枕頭壩水電站機組黑啟動能力驗證的試驗方法研究

安義民

摘 要：作為電力系統安全運行的重要措施之一，黑啟動對電網系統故障后的恢復起著至關重要的作用。因此，有必要研究水電站機組黑啟動能力驗證的試驗方法，通過試驗驗證機組黑啟動能力，以保證水電站大壩、廠房、機組等的安全，有序、快速地對電網恢復送電。本文介紹了枕頭壩水電站機組參數配置，重點分析了枕頭壩電站3號機組黑啟動試驗方法和步驟。研究結果表明，枕頭壩水電站機組具備黑啟動能力。

關鍵詞：水電站;黑啟動;能力驗證;試驗方法

中圖分類號：TV734.2 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2021）09-0075-03

Abstract： As one of the important measures for the safe operation of the power system， black start plays a vital role in the recovery of the power grid system after failure. Therefore， it is necessary to study the test method for verification of the black start capability of hydropower generating units and verify the black start capability of the generating units through tests to ensure the safety of hydropower dams， powerhouses， and generating units， and to restore power to the grid in an orderly and fast manner. This paper introduced the parameter configuration of the Zhentouba Hydropower Station unit， focusing on the analysis of the black start test methods and procedures for Unit 3 of the Zhentouba Hydropower Station. The research results show that the units of the Zhentouba Hydropower Station have black start capability.

Keywords： hydropower station;black start;capability verification;test method

枕頭壩水電站為大渡河干流水電29級規劃的第22梯級電站，水庫正常蓄水位為624.00 m，庫容為4 350萬m3，其中調節庫容為1 450萬m3。電站額定水頭為29.50 m，裝機容量為720 MW，共有4臺軸流轉槳式機組，單機容量為180 MW，設計年發電量為32.90億kW·h。機組采用聯合單元接線，500 kV開關站采用角型接線，其通過500 kV線路接入上游深溪溝電站開關站，預留一回線路至枕頭壩二級電站。目前已建成綜合信息化數據平臺系統、智能安全帽、鑰匙智能管控系統和預警機器人等項目，在確保設備安全穩定運行的基礎上，降低了職工在傳統運維工作上的時間投入。枕頭壩水電站采用“無人值班，少人值守”的工作方式，正在努力加快“智能自主，人機協同”的智慧企業建設。目前，該水電站已成功申報四川電網黑啟動輔助服務[1]。

1 試驗機組參數

試驗機組參數不僅涉及水輪機、發電機、調速器、勵磁系統、柴油發電機和計算機監控系統，還包括頂蓋與滲漏井啟泵水位以及各軸承瓦溫報警值，如表1至表7所示。另外，枕頭壩水電站采用NC2000計算機監控系統。

2 試驗范圍及測量點

2.1 試驗范圍

試驗范圍為3F機組及輔機系統。

2.2 測量點

測量點包括機組頻率和開度、調速器油壓裝置油壓和油位、勵磁可控硅溫度、各導軸承溫度。

2.3 信號采集

2.3.1 機組頻率。模擬量信號如下：直流0～100V（調速器電柜）。

2.3.2 導葉開度。模擬量信號如下：4～20 mA或0～10 V（數據來自調速器電柜開度表）。

3 前期性能試驗

3.1 可控硅溫度性能試驗

可控硅溫度性能試驗通過機組空載工況下切除勵磁功率柜風機電源實現[2]。

3.2 事故低油壓性能試驗

在機組空轉工況下，人們將機組壓油泵控制方式切換至“切除”，采用排油閥調節油壓至6.1 MPa（參照表3中工作油泵啟動壓力進行調整），核對并記錄相關參數。之后采用同樣方式調節油壓至5.2 MPa（參照表3中事故低油壓進行調整），監視機組事故低油壓動作流程是否正確，做好油罐油壓、油位等相關參數的記錄，完畢后恢復調速器系統至正常狀態。

3.3 壓油裝置性能試驗

下面按照表8進行壓油裝置性能試驗，驗證黑啟動過程中所經歷的工況下油壓、油位的下降情況，以保證機組黑啟動安全進行。

3.4 其他工作

機組技術供水采用蝸殼或壩前取水，電動閥為交流供電，黑啟動時可采用手動開啟閥門;切除頂蓋排水泵，開機至空載，測試頂蓋水位上升情況，確定滿足試驗的要求;在機組空載工況下，將漏油泵控制方式切換至“切除”，測試油位變化情況，確定滿足試驗要求;通過計算機監控系統查看未啟泵情況下滲漏集水井水位上升情況;檢查直流系統正常;將計算機監控系統交流電源斷電，用來驗證黑啟動時能否正常工作。

