淺析水電站黑啟動方案

闕振興

摘要：當電網發生大面積或者全網停電的情況時，對國家經濟及人民生命財產將造成巨大的損失，在停電之后，采用黑啟動措施，可以大大縮短停電時間，因此制定黑啟動方案，對于電網來說非常重要[1]。本文從灘坑水電站調速系統、勵磁系統、直流系統、輔助設備、監控系統等方面，探討水電站的黑啟動方案以及注意事項。

關鍵詞：水電站;廠用電;黑啟動方案

一、灘坑水電站概述

灘坑水電站位于浙江省青田縣境內甌江支流小溪中段，距青田縣城西門為 32km，距溫州92km，距麗水107km。水電站總裝機60.4萬千瓦，其中三臺20萬千瓦級混流式水輪發電機組是浙江省目前單機容量最大的常規水電機組，4號生態機組在三臺大機組不發電時運行，維持下游居民的正常生活用水和小溪流域的生態平衡。電站多年平均發電量10.23億千瓦時，年利用小時1705小時，具有多年調節性能。電站擔負著浙江省電力系統調峰、調頻、調相及事故備用，同時兼顧防洪，并具有其它綜合利用效益。

水電站采用單機單變接線，設有220kV正、副母線，母線上分別接有3臺主變以及兩條線路，正常運行方式：220kV 正、副母線為“雙母線并列運行方式”。即#1 主變、#3主變、驕灘 2Q81 線接至 220kV 正母線運行，#2主變、灘文 2340 線接至 220kV 副母線運行，220kV母聯開關聯絡運行且在“自動”，220kV 正、副母壓變及避雷器均投入運行，三臺主變中性點接地。廠用電采用兩級降壓供電方式，即由#1、#2、#3 主變低壓側 13.8kV 經 1 號、2 號、3 號廠變降壓至 10.5kV，4號機接至3號廠變低壓側的10.5kV III段。

二、水電站黑啟動分析

1、調速系統：

調速系統有自動和手動兩種方形方式，調速器控制柜采用交、直流雙電源供電方式，操作和控制電磁閥均由直流220V電源供電，不會因為交流電源消失而影響其正常運行。調速器油壓系統采用的是壓油槽式，利用氣壓油的方式儲能（即壓力油罐1/3容積為油，2/3容積為空氣），故在失去廠用交流電時，壓油罐內油壓相對較快，但是也可以維持1小時以上。正常情況下，油壓裝置的油壓可以保證機組進行一次正常自啟動，但需要注意壓油槽的油氣比例，壓油槽油位不能低于操作最低油位，必要時手動充氣維持正常操作油壓[2]。

機組開機的方式采用手動開機方式，優點是操作用油量較小，但是需要防止機組過速。調速器系統還設有調速器事故低油壓保護，保護的動作值為5.4MPa，為了防止保護誤動，在黑啟動前取下機組“調速器事故低油壓”緊急事故停機軟壓板。

2 勵磁系統：

水電站采用自并勵激勵磁方式，正常運行時采用殘壓起勵，并設置220V直流起勵電源。勵磁系統采用兩套調節器，并互為備用，均采用交、直流220V雙電源供電，不受交流電源中斷的影響。在黑啟動時由于沒有廠用交流電源，勵磁風機將不能運行，受功率柜溫度限制，勵磁系統可能無法長時間運行，應監視功率柜溫升情況。如果黑啟動的機組需向系統充電，由于對地電容的存在，則需要考慮線路末端過電壓問題，故黑啟動機組帶長線路起勵時應采用慢速零起升壓的方式。

3、直流系統

直流系統擔負著提供廠內繼電保護、自動裝置、監控系統及開關的控制及操作電源; 并供給機組起勵電源、全廠事故照明等電源。水電廠直流電源系統有一、二號蓄電池組，每組 104 只，共 208 只蓄電池。當交流電消失時，可以通過蓄電池供電，保證全廠保護、操作、開關合閘、起勵助磁、滅磁開關合閘電源、監控電源等直流負荷正常。直流蓄電池組可以保證2小時的供電。如蓄電池電壓下降過快，必要時應可停用一部分直流負荷，關閉部分事故照明。

