大型水電廠一鍵黑啟動方案及其系統試驗

田小兵

(貴州構皮灘發電廠，貴州 遵義 564408)

大型水電廠一鍵黑啟動方案及其系統試驗

田小兵

(貴州構皮灘發電廠，貴州 遵義 564408)

介紹構皮灘發電廠在現場無人值班的模式下，針對系統全停，通過遠方控制機組自啟動，恢復廠內用電的一鍵黑啟動方案。同時對設備改造和實際現場試驗中發生的問題進行分析，該方案和具體試驗經驗針對無人值守的電廠有一定的可操作性，不再依賴人為啟動柴油發電機，是一種快速有效的黑啟動方法。

機組一鍵自啟動;系統恢復;黑啟動

圖1 一鍵黑啟動簡要說明及其試驗范圍

0 引言

電廠黑啟動是指在電廠全面積停電，無外來電源，機組無自用電的情況下，通過有黑啟動能力的機組啟動，帶動自身廠用電，從而進一步帶動全廠用電，正常恢復其他機組乃至整改系統的運行。

構皮灘電廠一鍵黑啟動有別于以往的常規黑啟動，不再依賴現場值班人員和柴油發電機。在現場無人值守，遠程集控的情況下，通過上位機程序一鍵操作，直接完成設備的自啟動，從而帶動全廠廠用供電，完成黑啟動。

1 一鍵黑啟動方案主要內容

因為水電廠具有開機快，啟動簡單的特點，所以黑啟動相對比較方便。同時作為無人值班，遠程集控的電廠，不能再完全依賴傳統的柴油發電機進行黑啟動，所以通過遠程控制，機組自身黑啟動是最優的黑啟動方案[1]。

1.1黑啟動的范圍

構皮灘電廠#2機組上位機一鍵黑啟動采用機組作為電源點進行黑啟動，如圖1所示。當監控系統監測到全廠失壓信號動作后迅速將告警信號發送至烏江集控中心及廠內24 h即時信息報警系統，由集控值班調度人員(或廠調度組人員)在上位機監控系統一鍵黑啟動按鈕對#2機組進行黑啟動，將#2機組開至發變組“黑啟動空載態”，然后靠10 kV及400 V廠用電自行恢復#2機組及公用充電裝置廠用電。

試驗范圍：#2發電機及變壓器組(發電組)、12B高壓廠用變壓器(高廠變)、10 kV II段母線及其負荷開關及所屬400 V電壓廠用電(廠用電)系統。

1.2技術措施

1.2.1 全廠失壓信號監控改造

在數據庫中增加“全廠失壓”綜合信號點，并將該信號送集控中心及廠內oncall系統，該信號的判斷條件為所有機組機端電壓及500 kV I、II段母線電壓均小于額定電壓的10%，10 kV母線電壓均小于10%。

在計算機監控系統數據庫全廠對象中，增加行為“全廠失壓”，在對象編輯里，引入機組機端電壓及500 kV I、II段母線電壓，編寫腳本全廠失壓判斷邏輯，再將該對象點引入全廠開關量中。在最后新增一點“黑啟動全廠失壓測試點”，用于全廠對象“全廠失壓送集控”中腳本判斷(模擬全廠失壓)判據1：500 kV I段母線電壓<50 kV且500 kV II段母線電壓<50 kV且10 kV I段母線電壓<1 kV且10 kV II段母線電壓<1 kV且10 kV III段母線電壓<1 kV且10 kV IV段母線電壓<1 kV。

判據2：人為干預進行信號點強置為全廠失壓(主要為試驗時使用)

