界竹口水電廠黑啟動(dòng)的分析與試驗(yàn)

孫林旭

（永泰大樟溪界竹口水電有限公司）

1 電站概況

電站位于大樟溪干流中下游，是以發(fā)電為主的中型水利樞紐，距下游縣城12.5km，集水面積3441km2，為大樟溪干流水電規(guī)劃梯級(jí)中的第五級(jí)。右岸有國(guó)道通過(guò)，交通便利。

電站條件較好，地理位置適中，距負(fù)荷中心較近，工程規(guī)模適中，各種技術(shù)指標(biāo)比較優(yōu)越。

工程樞紐建筑物由擋水壩、溢流壩、河床式廠房、開(kāi)關(guān)站組成。屬三等工程，主要建筑物攔河壩、發(fā)電廠房、開(kāi)關(guān)站等均為三級(jí)建筑物。各建筑物的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)按50年一遇洪水重現(xiàn)期設(shè)計(jì)，500年一遇洪水重現(xiàn)期校核，下游防沖消能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為30年一遇重現(xiàn)期。溢流壩位于主河床，廠房位于溢流壩段和右岸擋水壩段之間，110kV開(kāi)關(guān)站布置在廠房右側(cè)下游120m左右的山坡上，面積20m×52m。布置兩回進(jìn)線(xiàn)，兩回出線(xiàn)。

2 電站黑啟動(dòng)的條件分析

2.1 水輪發(fā)電機(jī)組

2.1.1 水輪發(fā)電機(jī)組概況

水輪發(fā)電機(jī)組是水電站生產(chǎn)電能的主要?jiǎng)恿υO(shè)備。電站共有兩臺(tái)水輪機(jī)，均為軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)。

2.1.2 水輪機(jī)發(fā)電機(jī)組技術(shù)參數(shù)

（1）水輪機(jī)主要技術(shù)參數(shù)（見(jiàn)表1）

（2）發(fā)電機(jī)主要技術(shù)參數(shù)（見(jiàn)表2）

表2 發(fā)電機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

（續(xù)）

2.2 微機(jī)勵(lì)磁裝置

2.2.1 勵(lì)磁裝置概況

勵(lì)磁系統(tǒng)是維持發(fā)電機(jī)端電壓穩(wěn)定的設(shè)備，當(dāng)發(fā)電機(jī)負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)磁場(chǎng)的強(qiáng)弱來(lái)恒定機(jī)端電壓。合理分配并列運(yùn)行機(jī)組之間的無(wú)功。

2.2.2 勵(lì)磁系統(tǒng)的起勵(lì)模式

1）殘壓起勵(lì)：發(fā)電機(jī)有足夠剩磁，保證施加在可控硅整流橋陽(yáng)極的電壓達(dá)到20～30V或更高，勵(lì)磁系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)殘壓起勵(lì)，按照設(shè)定的電壓給機(jī)組建壓。

2）初勵(lì)電源起勵(lì)：發(fā)電機(jī)升壓時(shí)，勵(lì)磁系統(tǒng)通過(guò)起勵(lì)回路將外部起勵(lì)電源輸入勵(lì)磁繞組，實(shí)現(xiàn)起勵(lì)。

2.2.3 勵(lì)磁裝置運(yùn)行規(guī)定

調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)模式有恒機(jī)端電壓（自動(dòng)）、恒勵(lì)磁電流（手動(dòng)）、恒無(wú)功功率、恒功率因數(shù)。

（1）運(yùn)行操作

起勵(lì)前應(yīng)滿(mǎn)足條件：“殘壓起勵(lì)”功能投退可進(jìn)入“其他設(shè)置”畫(huà)面進(jìn)行選擇。

（2）勵(lì)磁投入

①磁場(chǎng)斷路器合閘。②自動(dòng)勵(lì)磁投入，發(fā)電機(jī)將在5～20s內(nèi)建壓。現(xiàn)地手動(dòng)起勵(lì)要求方式人工按調(diào)節(jié)器觸摸屏上的“起勵(lì)”按鍵并至少保持5s以上。③通過(guò)增磁／減磁操作，調(diào)整發(fā)電機(jī)電壓，系統(tǒng)準(zhǔn)備同期。④系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)同期后，合發(fā)電機(jī)斷路器。⑤通過(guò)增磁／減磁命令，調(diào)整無(wú)功到期望值。

（3）勵(lì)磁切除

①減無(wú)功、減有功、跳發(fā)電機(jī)斷路器。②勵(lì)磁切除，機(jī)端電壓降為零。③磁場(chǎng)斷路器切除（如需要）。

2.3 同期裝置

機(jī)組出口同期裝置，如表3所示。

表3 機(jī)組出口同期裝置

（續(xù)）

2.4 調(diào)速器

2.4.1 調(diào)速器概況

能使水輪發(fā)電機(jī)組自動(dòng)或手動(dòng)快速啟動(dòng)，適應(yīng)電網(wǎng)負(fù)荷的增減，正常停機(jī)或緊急停機(jī)的需要。水輪發(fā)電機(jī)組在電力系統(tǒng)中并列運(yùn)行時(shí)，調(diào)速器能自動(dòng)承擔(dān)預(yù)定的負(fù)荷分配，使各機(jī)組能實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。能滿(mǎn)足轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)雙重協(xié)聯(lián)調(diào)節(jié)的需要。

2.4.2 調(diào)速器技術(shù)參數(shù)

（1）調(diào)速器技術(shù)參數(shù)（見(jiàn)表4）

表4 調(diào)速器技術(shù)參數(shù)

（2）油壓裝置技術(shù)參數(shù)（見(jiàn)表5）

表5 油壓裝置技術(shù)參數(shù)

