蘇只電站黑啟動的可行性分析

摘 要：所謂黑啟動，是指整個電站因故障停運后，系統(tǒng)全部停電，處于全黑狀態(tài)，短時間無法恢復，不依賴別的網絡幫助，依靠現(xiàn)有的油壓系統(tǒng)和直流系統(tǒng)將機組啟動，恢復廠用和自用電，有條件的情況下向電網提供電能。文章結合蘇只電站實際情況，對黑啟動中的相關技術及可行性進行分析。

關鍵詞：蘇中電站；黑啟動；系統(tǒng)運行

1 電站概況

黃河蘇只水電站位于青海省循化縣與化隆縣交界處，是黃河干流上游龍（羊峽）～劉（家峽）河段梯級開發(fā)中的第9座梯級電站，工程樞紐位于循化縣查汗都斯鄉(xiāng)蘇只村，上游距在建的公伯峽水電站12km，下游距待建的黃豐水電站9km，距西寧市150km。安裝3臺單機容量為75MW的軸流轉槳式水輪發(fā)電機組，多年平均發(fā)電量8.79億kW·h。電站以330kV和110kV兩級電壓送出，其中330kV出線一回接入公伯峽水電站330kV開關站，、110kV出線四回，第一回送至公伯峽110kV地區(qū)變電站，第二回送至循化110kV地區(qū)變電站，另預留兩回110kV出線位置。

2 黑啟動的必要

由于征地移民問題的存在，110KV兩回線路自電站投產以來長期未投入運行，出線只有330KV公蘇線一條，大大限制了機組出力。

蘇只水庫末端與公伯峽水電站尾水銜接，距公伯峽電站12公里，公伯峽電站的下泄流量就是蘇只電站的入庫流量，由于電站水庫庫容小（0.455億立方米），一但線路故障全廠失電后將失去廠用電源，極易造成棄水或者漫壩的事故。甚至造成垮壩事故，因此電站為了安全必須具備黑啟動能力。

3 黑啟動中的有關技術問題

考慮蘇只電站機組黑啟動缺乏前期的基礎數據，需對制約黑啟動的各個環(huán)節(jié)逐一試驗，故基本試驗思路為：先分步試驗各環(huán)節(jié)，在此基礎上，再根據試驗數據，決定是否進行后續(xù)完整試驗。基本試驗環(huán)節(jié)包括：

3.1 動力失電后的壓油裝置油壓油位的保持程度：機組啟動操作導葉至空載后，其油壓及油位應能維持到動力電源的恢復。

3.2 冷卻水中斷后各部軸承軸瓦溫度的上升：由于水系統(tǒng)無自流供水功能，初次開機，無冷卻水，確保各部瓦溫不會過高。

3.3 工作密封的可靠性：動力失電后，加壓泵不能啟動，主軸密封水中斷，平板、斜面、端面三密封的工作潤滑水量不足，裝置不能正常工作，同時有可能干摩擦燒損，導致頂蓋被淹。

3.4 勵磁功率柜在風機停風后的工作問題：功率柜風機電源取自廠用電，需驗證調節(jié)器在冷卻風機停用后的對功率柜的控制行為，是否會限制整流回路工作，本環(huán)節(jié)是黑啟動成功的關鍵。勵磁功率柜停風后，驗證可控硅溫度的上升情況。

4 系統(tǒng)接線及運行方式

系統(tǒng)接線見圖1：進行最終完整的試驗前，系統(tǒng)應為以下運行方式：1FB、2FB、公蘇線正常運行，廠用Ⅲ段重要負荷倒至Ⅰ、Ⅱ段，拉開3B高壓側83開關，合上3F 1303開關，拉開3F機旁3J02，此時3FB單元真正處于“全黑“狀態(tài)。

5 實驗步驟

5.1 勵磁功率柜停風試驗

5.1.1 上位機監(jiān)控開機至空轉，勵磁調節(jié)器按現(xiàn)地開機按鈕，發(fā)電機自動加壓至額定，觀察功率柜風機在機端電壓達20%Ue啟動，按“逆變”按鈕，滅磁，風機自動停止。

5.1.2 勵磁調節(jié)器盤調整機端電壓給定值至10%Ue（最低值）逐步遞升機端電壓，達到20%Ue風機啟動，后逆變滅磁。

5.1.3 再次加壓至20%Ue，拉開1#功率柜風機電源，調節(jié)器報“功率柜故障”，1#柜輸出無變化。

5.1.4 記錄功率柜初始溫度，切除3F機旁動力盤勵磁風機主用、備用電源開關，勵磁調節(jié)器盤遞升加壓至90%Ue，監(jiān)視溫度變化情況，記錄運行2min后溫度值。

5.1.5 投入3F機旁動力盤勵磁風機主用、備用電源開關，風機自動啟動，整流柜溫度下降0.1℃。

5.1.6 上位機監(jiān)控發(fā)3F停機令，3F停機備用

5.2 壓油裝置停泵開機試驗

油壓裝置的壓力決定機組能否有適當的油壓正常啟動，不會造成低油壓事故停機或是油壓過低無法推動接力器的動作從而使導葉無法動作。

5.2.1 機組頂蓋、加壓泵、壓油泵控制盤、壓油裝置、電調盤、勵磁調節(jié)器、機旁動力盤各定點監(jiān)視、操作人員到位，與中控通訊測試正常。

5.2.2 3號機組單機油系統(tǒng)三臺壓油泵切除，退出工作油罐低油壓保護（5.0Mpa），機組開機觀察壓油裝置油壓變化情況，詳細記錄開機前、后壓油罐油壓、各部軸承、頂蓋水位數據。