結論：若判據1和判據2中任意一項成立，判定為全廠失壓情況成立，其他情況判斷全廠失壓情況不成立。

1.2.2 一鍵黑啟動操作邏輯增加

分別新增機組一鍵黑啟動操作命令及允許操作條件。該命令允許操作條件共10項：機組現地控制單元(LCU)在遠方位置、全廠失壓、機組無事故、機組消防無事故、進水口閘門全開(開關量)、發電機出口地刀在分位置、壓油裝置油壓>5.2 MPa、主變高壓側地刀分閘、開關站直流系統兩段母線電壓正常>200 V、廠房直流系統兩段母線電壓正常>200 V。操作按鈕設置在計算機監控系統中機組的“單元接線”畫面，并將允許操作條件做成虛擬點上送集控中心。上述邏輯段中所有10項允許操作條件必須全部同時滿足，才可進行黑啟動操作。

1.2.3 解決無壓狀態時無法合發電機出口開關問題

原程序中機組在停機態時，機端電壓無壓，但是發電機出口斷路器系統(GCB)無遠方無壓合閘程序。在原有程序中機組出口開關GCB在合閘位置時，上位機監控系統默認機組為發電狀態，在此情況下無法下達機組開機令。本次一鍵黑啟動前，在上位機增加“上位機允許無壓合軟壓板”，當黑啟動機組需無壓合GCB時投入。該軟壓板投入后，機組能夠正常判定為停機狀態，上位機監控系統能夠正常下達開機令，機組開機。

1.2.4 技術供水控制系統改造

原機組技術供水電磁閥控制電源為AC 220 V，在全廠失壓時交流電源消失，電磁閥將無法打開，需將技術供水電磁閥控制電源改為DC 220 V電源控制，并對控制元件進行換型(繼電器、接觸器、空開)、滿足黑啟動機組技術供水控制要求。

1.2.5 勵磁系統起勵程序段優化

因一鍵黑啟動后需帶主變進行升壓，但黑啟動對GCB進行合閘后，勵磁系統默認為已并網，勵磁系統不能進行零起升壓，需在勵磁系統新增黑啟動起勵程序，使其滿足一鍵黑啟動要求。同時利用監控系統機組線路控制器(LCU)柜備用繼電器開出勵磁黑啟動命令，當勵磁系統收到該命令后進行黑啟動狀態下的勵磁調節。

2 機組黑啟動試驗步驟

(1)完成下位機系統中#2機LCU、公用系統LCU、開關站LCU中黑啟動相關可編程邏輯控制器(PLC)流程的添加。

(2)完成上位機系統中#2機黑啟動相關數據庫、控制畫面、順控流程等功能的配置工作。

(3)完成#2機黑啟動相關開出信號核對。

(4)完成#2機黑啟動相關流程靜態試驗。

(5)完成#2機黑啟動動態試驗。

3 一鍵黑啟動靜態試驗

3.1靜態試驗目的

檢查新增一鍵黑啟動程序編寫的正確性，檢查新增改造項目的正確與否，檢查新增程序的控制回路是否通暢并正確開出，檢查終端設備能否正確接收程序信號。

3.2靜態試驗前設備狀態要求

斷開#2主變高、低壓側斷路器和隔離刀閘，斷開#2機組出口開關和隔離刀閘，斷開#2高廠變出口開關092并搖至試驗位置，斷開#2機自用電10 kV 021開關并搖至試驗位置，斷開#2機自用電400 V 421開關并搖至試驗位置，#2機組調速器切至現地控制方式，#2機勵磁調節器切至現地控制方式，#2機技術供水切至現地控制方式。

3.3靜態試驗實施

(1)在上位機監控系統選定#2機一鍵黑啟動按鈕，啟動#2機組黑啟動程序自動開啟#2發變組至空載狀態并恢復自帶廠用電。

(2)監視500 kV系統5021，5022開關、12B低壓側092開關、10 kVⅡ段上0120，001，021，047，023，031，033，041，053，025，043以及10 kVⅢ段上0230開關自動分閘正常。

(3)檢查調速器接收到開機令，繼電器動作。

(4)模擬機組空轉態后檢查勵磁調節器接收到起勵令。

(5)模擬機組空載態后和高廠變電壓正常信號后，檢查092，021，421開關合閘動作正常。

(6)全面檢查#2發變組及所屬輔機控制設備運行正常。

4 一鍵黑啟動動態試驗

4.1動態試驗目的

在完成靜態實驗的基礎上，按照真正的全廠失壓去設置實驗機組邊界條件，檢查黑啟動流程執行時設備的實際動作情況，從而得到全過程中關于設備溫度變化、輔助設備投入、一次設備動作、電壓變化等原始數據，真正完成一次機組一鍵自啟動試驗。