4 系統初始狀態

10 kVⅠ～Ⅳ段母線分段運行，分別由對應的廠用變壓器（CB1～CB4）供電，其中10 kV Ⅴ段由10 kV Ⅳ段聯絡運行，10 kV Ⅵ、Ⅶ段母線分段運行，分別由10 kV Ⅱ、Ⅴ段母線供電。所有10 kV備自投裝置退出運行。1～3號機組自用電、2～4號機組自用電、公用電系統、照明電系統、大壩400 V系統各段母線分段運行，備自投裝置投入。400 V公用電Ⅱ段失電后，由400 V公用電Ⅲ段聯絡400 V公用電Ⅱ段運行。

壓油裝置油壓、油位正常，頂蓋水位正常。發電機、勵磁變等設備絕緣合格。3F（3號機組）水機保護投入正常。經檢查，直流合閘、控制母線電壓正常。3F機組的油壓裝置油泵電機均置于“切除”位置。

5 試驗措施及具體步驟

5.1 技術措施

試驗前做好3F機組與運行設備的安全隔離措施。試驗時，安排人員監視3號機組各設備運行工況。試驗期間，如遇系統以外情況，應停止試驗，等條件滿足后，重新進行。試驗時，若發生3F機組壓油裝置油壓、油位降低而產生機組過速的情況，但過速保護未動作，應馬上啟動3F機組急停按鈕緊急停機。試驗時觀察壓油裝置油壓和油位，必要時對油壓裝置進行手動補氣操作，監視油位，若低于下限，則不允許再進行開停機操作，防止接力器進氣。

試驗時，監視3F機組電壓，若存在異常，應馬上進行逆變滅磁。試驗時，監視3F機組頻率，若存在異常，應進行手動調節，確保機組頻率正常。采取相應措施仍無法控制頻率時，應立即按下3F機組機旁緊急事故停機按鈕緊急停機。試驗時，必須遵循執行試驗方案的相關流程，遇不正常情況時立即停止試驗，待檢查原因后，消除存在的異常，重新試驗。

5.2 準備措施

直流系統排除在此次試驗外，目的是確保其他運行設備的安全運行。專人監視3F機組機頂蓋水位運行情況。試驗時，機組進水口啟閉機、調速器機柜電柜安排專人監視，做好試驗異常時的落門準備。

5.3 試驗步驟

首先，要聯系調度，將3F機組停機。然后，解開DL3合閘信號引至調速器電氣柜端子，解開DL3合閘信號引至勵磁調節器屏端子，解開DL3合閘信號引至監控A1屏端子。經檢查，各部軸承油槽油位正常，主軸密封水投入正常，檢修圍帶已排壓，水機保護已正常投入。之后，拉開3F機組勵磁風機電源、3F機組LCU電源，3F機組電調、3F機組漏油泵電源控制開關切除。檢查、恢復3F機組開機措施（技術供水、落下閘塊、退出鎖定等），將3F機組電調切“電手動”緩慢開機至“空轉”，記錄3F機組壓油裝置油位、油壓等相關數據，并觀察采取手動補氣方式維持壓油罐壓力的情況。其間要注意監視3F機組推力、水導溫度上升情況。

接著，將電調一次調頻退出，勵磁PSS（電力系統靜態穩定器）退出，機組保護已按遞加方式投入。采用手動方式，遞升加壓至機組額定電壓，經檢查，3F機組空載工況下運行正常，勵磁系統、調速器電柜運行正常。然后，恢復3F機組調速器油泵，將調速器切換為“自動”，并將工作油罐補氣裝置控制方式恢復至“自動”。依次合上勵磁風機、現地控制單元、漏油泵電源及其他所有電源，經檢查，3F機組勵磁風機、測速裝置、漏油泵等運行正常。停機后，全面檢查并恢復3F機組所做的措施，使其均恢復至試驗前狀態。3F機組根據調度命令恢復備用[3]。

6 結語

試驗證明，采用黑啟動低電壓安全恢復電網運行是可行的，這也是國內外普遍采用的應急方式之一。因此，在開展黑啟動工作時，各水電站要結合設備實際情況，做好黑啟動能力驗證試驗，指定黑啟動機組優先順序，根據具體情況制定各自的恢復方案，從而提高黑啟動快速響應能力[4]。黑啟動是應對電網失去穩定性的有效措施，可以保證電力系統安全穩定運行，水電站的準確、快速黑啟動對電網恢復供電具有重要的意義[5]。

參考文獻：

[1]周云龍.談談水電站的黑啟動方案[J].云南電力技術論壇，2006（9）：107-109.

[2]張雙景.彰武水電站黑啟動應急操作演練[C]//中國水利學會2011學術年會第二屆中國小水電論壇.2011.

[3]袁成林，戴延君，田明友.象山水電廠機組黑啟動特殊情況的應對措施[J].能源研究與管理，2012（4）：85-87.

[4]方樹，何治華，張宏圖，等.水電機組黑啟動技術探討[J].四川水力發電，2008（27）：107-109.

[5]李富營.“無人值班”（少人值守）水電廠“黑啟動”[J].水電站機電技術，2004（6）：53-54.