5.2.3 3號機組電調切“現(xiàn)地”、“電手動”控制、協(xié)聯(lián)投入，手動退出鎖定（加壓泵未啟動），開啟導葉開度至11%，監(jiān)視轉速至額定，觀察機組軸承、空冷器溫度變化情況，詳細記錄開機過程中開機時間數據。

5.2.4 逐臺投入機組壓油泵，恢復油壓至額定壓力。

5.2.5 監(jiān)視頂蓋漏水情況，檢查水車室無密封磨損所產生的異味。

5.2.6 穩(wěn)定運行20min，間隔4min記錄試驗數據，見表2、3。

5.2.7 切除3F 三臺壓油泵，電調盤連續(xù)關導葉開度至全關，記錄轉速到零所需時間及停機前后壓油罐油壓數據。

5.2.8 恢復3F至備用態(tài)。

表2 3號機組壓油裝置協(xié)聯(lián)投入，油壓變化一覽表。

表3 機組各部溫度一覽表

5.3 對勵磁試驗、壓油泵全停、冷卻水、密封水斷水試驗分環(huán)節(jié)試驗結果進行驗證分析后，進行本次完整試驗。

6 實驗結果分析

6.1 勵磁系統(tǒng)環(huán)節(jié)試驗中，整流柜風機停風，晶閘管在自然冷卻環(huán)境下，2min內，輸出勵磁空載電流，功率柜溫度上升幅度很小，表明晶閘管可以短時間內正常工作。

6.2 壓油裝置失電后，從開導葉至空載開度及由空載開度到全關，整個操作完成，油壓、油位的仍高于低油壓動作值（5.0Mpa），證明現(xiàn)壓油罐運行方式及油位中線的運行要求可保證黑啟動的完成。

6.3 機組在冷卻水中斷情況下，各部軸承最大溫升為11.8℃，絕對溫度在機組運行20min后仍低于跳閘溫度（60℃）23℃，為黑啟動提供了有利的基礎。

6.4 機組密封水中斷情況下，由于機組維持在空載開度，頂蓋形成負壓，漏水量明顯減少。考慮密封水還起到對平板、端面、斜面密封橡膠材質的潤滑作用，干摩擦可能引起密封發(fā)熱燒損，但進一步的觀察表明，這種情況并未發(fā)生，主要由于這些密封裝置安裝位置處于頂蓋泵自動停泵的最低水位以下，這部分積水在一定程度起到了對密封的潤滑效果。

6.5 從試驗可以看出，對開機速度影響最大的是轉速的上升率，根據最近一次的1F開機并網時間統(tǒng)計，自動情況下：鎖定拔出到轉速大于90%Ne，用時1m31s，鎖定拔出到到并網需時2m12s。而本次3F手動完整試驗時，鎖定拔出到轉速大于90%Ne，用時1m47s，鎖定拔出到機端電壓到額定用時3min。是因為自動開機存在由啟動開度1（28%）向啟動開度2（10%）切換的過程，但在黑啟動情況下，這種操作必將加速壓油裝置油壓油位的過快下降，同時存在過速危險，而且開機速度上相差并不明顯，因此在電站黑啟動情況下，不建議開機時應用這種大幅度調節(jié)導葉開度的方式。

6.6 直流系統(tǒng)是黑啟動中唯一的電源，是電站的繼電保護，操作控制，勵磁，調速，通信事故照明等運行的前提，因此對蓄電池容量有較高的要求，查看廠家資料后得知在蓄電池可以單獨持續(xù)供電8小時之久，有較大的容量，能滿足黑啟動的要求，此次試驗直流系統(tǒng)供給事故照明1h，表面上直流系統(tǒng)各參數無變化，但并不意味著直流系統(tǒng)蓄電池絕對的可靠，因為試驗中充電機仍然在工作中。因此，真正的全廠交流失電后，直流系統(tǒng)蓄電池的續(xù)航能力是整個電站黑啟能否成功的最關鍵因素。

7 庫區(qū)水位分析

上游水位的高低影響著機組的經濟運行，二者相互矛盾并存，如果處置不當，極易造成漫壩事故，為此對上游來水以及全廠停電狀況下水位上升情況進行了分析計算，通過分析蘇只電站的設備情況和實驗數據得出電站從全站失電到黑啟動開機正常需要時間約為7分鐘，通過表4的計算得知庫區(qū)水位應該預留一定的上升區(qū)間，以保證開機帶廠用電后順利提起泄洪閘，因此庫區(qū)水位建議最高不能超過1899.70m，預留處理事故的時間。

通過理論分析實際操作模擬環(huán)境為今后的事故處理提供了理論和實際依據，但是此次實驗中已經將重要負荷進行轉移，同時庫區(qū)水位正常，因此需要運行人員積極的開展事故演習，總結經驗，查找不足，逐漸完善黑啟動方案中的不足之處，并提高運行人員處置突發(fā)事故的能力，確保廠房大壩的安全。