4.2動態試驗前設備狀態要求

合上#2主變高、低壓側斷路器和隔離刀閘，斷開#2機組出口開關和隔離刀閘，合上#2高廠變出口開關，合上#2機自用電10 kV 021開關，合上#2機自用電400 V 421開關，#2機組調速器切至遠方控制方式，#2機勵磁調節器切至遠方控制方式，#2機技術供水切至遠方控制方式。

4.3動態試驗實際動作流程

(1)在上位機監控系統選定#2機一鍵黑啟動按鈕，啟動#2機組黑啟動程序自動開啟#2發變組至空載狀態并恢復自帶廠用電。

(2)監視500 kV系統5021，5022開關、12B低壓側092開關、10 kVⅡ段上0120，001，0230，021，023，031，033，041，053，025，043以及10 kVⅢ段上0230開關自動分閘正常。

(3)開啟#2機組技術供水正常。

(4)調速器接收到開機令，機組轉速上升正常值空轉態。

(5)檢測發電機出口開關GCB 802合閘正常，出口隔離開關8026在合閘位置。

(6)勵磁調節器接收到起勵令，機組機端電壓正常，機組空載態。

(7)092，021，421開關合閘動作正常。

(8)發變組及所屬輔機控制設備運行正常。

5 黑啟動過程中注意事項

(1)啟動試驗過程中派專人在調速器電氣控制柜監視轉速和導葉動作情況，出現機組頻率超過53 Hz，轉速超過115% Ne而過速保護未動作時，應立即按下緊急停機按鈕停機。

(2)啟動試驗過程中派專人在機房盤監視監視機組各軸承溫度，當軸承溫度上升至60 ℃(推力軸承溫度上升至55 ℃)時，立即按下緊急停機按鈕停機。

(3)啟動試驗過程中派專人在勵磁調節柜監視機組勵磁情況，發現勵磁電壓和機端電壓異常波動情況時，立即緊急停機滅磁按鈕停機。

(4)啟動試驗過程中派專人在#2機機組自用電監視機組自用電動作情況，啟動總指揮在啟動過程中發現機組空載正常后未能及時恢復機組自用電時，應立即通知現場人員合上#2機自用電Ⅱ段上推力外循環電源開關，啟動機組推力外循環。

(5)啟動試驗過程中派專人監視#2機機組壓油裝置油壓、油位變化情況，發現油壓低于4.8 MPa事故低油壓未動作或者油位越低低限情況，立即合上#2機自用電Ⅱ段上壓油裝置電源，啟動壓油裝置油泵(或按調速器緊急停機電磁閥停機)。

(6)派人監視水車室頂蓋水位情況，若出現水位異常升高情況，立即通知機旁盤監視人員合上#2機自用電Ⅱ段上水輪機動力柜電源開關，啟動機組頂蓋排水泵。

6 結束語

現場無人值班是目前水電廠正在探討的一種新型工作模式，一鍵黑啟動不需要現場人員，與傳統的柴油發電機黑啟動由很大區別，真正保證了現場無人時，系統失壓后的迅速恢復，大大提高了系統的安全性。同時一鍵黑啟動整個過程時間較短，相比傳動的柴油發電機黑啟動時效性和安全性更好，具有很好的推廣性和借鑒性。

[1]趙秀奇.關于黑啟動及試驗[J].云南電力技術，2011.39(8)：24-26.

TM 621

B

1674-1951(2017)10-0060-03

2017-05-22；

2017-09-11

(本文責編：齊琳)

田小兵(1984—)，男，貴州遵義人，助理工程師，從事水電生產管理、運行調度、事故處理、設備試驗、發電設備檢修方面的工作(E-mail:54582100@qq.com)。