電力系統黑啟動的難點及對策研究

向國炎

（清遠供電局，廣東 清遠 511515）

0 引 言

運行過程中，電力系統由于電網互聯的原因，可能造成電網的局部故障，從而導致發生大面積的停電事故。嚴重的大面積停電事故會給整個電力系統帶來巨大威脅，不但給供電企業帶來較大損失，也會給社會帶來經濟損失。電力系統的黑啟動在電力系統出現大停電后，可以不依賴其他網絡的幫助，通過自身的啟動系統帶動電力系統中沒有自身啟動能力的電源進行工作，使其他電源重新擁有發電能力，且這些電源與黑啟動可形成一個可以發電的小系統。黑啟動的主要作用是能夠使電力系統在最短時間內使停機的機組重新安全啟動，為電網重新提供電源。

1 電力系統黑啟動的概述

電力系統的黑啟動是在電網發生大面積停電事故后，在系統全黑或者是部分停電的情況下，能夠在最短時間內比較安全地恢復電網的正常運行，從而減少大面積停電造成的損失。電力系統的恢復一般分為3個階段，即黑啟動、網架重構和負荷恢復。完成這3個階段，電網的供電恢復。由此可見，黑啟動是電力系統恢復正常運營的第一步。黑啟動電源在大面積停電后，通過自身啟動帶動其他不能自啟的電源恢復供電，并與其他電源形成一個小系統，與發電廠的供電共同形成子系統。通過一個個子系統的連接，使得停電區域內的變電站和輸電線路能夠逐步恢復正常運營，從而恢復電網的正常工作。

大面積停電后，電力系統恢復正常的運營時間較長，一般3個過程的完成需要9 h。黑啟動作為電力恢復的第一階段，首先需要啟動自身的電源，在此基礎上帶動其他不能自啟電源啟動。在電源啟動后可以對輸電線路進行充電，同時啟動發電站或者是發電廠的大型機組，借此恢復電網的正常運行。黑啟動這一階段的完成大約需要0.5 h。在我國電力系統中，關于黑啟動方案需要大量的指導原則提供科學的理論依據，因此安全有效地進行黑啟動離不開科學的啟動方案[1]。

2 電力系統黑啟動存在的難點問題

電力系統大面積停電后，進行黑啟動的過程需要涉及多方面的啟動，其中包括發電機、電廠輔機等的啟動。啟動完成后，還要進行機組并網、負荷投入等工作。在使用黑啟動進行電力恢復的初期系統還不太穩定，可能存在一系列問題。

2.1 電流、電壓不穩定

在電力系統恢復初期，黑啟動的機組工作還沒有完全恢復正常，一般處于孤網運行狀態，導致電力系統的電流、電壓都極不穩定。如果不能得到很好地調節，會影響黑啟動。

2.2 過電壓

電力系統黑啟動運行初期，由于各方面還處于不穩定狀態，因此空載線路充電時會引起不同類型的過電壓產生。由于過電壓的存在會超出線路、電氣設備絕緣的電壓承受范圍，造成線路設備損壞，導致黑啟動失敗。因此，過電壓是黑啟動階段的一個亟待解決的難題。

2.3 系統頻率跌落

黑啟動在工作過程中需要帶動被啟動機組。這些被啟動機組所在的發電廠中都會配備一些較大容量的輔機。在啟動進行過程中產生的功率沖擊，可能會引起系統的頻率跌落。系統頻率跌落可能會導致啟動的系統再次進入癱瘓狀態。

3 電力系統黑啟動存在難點問題的解決對策

3.1 并聯抗電器

在電力系統恢復初期，電力系統的電流、電壓都極不穩定。如果不能得到很好調節，那么會影響黑啟動的成功進行[2]。要想解決這一問題，需要對發電機的控制系統設立和大停電以前正常運行時不同的相對獨立的調節運行參數。在此基礎上，可以在黑啟動過程中進行有針對性的調壓。發電廠的大型發電機組一般采用恒定電壓控制方式，可以把電壓保持在額定電壓數值，進一步提高黑啟動過程中系統穩定運行的能力。黑啟動機組在自啟動開機時，需要帶動發電廠的主變壓器和高壓廠的變壓器進行共同升壓。此過程中需要特別注意發電機各系統之間的配合和協調操作。在黑啟動自身啟動成功后，可帶動其他無自啟動功能的電源啟動。這時黑啟動會由孤網模式轉變為負荷的手動控制模式，能通過人工進行負荷調節，從而消除設備振蕩。黑啟動在大面積停電以后，對空載線路進行充電時如果出現發電機聯結造成電容負荷量過大的情況，會造成發電廠的發電機端電壓升高產生自勵磁，而自勵磁的產生會影響發電機的正常工作。因此，工作人員在進行校驗時，可以通過測量發電廠設備的電壓大小和發電機的轉速來判斷發電機是否發生自勵磁，然后采取并聯電抗器的方法進行電流和電壓的穩定。

3.2 并聯合閘電阻

電力系統黑啟動運行初期，由于各方面還處于不穩定狀態，因此空載線路充電時會引起不同類型的過電壓。過電壓的存在會超出線路中電氣設備絕緣的電壓承受范圍，造成線路設備損壞，導致黑啟動失敗。因此，在進行黑啟動工作時，防止過電壓的產生也是解決黑啟動難點問題的重點。工作人員可以根據線路的情況安裝并聯電抗器，增加線路的感性負荷。降低電壓的原理是通過增加線路的感性負荷降低線路的容性電流，通過削弱線路的電容效應降低過電壓。在操作過程中產生過電壓是空載線路合閘到電源上時，引起的一種暫時性的過電壓狀態。在合閘時，此時線路的回路發生了高頻率振蕩。振蕩過程中，電壓的數值會由零值轉變到過電壓[3]。為了避免操作過程中發生過電壓現象，有效的解決措施是在斷路器上安裝并聯的合閘電阻，同時要在線路兩端同時裝上避雷器。

3.3 控制電壓、頻率范圍

電力系統黑啟動在工作過程中除了需要自啟以外，還需要帶動被啟動機組。這些被啟動機組所在的發電廠中都會配備一些較大容量的輔機。在啟動過程中產生的功率沖擊，可能會引起系統的頻率跌落，而系統頻率的跌落會導致啟動系統再次進入癱瘓狀態，導致黑啟動失敗[4]。要想保證黑啟動和被啟動機組的成功實現，必須嚴格檢查電力系統的電壓和頻率。一般來說，發電廠用負荷投入時，電力系統電壓要控制在1.0 p.u.上下，系統頻率的變化幅度也應該嚴格控制在0.5 Hz以內。只有這樣才能保證黑啟動過程中系統的電壓和頻率不會掉落，確保黑啟動成功。

4 結 論

隨著社會的發展，人們對電網的要求越來越高，大面積停電問題如果不能及時得到解決，會給電力系統和社會造成重大的經濟損失。黑啟動作為大面積停電電力恢復的第一階段，往往存在電流電壓不穩定、過壓、系統頻率跌落的難點問題。針對這些問題進行有針對性的解決，確保和啟動過程中電流電壓的穩定性，避免引起過電壓現象，同時防止系統電壓和頻率的跌落，才可以有效促進黑啟動的成功和電力系統的恢復。