“黑啟動”試驗在萬安水電廠的應用

吳雨霏

（國家能源集團江西電力有限公司萬安水力發(fā)電廠，江西 吉安 343800）

0 引言

現(xiàn)今水電廠都備有機組“黑啟動”應急預案，但由于現(xiàn)實中“黑啟動”試驗受諸多條件限制，因而驗證起來比較困難。而在電網(wǎng)停電時，機組僅利用廠內(nèi)貯能設備的剩余能量實現(xiàn)快速自啟動，對于電網(wǎng)恢復具有重要意義，且必須通過實踐才能有效檢驗。

1 “黑啟動”試驗

1.1 機組“黑啟動”能力分析

技術人員首先對廠內(nèi)貯能設備及開機主要動力設備的性能進行了調(diào)查、記錄，對有關運行參數(shù)進行了歸納、分析。見表1、2。

表1 廠內(nèi)蓄能設備容量及設計性能

表2 機組主要設備動力電源及性能要求

從表格內(nèi)容可得出：在全廠交流電源消失時，單組蓄電池能基本滿足直流及直流逆變負荷的要求；機組油壓系統(tǒng)及頂蓋系統(tǒng)能滿足機組“黑啟動”操作過程中短時斷電的要求；開關、刀閘、計算機監(jiān)控系統(tǒng)能滿足自動開機要求。

1.2 安全裕度考量和風險管控

由于軸流轉槳式機組開機時輪葉操作用油量很大， 可能直接導致事故低油壓保護動作停機，故“黑啟動”過程中一般不操作輪葉。且頂蓋漏水量大，水泵停電后可能會造成頂蓋淹沒、水淹水導事故。機組出口開關，相應的高壓廠變開關的液壓、氣壓必須合格，且開關彈簧儲能機構在斷電后，至少能滿足合、分閘一次的要求。這些因素都是“黑啟動”試驗中必須考慮的，在設置試驗初始條件時必須對上述因素加以一定的安全裕度考量。

為確保在試驗過程中對各種意外情況能夠及時做出反應，要求1 號機重要輔助設備必須保持熱備用狀態(tài)。在試驗前，先將10 kV 廠用電進行倒換，空出一段廠用電母線供試驗使用。將該10 kV 廠用電母線所帶重要400 V 負荷用備用電源進行聯(lián)絡，切除該母線上的次要負荷。將直流蓄電池系統(tǒng)分段運行，轉移重要直流負荷，確保試驗設備與運行設備可靠隔離。試驗過程中人員必須統(tǒng)一指揮、熟悉預案，對各種可能出現(xiàn)的異常情況做好充分的準備和預想。

在機組“黑啟動”試驗過程中，為防止因人為操作不當或部分設備失靈引起不必要的事故，防止試驗機組對正常電力系統(tǒng)產(chǎn)生不利影響，還須安排專人對機組油、水、氣、電、勵磁、廠用電、主變、水車室等重要部位進行監(jiān)護，當發(fā)生意外情況時及時啟動事故停機流程或輔助設備，防止出現(xiàn)機組過速、水淹水導、事故低油壓、非同期合閘等事故。

1.3 機組“黑啟動”試驗過程

全部準備工作完成后，檢查1 號機油壓、油位正常，頂蓋、漏油箱已抽至停泵液位，檢查1 號機機旁動力盤帶電正常，直流蓄電池系統(tǒng)正常，試驗開始。將1 號機壓油泵、頂蓋泵、漏油泵、主變冷卻器油泵控制把手放“切”位置，關閉1 號機壓油裝置自動進氣閥1343 閥。拉開1 號機機旁動力盤勵磁風機電源開關、901DL 電機電源開關、9011G 電機電源開關。監(jiān)視油壓、油位下降情況，監(jiān)視水位上漲情況和各部位溫度上升情況，記錄油位、油壓、水位、溫度變化數(shù)據(jù)，必要時切“自動”運行或手動啟動油泵、水泵、風機等輔助設備。將1 號機輪葉切“手動”、檢查導葉在“自動”。

