老撾南湃水電站首次黑啟動試驗分析總結

周 愨，胡元鋒，劉 勇

（北方國際合作股份有限公司，北京100040）

1 引言

黑啟動是指整個電力系統因故障停運后， 在無法依靠其他電網送電恢復的條件下，通過系統中具有自啟動能力的機組的啟動， 帶動無自啟動能力的機組，逐步擴大電力系統的恢復范圍， 最終實現整個電力系統的恢復。水輪發電機組沒有復雜的輔機系統， 廠用電少， 啟動速度快，是方便、理想的黑啟動電源。

南湃（Nam Phay）水電站位于老撾萬象省北部Phoun區，壩址位于南俄河（Nam Ngum）支流南湃河（Nam Phay）上游峽谷，南俄河（Nam Ngum）是湄公河的1級支流。水庫正常蓄水位1140 m，設計洪水位1141.7 m，校核洪水位1143.49 m，水庫總庫容2.059億m3，調節庫容1.326億m3，電站廠房位于南樂克河右岸。由于老撾電網容量小，雨季期間又極易發生線路故障造成全廠廠用電失電現象，因此啟動機組恢復全廠廠用電，保證全廠設備正常運行，是很有必要的措施。本文詳細分析了機組黑啟動的條件，并對黑啟動中倒閘的基本操作及注意事項也進行了分析。

2 南湃水電站機電設備概況

2.1 機電設備概況

南湃水電站為引水式電站，裝設2臺沖擊式水輪發電機組，水輪機的型號為：CJC 601-l-180/4×14.5，發電機的型號為：SF43-10/3900，總裝機容量86 MW（2×43 MW），額定轉速 600 r/min，額定水頭 700 m，額定流量14.03 m3/s。發電機出口額定電壓11 kV，額定頻率50 Hz。兩臺機組通過發電機、變壓器單元接線型式經115 kV GIS母線，由兩回線路接入Thongkoun2變電站，每回線路長度約為42 km。

2.2 黑啟動相關設備概況

2.2.1 黑啟動電源

黑啟動電源系統如圖1所示，在機組停機狀態下，若115 kV線路發生故障跳閘，廠用變壓器ST1及ST2將失電，機組黑啟動首選電源為柴油發電機，柴油發電機出口斷路器在I段400 V母線上，II段母線可以通過母聯斷路器由I段母線供電，22 kV外來備用電源接在II段母線上。柴油發電機參數如表1所示。

圖1 黑啟動電壓接線圖

2.2.2 黑啟動柴油發電機所帶負荷

黑啟動過程中柴油機所帶負荷分為A類負荷和B類負荷， 其中A類負荷指黑啟動過程中必須啟動的負荷，B類負荷指黑啟動過程中滿足啟動容量的前提下可以啟動的負荷。

表1 柴油發電機主要參數

各類負荷統計如表2 所示。

表2 黑啟動負荷統計表

如表2所示，在機組黑啟動過程中，南湃水電站A類負荷為118.77 kW，B類負荷為53.2 kW，A、B類總負荷為171.97 kW，而柴油發電機容量為320 kW，完全滿足機組黑啟動所需電源。

2.2.3 調速器系統

南湃水電站調速器由武漢國測三聯水電設備有限公司提供，型號為CJWT-4/4-6.3，是機械液壓系統與微機電氣裝置配合組成的微機型電液調速器，機、電柜分開，電柜、機柜分別布置在發電機層、電纜夾層。調速器及壓油裝置已按《DL/T496-2001水輪機電液調節系統及裝置調整試驗導則》進行試驗，達到《DL/T 563-2004水輪機電液調節系統及裝置技術規程》的指標。調速器壓油裝置主要技術參數見表3。

機組一次開機至空轉調速器油壓下降0.1 MPa，油位下降10.5 mm。在正常情況下，油壓裝置的油壓能保證進行1次開啟和關閉，但需要注意壓油罐的油、氣比例。由于機組零起升壓前，需先將機組出口斷路器合閘（帶主變），為避免機組在零起升壓過程出現頻率異常波動現象，調速器頻率控制參數要設置為“頻率調節”模式。

2.2.4 勵磁系統

表3 調速器壓油裝置主要技術參數

南湃水電站水輪發電機組勵磁系統是采用可控硅三相全控橋整流自并勵靜止勵磁，勵磁設備采用武漢洪山電工科技有限公司的ZL-088型勵磁裝置。該裝置包括2個整流柜，1個HWJT-09 C型雙微機勵磁調節器柜，1個由起勵裝置、滅磁回路組成的滅磁柜、轉子過壓保護柜以及配套的勵磁變壓器。勵磁裝置采用冗余設計，安裝了2套自動調節裝置以及2套功率整流裝置，正常運行情況下，2套裝置自動運行調節，無需運行人員干涉。發電機正常起勵為殘壓起勵，殘壓不足時用直流進行起勵。正常滅磁采用可控硅逆變滅磁，事故時采用磁場斷路器加非線性電阻進行滅磁，功率柜冷卻方式采用強迫風冷方式。勵磁風機電源在黑啟動過程中由柴油發電機提供。

