巨型水力發電廠黑啟動的研究與實踐

鄭 濤，田祚堡，朱瑩瑩

(1.三峽水利樞紐梯級調度通信中心成都調控部，四川 成都 610094；2.國網四川省電力公司新津縣供電分公司，四川 成都 611430)

電網黑啟動是指整個電網(或局部電網)系統因故障停運后，不依賴別的網絡幫助，通過系統中具有自啟動能力的發電機組的啟動，帶動無自啟動能力的發電機組，逐漸擴大系統恢復供電范圍，最終實現整個系統供電的恢復[1]。

水電廠黑啟動是指在廠用電消失的情況下，利用水輪發電機組的自身特點或利用電廠事故備用電源(如柴油發電機等)完成機組啟動、建壓、恢復廠用電并對外配合調度恢復電網送電的過程[2]。

1 電廠概況

溪洛渡水力發電廠是中國長江電力股份有限公司下屬的電力生產單位，位于四川省雷波縣和云南省永善縣接壤的金沙江峽谷河段，是我國“西電東送”的骨干電源點，所發電力主供華東、華中地區，兼顧川、滇兩省用電需要。為國內第三大巨型水力發電廠，共裝設18臺單機容量為770 MW的立式混流式機組，左、右岸各安裝9臺機組，分別歸屬國家電網電力調度控制中心和南方電網電力調度控制中心[3]。

1.1 主接線方式

溪洛渡水電廠主接線采用單元接線，發電機額定電壓為20 kV，1臺機組分別經離相封閉母線送至1臺主變，升壓后向500 kV母線送電，溪洛渡左岸有三回500 kV出線送至宜賓換流站，右岸四回500 kV出線，其中三回送至牛寨換流站，另一回送至甘頂變電站與云南電網連接，溪洛渡右岸電氣主接線圖如圖1所示[4]。

1.2 廠用電接線方式

溪洛渡電站廠用電系統采用10 kV和400 V兩個電壓等級供電。分別有廠內、廠外供電兩個系統。右岸廠內10 kV供電系統包括5 G、6 G、7 G共3個供電點，右岸廠外為8 G供電點。右岸10 kV 13 M、19 M、15 M分別通過聯絡線與110 kV溪洛渡變電站的10 kV母線23 M、24 M聯絡，作為備用電源。電站各400 V供電點電源取自對應10 kV母線。右岸進水口布置1臺柴油發電機組作為保安電源，右岸電廠10 kV廠用電接線圖如圖2所示。

圖1 溪洛渡右岸電廠電氣主接線圖

圖2 溪洛渡右岸電廠10 kV廠用電接線圖

2 黑啟動的實施與驗證

2.1 黑啟動的必要性

2016年6月云南電網與南方電網主網異步運行，溪洛渡右岸電廠孤島運行的風險增大，作為牛從直流孤島啟動的黑啟動電源，《中國南方電網黑啟動及主網架重建調度實施方案(2018年修訂版)》及《南方區域并網發電廠輔助服務管理實施細則(2017版)》要求，電網發生大面積停電或者全停事故時，溪洛渡水電廠應具備通過調速系統自身儲能或啟動柴油發電機，迅速恢復全廠廠用電以及對電網送電的黑啟動能力。

2.2 黑啟動的試驗驗證

溪洛渡右岸電廠黑啟動電源采用柴油發電機，黑啟動過程的制約因素多，操作項目繁雜，大多依靠人為操作和人工判斷，對操作時效性和安全帶來很大風險，因此，溪洛渡右岸電廠采用在監控系統一鍵啟動的操作模式，大大縮短操作時間和操作成本，為系統恢復運行爭取了寶貴時間。綜合考慮系統運行方式，減少運行人員操作，縮短黑啟動時間，選擇16號機組作為黑啟動機組，啟動流程圖如圖3所示。

圖3 溪洛渡右岸電廠一鍵黑啟動流程圖

為驗證溪洛渡右岸電廠的黑啟動能力，2020-04-20日，電廠組織開展16號機組帶16B主變和溪換丙線零起升壓帶電試驗。

2.2.1 黑啟動的試驗步驟

本次試驗模擬電網全部停電的情況下，通過啟動16號機組恢復廠用電，首先啟動柴油發電機恢復廠內10 kV 19 M、18 M、14 M供電，恢復16號機組自用電，將16號機組開機至空轉，帶16號主變零起升壓至100%額定電壓后降為0，將500 kV溪換丙線由冷備用轉運行，手動帶線路升壓至100%額定電壓，恢復10 kV 12 M、11 M由16號機組廠高變供電，恢復11 M帶16號機組400 V自用電I、II段聯絡運行，16號機組具備向電網送電的能力。