中控室遠方發(fā)1 號機“空載”令，監(jiān)視機組開機至空載。利用1 號機組壓油裝置操作油殘余壓力，開啟1 號機組帶1 號主變零起升壓，恢復1 號高壓廠變11B，進而恢復廠用電10 kV I 段運行。檢查1號機具備向110 kV 母線送電條件，具備恢復其它廠用電能力，具備開啟其它機組對外供電能力。

試驗結束后，將廠用電恢復至正常運行方式，在監(jiān)控下“停機令”將1 號機組自動停機，撤除隔離措施。

1.4 結果分析和改進優(yōu)化

通過分析“黑啟動”試驗過程中機組油壓、油位、頂蓋水位、振擺度、直流負載電流等參數(shù)的變化，記錄運行人員的實際操作時間，查找試驗過程中各個環(huán)節(jié)可能存在的風險和遇到的問題，可以得出科學、客觀的方案可行性結論。并為今后進一步優(yōu)化運行操作方法和設備改造方案提供可靠依據(jù)。當電網(wǎng)真實發(fā)生停電事故時，能夠有效提高水電廠在規(guī)定時間內(nèi)實現(xiàn)機組“黑啟動”的成功概率，切實提高水電廠的事故備用能力。通過試驗，可以發(fā)現(xiàn)一些廠內(nèi)設備在設計之初對于“黑啟動”操作的便利性考慮不足，可以在今后的檢修計劃中加以改進。

2 “黑啟動”試驗解決的實際問題

2.1 “黑啟動”預案驗證難度大

電廠在正常運行中很難具備“黑啟動”試驗條件，設備設計指標和系統(tǒng)整體效能難以得到有效驗證，故通常是以桌面演習為主。該廠通過科學的方法，提前摸清相關設備在全“黑”情況下的自維持能力，提前轉移重要負荷并做好試驗設備與運行設備的隔離，以“假”失電代替“真”失電，隨時做好應對突發(fā)狀況的準備。這種做法，既降低了試驗門檻和風險，又可以讓“黑啟動”預案可行性得到有效驗證。

2.2 “黑啟動”試驗安全風險高

電廠失去廠用電后，重要的油、水、機、電等設備就會失去動力電源，機組也會很快失去控制能量，嚴重情況下可能造成設備損壞甚至威脅大壩安全。通過提前部署和事故預想，針對危險點做好監(jiān)護和隔離，以部分失控代替全部失控，讓試驗過程中的安全風險可控。

2.3 為改進操作規(guī)程和技術細節(jié)提供可靠依據(jù)

通過對“黑啟動”相關的設備性能參數(shù)進行前期摸排，與試驗過程中的數(shù)據(jù)進行對比分析，可以有效發(fā)現(xiàn)設備在設計中可能存在的問題，檢驗不同設備之間的系統(tǒng)匹配性是否良好，驗證操作規(guī)程中的預先設定是否符合實際，為后續(xù)改進提供可靠依據(jù)。

3 “黑啟動”試驗取得的實際效果

（1）縮短了“黑啟動”操作時間、提高了“黑啟動”成功率

經(jīng)過科學的試驗分析和改進優(yōu)化，萬安水電廠將機組“黑啟動”的操作時間由原來的26 min 縮短至10 min，機組“黑啟動”成功率大幅提升，有效提升了應急響應能力。

（2）將試驗結果和改進措施推廣至其他同類型機組

由于試驗結果具備高參考性和推廣性，萬安水電廠以提高“黑啟動”操作便利性和設備可靠性為原則，陸續(xù)對3 臺機組和相關輔助設備進行了針對性技術改造。

（3）提高了水電廠的事故備用能力

在傳統(tǒng)的水電廠“黑啟動”預案中，利用外來電源倒送廠用電的措施往往占有很大比重。通過驗證機組“黑啟動”能力，優(yōu)化應急預案，可有效減少電廠對外來電源的依賴，縮短響應時間，切實提升水電廠的事故備用能力。