基于勵磁本身設計原因，機組零起升壓操作需要在勵磁柜本地操作，操作前先修改參數“自動Ug參數位置”為3600，且要將“發電機出口斷路器分閘位置”短接到勵磁系統中（X7第8號端子）。

3 南湃水電站黑啟動操作及保障措施

由于本站機組容量有限，不足以支撐整個電網黑啟動運行，黑啟動主要任務為恢復本站廠用電系統運行。

3.1 廠用電的啟動操作

廠用電的啟動操作分為利用柴油發電機對400 V系統的啟動操作和利用“黑啟動”機組對11 kV系統和400 V系統的啟動操作。

3.1.1 柴油發電機組對400 V系統的啟動操作

（1）拉開并確認廠用變高低壓側開關52 PS、52 PS1、52 PS2、ACB1、ACB2、ACB4 及 400 V 母聯開關ACB5處于分閘狀態。

（2）起動柴油發電機，合上柴油發電機出口開關。

（3）確認柴油發電機出口已帶電。

（4）合上ACB3開關，對400 V I段廠用電母線充電。

（5）確認400 V I段母線已帶電。

（6）合上 400 V 母聯開關 ACB5，對 400 V II段母線充電。

3.1.2 黑啟動機組對廠用電系統的啟動操作

（1）檢查確認全廠廠用電已由柴油發電機供電。

（2）檢查機組的狀況，包括油、水、氣輔助設備及開機條件，確認機組是否具備啟動條件。

（3）修改調速器參數（調速器設置為“頻率調節”模式）。

（4）將具備啟動條件的機組開至“空轉態”，為機組的零起升壓做準備，并密切觀察機組輔助設備的運行情況，特別是技術供水泵的運行情況。

（5）確認機組已經開至“空轉態”。

（6）修改勵磁參數（將機組控制參數的“自動Ug參數位置”改為3600），并在滅磁柜上短接“出口斷路器分閘位置”信號（X7第8號端子）。

（7）就地手動合上發電機出口斷路器。

（8）確認發電機出口斷路器已合上。

（9）在勵磁系統上操作零起升壓對主變及11 kV母線進行充電；若出現升壓失敗現象，應迅速采取滅磁操作。

（10）確認主變及11 kV母線充電完畢。

（11）切換廠用電由機組供電，切換過程若出現技術供水泵停止運行情況，應立即手動啟動該水泵。

（12）廠用電切換完畢后可保持柴油發電機在運行狀態，以應對突發意外時，可迅速地恢復廠用電。

3.2 保障措施

3.2.1 應急照明保障

廠房應保持有性能良好、充電正常的應急照明燈，存放在工器具柜中。

3.2.2 人員保障

領導小組成員、現場應急指揮部成員及專業應急小組成員應配備性能良好的應急照明燈，并保證其處于充電正常狀態。

4 南湃水電站黑啟動試驗分析及總結

南湃水電站于2017年9月10日進行了機組黑啟動演習，本次黑啟動演習檢驗了本站2號機組、柴油發電機帶廠用電運行的能力、提升了運行人員黑啟動及倒廠用電操作的水平。演習從09：00開始，11：20結束，最終實現了機組平穩地帶廠用電運行。

4.1 柴油發電機帶全廠廠用電運行情況

機組啟動前首先啟動柴油發電機，恢復全廠廠用電。在切除全廠不重要的負荷（空調、通風、空壓機、滲漏排水泵、消防供水泵等）后，柴油發電機順利實現了帶全廠廠用電運行，證明了柴油發電機的功率、出口相序等符合本站運行的技術要求。

柴油發電機帶廠用電期間，由于柴油發電機房通風效果差，造成柴油發電機本體溫升過高，最高溫度達到了89℃（停機溫度95℃），建議對柴油發電機房進行改造，增強通風效果，以免柴油發電機在長時間持續運行的工況下，由于本體溫度過高導致停機。

4.2 機組黑啟動運行情況

本次黑啟動試驗以2號機組為試驗目標，啟動前檢查球閥系統、調速器系統、技術供水、勵磁系統等設備均處于正常狀態，機組順利開至“空轉態”。將發電機出口斷路器合閘，然后在勵磁系統上操作零啟升壓。準備工作完成后，機組第1次零起升壓，機端電壓順利升至額定值。在機組第1次零起升壓完畢后，機組頻率出現了異常波動現象，頻率最高值甚至達到了52 Hz。在調速器系統檢查其頻率控制參數為“開度調節”模式，將此參數修改為“頻率調節”模式后，第2次零起升壓，機組頻率未出現異常波動現象。機組零起升壓過程中檢查2號主變未發現異常，并最終升壓至額定值。將全廠廠用電倒至由機組供電，機組運行正常，電壓、頻率、瓦溫等參數未發生異常波動，黑啟動試驗順利結束。

5 結語

本文就南湃水電站首次黑啟動試驗進行了分析，通過黑啟動試驗，證明了南湃水電站機組具備黑啟動能力，這將提高本站應對電網大規模停電的能力， 降低了停電事故帶來的危害。同時通過試驗也檢驗了黑啟動方案的可行性。