母線接有2號廠用變壓器32 T，其帶Ⅱ段廠用電源。1，2號主變送至220 kV公共母線，220 kV母線為單母線運行方式，最終通過線路斷路器送至黑龍江省拉東變電站。

廠用電方面，10.5 kV共有3段母線。正常運行狀態下，1號廠用變（31 T）、2號廠用變（32 T）運行分別為10.5 kVⅠ段母線及10.5 kVⅡ段母線送電。從地區變電所引來10.5 kV電源3開關正常在合閘狀態單帶10.5 kVⅢ段母線。1號廠用變壓器31 T低壓側1開關單帶10.5 kVⅠ段母線，2號廠用變壓器32 T低壓側2開關單帶10.5 kVⅡ段母線。10.5 kVⅠ，Ⅲ段母線聯絡1013開關及10.5 kVⅡ，Ⅲ段母線聯絡1023開關處于熱備用狀態。

2.2 水輪發電機組

水輪機為軸流轉槳式，立軸布置，型號ZZA833—LH—640；發電機為立軸半傘式密閉自循環空氣冷卻三相凸極同步發電機，型號SF62.5—56/10850。額定容量62.5 MW，額定電壓13.8 kV；額定電流2 988 A；額定轉速107.1 r/min；額定頻率50 Hz。

電廠勵磁部分的調節器為雙微機三通道調節器，其中A，B通道為微機通道，C通道為數字通道。正常工作時起勵裝置采用殘壓起勵，黑啟動時則采用零啟升壓的方式。

當失去廠用電源時，由于電廠調速器、監控現地LCU控制站和勵磁裝置均采用交、直流雙路電源供電，均不影響其正常工作。

2.3 4號機組帶廠用電（黑啟動）送電操作順序

拉開4號機引出線1341開關（并檢查開關在開位）；拉開3號機引出線1331開關（并檢查開關在開位）；拉開尼拉線引出線2251開關（并檢查開關在開位）；拉開2號主變高壓側2202開關（并檢查開關在開位）；合上2號主變中性點22022刀閘；拉開二號廠用變壓器低壓側2開關；拉開地區10.5 kV開關（并檢查開關在開位）；4號機組同期方式選擇開關切至“手動”位置；4號機組同期切換開關切至“切除閉鎖”位置（滑差表）；4號機A，B套勵磁調節器切手動，系統電壓跟蹤退出，殘壓啟勵退出，零啟升壓投入；檢查4號機滅磁開關在投入；用上位機下達開機令；將4號勵磁調節器柜上“整流/逆變”把手切至“逆變”位置；檢查4號機端電壓為零伏，手合4號機引出線1341開關；將4號勵磁調節器柜上“整流/逆變”把手切至“整流”位置，同時按4號機起勵按鈕及DDL觸發按鈕，機端電壓建立后，手動增勵至13.8 kV，將A，B套勵磁調節器切至自動；合上2號廠用變壓器低壓側2開關，帶全廠廠用電。

3 黑啟動的注意事項

1）根據事故處理原則中保證廠用電的原則，在發生事故時應在最短時間內恢復廠用電。因此在一般狀況下，當廠用電失去時，首選的恢復方式是利用來自地區變電所的可靠電源，具有時間短、供電可靠等優點。只有在廠用電失去，地區變電站同樣無法正常供電且短時間內無法恢復的時候，再采用黑啟動方式。

2）因廠內各排水泵不能長期失電，而黑啟動實施過程時間較長，因此尼爾基發電廠特設1臺柴油發電機作為水泵的保安電源，可提供水泵近2 h的供電，避免發生更為嚴重的事故。

3）選擇自啟動機組時應選擇備用狀態較好（機組平時運行穩定性好、調速器和壓力系統的油壓較高）的機組進行自啟動。根據尼爾基發電廠機組特性，帶廠用電機組應首先選用3號機組或4號機組，而所有帶廠用電機組壓油罐壓力必須在5.7～6.3 MPa之間，壓力油罐油位在＋2 060～2 400 mm之間。如不能達到上述標準，應及時更換機組。

4）帶廠用電機組升壓前必須將主變高壓側開關斷開,將機組同10.5 kV系統斷開。

5）升壓過程應緩慢進行，且電壓每升高2 kV對發電機和變壓器進行一次檢查，無異常后才能繼續升壓。

6）恢復廠用電時應先恢復運行機組所在的相應段廠用電運行，然后迅速恢復運行機組的動力電源、自動化控制電源和廠房照明電源；有效利用0.4 kV系統的斯沃開關逐步恢復全廠廠用電。

7）在黑啟動過程中，應派專人監視升壓過程及機組啟動過程，一旦發現異常情況，立即更換機組。

8）為保障黑啟動可以順利進行，發電廠在220 V交流回路中加裝了一套UPS逆變電源，可將蓄電池內的直流電逆變成為交流電，保證黑啟動前設備的運行。

4 制定黑啟動方案的目的及意義

目前，我國還沒有廣泛適用于不同網絡（運行方式和工況）的恢復方案，國家有關規定和規程以及相關文獻對發電廠全廠停電的處理也較少涉及。作為電力系統惡性事故之一——全廠停電事故一旦發生，將給發電廠及國家帶來巨大的經濟損失。

通過對尼爾基發電廠黑啟動方案的制定，可以確保事故發生后最短時間內有效恢復廠用電，并逐步恢復系統，減少事故損失，保障用戶正常用電。

TV61

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2010-12-22