2.2.2 試驗設備狀態要求

500 kV溪換丙線融冰隔離52433刀閘、溪換丙線52436刀閘斷開，500 kV第四串聯絡乙5243開關、52431刀閘、52432刀閘斷開，500 kV第四串聯絡甲5242開關、52421刀閘、52422刀閘斷開，500 kV 16號主變5244開關52441刀閘、52442刀閘斷開，52446刀閘斷開，524337、5243317、524367、5243617、524467、5244617地刀在拉開位置。500 kV 3 M、500 kV 4 M、500 kV 17號主變5241開關均在運行狀態。16號機組停機態，216開關斷開，2161刀閘，2167、21617地刀在拉開位置。17號發電機組，18號發電機組處于停機態。試驗范圍內所有控制、保護、故障錄波裝置正常投入，退出500 kV第四串聯絡乙5243開關失靈保護和重合閘功能。

10 kV 12 M停電，G12C16開關搖至“工作”位置分閘；18 M帶14 M運行，16P由14 M G14232供電，II段帶I段聯絡運行，BZT退出，G14K18開關“工作”位置合閘，G14C13、G13K14、G14K15開關“試驗”位置分閘并懸掛“非同期”標示牌；18、19 M運行，G19SG24開關“工作”位置合閘帶19、18 M運行，G18K14開關“工作”位置合閘，G17K19、G18K08開關“試驗”位置并懸掛“非同期”標示牌。

2.2.3 柴油發電機一鍵啟動恢復廠用電供電

1)監控系統選擇“溪洛渡右岸電廠16號機組一鍵黑啟動按鈕”，啟動柴油發電機恢復廠用電供電。

2)監視16號機組自用電備自投已退出，自用電II帶I段聯絡運行；自用電聯絡開關416斷開，自用電已全部停電。

3)監視17、18、13、14、15 M備自投退出，18、14 M進線及聯絡開關分閘正常，19、18、14 M負荷開關分閘正常，19、18、14 M停電。

4)柴油發電機啟動，檢查柴油發電機出口開關YCDK19自動合閘正常。

5)自動合上10 kV廠用電19 M饋線開關G19YCD，10 kV廠用電19、18 M母線電壓正常。

6)自動合上10 kV廠用電18、14 M聯絡開關G18K14和G14K18，10 kV廠用電14 M由18 M供電聯絡運行正常。

7)自動合上10 kV廠用電14 M 16 F自用電II段G14232，檢查16號機組自用電聯絡運行正常，16號機組具備開機條件。

2.2.4 16號機組黑啟動帶主變和溪換丙線升壓

1)合上16號主變高壓側52446刀閘。

2)合上16號機組發電機出口2161刀閘。

3)監控系統發16號機組開機至空轉令，檢查16號機組空轉正常，手動發電機出口216開關。

4)16號機組帶16號主變自動零升壓至100%額定電壓,正常后電壓逆變降為0。

5)合上500 kV溪換丙線融冰隔離52433刀閘，溪換丙線52436刀閘。

6)合上500 kV第四串聯絡乙5243開關兩側52431、52432刀閘。

7)合上500 kV第四串聯絡乙5243開關。

8)16號發變組帶溪換丙線手動升壓至100%額定電壓。

3 黑啟動的試驗思考

1)試驗前梳理操作流程，準備操作票，倒閘過程中，核實斷路器、隔離開關狀態，嚴格執行監護制度，操作完成后復查操作設備的狀態，避免廠用電合環運行。

2)重點關注水電站庫水位，試驗期間泄洪設施不失電，指定專人值守，密切關注水庫水位變化情況，異常狀況及時報告試驗組長，緊急情況下可開啟泄洪閘門。

3)試驗前完成調速器導葉啟閉試驗和事故低油壓試驗，驗證調速系統是否滿足黑啟動試驗的要求；試驗期間若事故低油壓保護動作，應立即停止試驗，同時檢查確認機組緊急停機動作流程是否正常，保證機組順利停機。

4)派專人監視筒閥油壓裝置，確保筒閥系統油壓、油位在可控范圍，若筒閥油壓異常快速下降至接近于事故低油壓動作值5.2 MPa，并有繼續下降趨勢。或油位異常快速下降接近事故低油位300 mm，則立即通報專業組、現場指揮，停止試驗，緊急停機，必要時落下進水口事故門。

5)確保滲漏集水井水位上升速度在允許范圍內；試驗過程滲漏排水系統保持正常供電，但滲漏排水泵部分失電，安排專人監視滲漏集水井水位情況，排水系統異常時人工啟停水泵。

6)試驗過程中技術供水中斷風險，檢查水機保護正常投入；開機過程必須檢查頂蓋取水正常，冷卻水水壓和水量滿足要求；試驗過程嚴密監視機組各導軸承瓦溫情況，如有異常應立即緊急停機。

7)自用電中斷風險，存在于由柴油機供電切換為機組供電的間隙。試驗前逐一分析自用電短時失電的影響，可以通過設備改造或試驗流程的改進解決。

4 結 語

本次溪洛渡右岸16號機帶溪換丙線黑啟動實驗從一鍵黑啟動開始至恢復廠內自用電交流供電實際總耗時9 min左右，一鍵黑啟動的時效性和可靠性得以驗證，實驗結果證明溪洛渡右岸電廠具備黑啟動能力，滿足南方電網技術規范要求，提高了系統的安全性。在電網發生大面積停電或者全停事故時，巨型水電站的黑啟動將對電網恢復運行創造有利條件，對電網安全穩定運行具有重要意義。