水電機組黑啟動關鍵技術問題分析及處理對策

林春平

摘 要：水電機組在黑啟動的過程中，以手動的方式開機，廠用電恢復后，各個輔機的系統自主運行，然后，調速器便可切換到自動運行。本文以1號地水電站的黑啟動實驗以及2號地電網利用1號地水電機組進行黑啟動實驗為例，分析研究了在水電機組黑啟動實驗的關鍵技術問題及其對策。

關鍵詞：水電機組；黑啟動；勵磁涌流；零起升壓；自勵磁；溫升

1、概述

多年以來，由于世界經濟的不斷發展，世界各地開始出現了大規模的停電事故，這對于世界電網的安全有很大的隱患。2004年，1號地水利樞紐工程對其水電機組黑啟動進行了試驗并取得了顯著的成績這使得電網安全隱患得到了遏制。2號地電網多次使用1號地水電站的機組進行黑啟動模擬實驗并多次取得成功，下文對其中的關鍵技術進行分析與總結，為以后的同類型機組黑啟動試驗提供參考。

2、1號地水利樞紐概況

1號地水利樞紐位于某兩地的交接，控制流域面積達到39.5萬平方公里，總容量8.96億立方米，調節庫容4.45億立方米。兩地各自擁有其三臺機組，各自獨立運營，由6.3kV和0.4kV兩級電壓向其廠用店系統供電，每年向這兩地供水14億立方米。電站裝機108萬千瓦，年發電27.5億度，用電系統靈活且有效率。

3、對水電站黑啟動實驗的分析

當出現全電站全機組負荷停機，系統中的母線頻率與電壓均為0，出現廠用電各母線失壓等異常情況時，可以確認的事，該水電站已進入全“黑”狀態，應立即聯系兩地相關部門確認系統狀態，并向工程師提出黑啟動的申請，當確認黑啟動預案時，按步驟對該水電站進行黑啟動。水電站進行黑啟動實驗是為了對水電站的工作可以安全有效且平穩地進行，檢驗機組在孤網模式下的正常運行以及各機組在小負荷的情況下的平穩運行。經過試驗，1號地黑啟動實驗成功，并且2號地水電站也在2014年對該水電站進行了黑啟動實驗，以1號地水電站黑啟動實驗為基礎，在其統一調配與指揮下，進行了水電站黑啟動實驗。

4、黑啟動實驗關鍵技術及對策

4.1黑啟動的啟動條件

機組黑啟動具備的條件都有：具有備用的機組設備且保證機組一直處于備用狀態；廠內有便于接電的設備，在斷電狀態下可以恢復廠內正常負荷；高壓變壓器及其負荷開關處于正常的開關狀態；機組控制與直流電處于正常狀態；且在黑啟動設備各個轉承軸之間的油質合格；油位與油壓都處于正常值；未在機組中存在會影響黑啟動運行的問題。

4.2勵磁系統造成的過電壓的注意事項

由于勵磁系統沒有開機令，當機組轉速升至需要迅速建壓時只能進行手動逐步零升建壓。勵磁系統主要是由勵磁功率單元和勵磁調節器兩個部分組成。如果在勵磁風機無法正常運營的情況下，要保證勵磁風機的電源問題。

4.3調速系統、計算機系統和勵磁系統關系的注意事項

水電站黑啟動實驗的核心是廠內在失去交流電的情況下，是否可以實現自救。當廠內失去交流電，照明也不能提供的情況下，廠內的輔助設備也不能提供電源，無法進行正常的工作，整個廠的安全隱患是極度危險高的，該水電站進入了全“黑”狀態，隨即，黑啟動可以在全機電站停機時，啟動預案。工作人員通過手動操作，不同于正常開機時的自動操作，在合上機組的出口斷路器后，對高壓廠，變壓器由機組帶動實現一起升壓，由機組對調速系統、計算機系統和勵磁系統進行并網，加大規模電網模式的運行，如若造成黑啟動失敗，則先切斷發電機的出口斷路器，檢查其與調速系統、計算機系統和勵磁系統的連接。勵磁系統一般分為勵磁功率單元和勵磁調節器兩個方面，在黑啟動開始時，廠里即切斷了交流電的使用，此時，關于勵磁系統的首要問題是勵磁風機的電源由哪里提供。當黑啟動要對勵磁系統進行充電時，需要注意的是其末端過電壓問題，這時，需采用手動啟動勵磁并逐步升壓的方式。

4.4關于直流電源的注意事項

黑啟動是唯一的電源依靠就是直流電系統，因為黑啟動是在廠用交流電被切斷的情況下才會啟動的，作為唯一的電源，直流電系統擔負著保護、控制、勵磁、通訊及事故照明一切在黑啟動情況下需要直流電的責任，對于在黑啟動時的安全問題有著重要的作用。通過實驗的驗證，發現蓄電池可以持續兩個小時對設備進行供電，如若在黑啟動無法正常進行的惡時候期間，蓄電池就會報廢，所以，直流電的存量是否滿足黑啟動的需要是這個問題的關鍵。所以在黑啟動時要考慮到直流電是否可以對相關設備進行正常供電，在必要時候可以對部分超負荷用電設備進行停止運行，保證直流電存量可以滿足黑啟動的要求，及時更換蓄電池，保證電網的全部恢復以及重要地點的照明質量，盡量縮短黑啟動時間，對事故照明量進行合理的控制。

4.5調速器的油壓控制在安全值

水電站黑啟動的核心是在廠內處于全“黑”狀態時，在失去了交流電的情況下，還能否在調速系統的控制下，經過調速系統的調整，可以保證機組在電力事故停機時的油壓，導葉中油壓處于完成這一過程的關鍵位置，如果油壓降低到導葉失去控制室，機組就會出現飛逸的后果，也就意味著黑啟動無法正常進行。換句話說，也就是在機組黑啟動結束后時，是否還可以保證調速器油罐的油壓還處于它可以正常運行的最低值，所以，在必要情況下，可以采取手動控制導葉，人為開機，在開機的過程中，也盡量避免大量的耗油的操作，此人為操作可以由經驗豐富的操作人員操作。要在調速系統有關的油壓中值得注意的是油壓槽的油氣分布比例，保證油位必須高于油壓槽中可操作的最低油壓值。

4.6監控系統的作用

在廠內的監控系統一般使用單獨的供電系統，當水電站停電時，監控系統還是可以正常運轉的，黑啟動時，應當盡量延遲單獨系統的供電方式，為黑啟動的過程中提供輔助作用。監控系統發出增減功率的指令后調速器擴大運行模式后出現肥胖的發電機電壓過高可能導致黑啟動失敗，要確保監控系統在必要情況下啟動孤網運行模式，保證調速器不干擾黑啟動的正常運行。

4.7其他方面的注意事項

在黑啟動時，根據自動處理裝置及現場情況的改變隨時調整其運行模式。在黑啟動時，全站停電，這時，要特別注意水電站消防部的安全，排除一切安全隱患，時常對其進行檢查。保證在黑啟動時，操作人員的必要照明問題。

5、結語

近年來，水電站黑啟動因其快捷有效操作方式簡單收到世界各地的矚目。保證在停電后，水電站可以恢復正常的運行中，保證了黑啟動在停電后的應急措施。本著堅持預防和應急并重，常態和非常嚴重相結合的應急管理方針，依然要對黑啟動問題提高重視，提前做好應急處理的各項準備工作，保證在電網發生停電事故后的黑啟動能夠成功進行。

參考文獻：

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