4、輔助設備

水電站內設有筒型閥裝置，位于水輪機的固定導葉與活動導葉、頂蓋與底環之間的空間里，正常開機時提起，停機后落下，用以減少導葉的漏水量。筒型閥控制柜由交、直流220V電源供電，操作不受交流電消失的影響。類似于調速器油壓系統，筒型閥油壓系統也是采用的是壓油槽式，油壓也可以保證筒型閥的正常操作。

技術供水電動閥采用的交流電源單獨供電，因此交流電源消失后，技術供水電動閥不能自動打開，需要手動打開技術供水旁通閥保證軸承潤滑水正常。

機組頂蓋排水系統因交流電源消失，排水泵無法正常工作，在機組開啟時短時間內頂蓋可能滿水，嚴重時會導致水導油槽進水，機組啟動過程中應監視頂蓋漏水情況并盡量縮短停電時間。

5、監控系統

監控系統采用UPS供電，可以保證監控系統一直有電，黑啟動過程中，可以監視設備的狀態。

二、水電站黑啟動方案

當臺風（或其它極端天氣、系統故障等）對兩條線路造成影響，導致雙線路跳閘（或 220kV 系統母線失電），全廠用電源消失時，可通過機組黑啟動操作恢復廠用電及220kV母線。經試驗，3臺機組在機組處于備用狀態和調速器、筒形閥油壓裝置均處于正常的備用待開機狀態時，當交流電源消失的情況下，機組具備不需借助外部電源而實現自啟動的功能，具有調節性能好，啟動速度快的特點。

機組黑啟動操作步驟 （以3號機為例）

（1）拉開#3 主變220kV開關;

（2）將 廠用電10.5kVⅢ段母線改為“冷備用”;

（3）退出#3機計算機監控系統發電緊急停機流程調速器事故低油壓軟壓板;

（4）檢查直流系統及監控系統 UPS 電源工作正常。

（5）檢查#3 機具備開機條件;

（6）手動開啟#3 機技術供水旁通閥，檢查投入冷卻水至正常;

（7）現地操作電手動開啟#3 機筒形閥，檢查筒形閥至全開;

（8）將#3機調速器切“機手動”;

（9）操作#3 機調速器機械手輪，監視導葉開度至“空載”位置，將機組轉速調整至額定轉速后將調速器切為“自動”控制;

（10）無壓合上#3機開關;

（11）按#3 機勵磁調節器“開機”按鈕;

（12）監視#3 機及#3主變零起升壓正常;

（13）恢復廠用電運行和重要負荷的供電。

（14）廠用電恢復之后，即可以開啟其他兩臺機組向母線及線路供電，向系統恢復供電。

注意事項

1、 自啟動恢復廠用電時，升壓前必須將主變220kV開關、廠用電 10.5kV 開關斷開;

2、 選擇黑啟動機組時應選擇備用狀態較好（如：機組平時運行穩定性好、調速器和筒形閥的油壓較高）的機組進行黑啟動;

3、 升壓過程應做好事故預想，如發現異常立即滅磁，電壓升至額定后對發電機和變壓器進行檢查一次，無異常后才能操作;

4、 升壓正常后恢復廠用電時應先恢復運行機組所在的相應段廠用電運行，然后迅速恢復運行機組的動力電源、自動化控制電源和廠房照明電源;

5、在恢復非運行機組對應段的廠用電運行前，必須將待恢復段的10.5kV 進線開關斷開，并將其隔離手車拉開，以防由低壓側向廠變充電;

6 在恢復廠用負荷時應將較重的負荷先切除，然后根據主次逐個恢復供電，以防送電時負荷過重造成沖擊。

結語：

水力發電廠是黑啟動電源的首選，灘坑水電站的黑啟動的成功試驗，為浙江電網提供了一個重要的黑啟動電源，縮短了電網的恢復時間。

參考文獻：

[1]周振波.淺析玉瓦水電站黑啟動方案.四川水力發電，2017，36（01）：66-70

[2]胡文偉.水電站的黑啟動方案.水電站機電技術，2005，28（04）：72-75.

[3]盧文，譚云昭，劉林.水電站黑啟動的研究與實踐.電網與清潔能源，2014，30（09）：98-101.

[4]蒙玉玲，韋衛.大化水電廠黑啟動操作和運行方式分析.紅水河，2018，37（6）：115-118.