2.4.3 調(diào)速器運(yùn)行規(guī)定

調(diào)速器基本運(yùn)行方式分為：自動(dòng)運(yùn)行、電手動(dòng)運(yùn)行和機(jī)手動(dòng)運(yùn)行。

（1）電手動(dòng)運(yùn)行

將導(dǎo)葉控制方式切為“電手動(dòng)”，可對(duì)導(dǎo)葉進(jìn)行“增加”、“減少”操作，輪葉同樣也可以進(jìn)行“手動(dòng)”、“自動(dòng)”切換操作，但輪葉一般宜在“自動(dòng)”位置，若輪葉在“手動(dòng)”位置，應(yīng)按協(xié)聯(lián)要求調(diào)整輪葉角度（檢修可不按協(xié)聯(lián)要求）。

（2）油壓裝置運(yùn)行方式

油壓裝置運(yùn)行方式分為自動(dòng)運(yùn)行方式和手動(dòng)運(yùn)行方式。

（3）電手動(dòng)開(kāi)機(jī)

1）機(jī)組具備開(kāi)機(jī)條件。

2）投入機(jī)組主供水，檢查各部水壓合格。

3）將調(diào)速器面板“遠(yuǎn)方／現(xiàn)地”選擇開(kāi)關(guān)切至“現(xiàn)地”位。

4）將“導(dǎo)葉控制模式”切換開(kāi)關(guān)切至“電手動(dòng)”位。

5）檢查觸摸屏主頁(yè)面顯示“電手動(dòng)工況”、“導(dǎo)葉電手動(dòng)”。

6）在觸摸屏主頁(yè)面上選擇“主操作”按鈕。

7）在打開(kāi)的頁(yè)面中選擇“電氣開(kāi)度限制調(diào)整”框。

8）在彈出的對(duì)話(huà)框中輸入操作需要的電氣開(kāi)度限制值，按“Ent”鍵確認(rèn)。如果取消電氣開(kāi)度限制值則輸入“0”，按“Ent”鍵確認(rèn)。

9）操作“開(kāi)度給定控制”開(kāi)關(guān)“增加”則打開(kāi)導(dǎo)葉，并監(jiān)視各參數(shù)情況。

10）操作“開(kāi)度給定控制”開(kāi)關(guān)“減少”則關(guān)閉導(dǎo)葉，并監(jiān)視各參數(shù)情況。

11）手動(dòng)“增加”導(dǎo)葉開(kāi)度至10%，使機(jī)組平穩(wěn)升速，最終將機(jī)組轉(zhuǎn)速升至95%額定轉(zhuǎn)速（或頻率48.5Hz），將調(diào)速器達(dá)到“自動(dòng)”，使得機(jī)組自動(dòng)跟蹤并穩(wěn)定在額定轉(zhuǎn)速。過(guò)程中應(yīng)注意觀察機(jī)組轉(zhuǎn)速，防止過(guò)速。

2.5 氣系統(tǒng)

2.5.1 中壓氣系統(tǒng)

用于調(diào)速系統(tǒng)建壓。壓油罐容積中的30%～40%是透平油，60%～70%是壓縮空氣，由中壓氣系統(tǒng)提供。由于壓縮空氣具有彈性、可貯存壓能，所以能保證和維持調(diào)節(jié)系統(tǒng)所需的工作壓力。壓油罐內(nèi)壓縮空氣的質(zhì)量要清潔、干燥。

2.5.2 低壓氣系統(tǒng)

（1）制動(dòng)供氣

在停機(jī)過(guò)程中，當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速小于20%Ne時(shí)，需要用壓縮空氣通入制動(dòng)閘，強(qiáng)迫機(jī)組停止轉(zhuǎn)動(dòng)。空氣圍帶供氣：機(jī)組檢修或頂蓋漏水量較大時(shí)，需要對(duì)水導(dǎo)軸承檢修密封圍帶充氣。

（2）空氣圍帶用氣

用氣量較小，一般不需要設(shè)置專(zhuān)用設(shè)備，故從廠內(nèi)低壓空氣系統(tǒng)引用。根據(jù)廠情況，空氣圍帶的壓力規(guī)定為0.4～0.6MPa。

2.5.3 氣系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)

氣系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)如表6、表7所示。

表6

表7

2.5.4 氣系統(tǒng)運(yùn)行方式

1）中壓氣系統(tǒng)運(yùn)行方式：壓力下降至3.6MPa，工作壓氣機(jī)啟動(dòng)；壓力上升至4.0MPa，壓氣機(jī)切除；壓力上升至4.6MPa，發(fā)壓力過(guò)高報(bào)警信號(hào)；安全閥開(kāi)啟壓力4.8MPa。

2）低壓氣系統(tǒng)運(yùn)行方式：壓力下降至0.6MPa，工作壓氣機(jī)啟動(dòng)；壓力上升至0.73MPa，壓氣機(jī)切除；壓力上升至0.78MPa，發(fā)壓力過(guò)高報(bào)警信號(hào)；安全閥開(kāi)啟壓力0.8MPa。

2.6 水系統(tǒng)

2.6.1 水系統(tǒng)概況

1）技術(shù)供水：用于運(yùn)行時(shí)軸承及發(fā)電機(jī)冷卻；水輪機(jī)主軸密封；深井泵軸承潤(rùn)滑。

2）廠房排水：將滲漏水排入尾水；檢修時(shí)將工作門(mén)及尾水門(mén)之間的水排至檢修工作面以下。

3）廊道排水：將廊道中滲漏水排入尾水。

2.6.2 水系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)

（1）技術(shù)供水系統(tǒng)設(shè)備參數(shù)，如表8所示。

表8

（2）排水系統(tǒng)

①?gòu)S房滲漏。②廠房檢修。③壩體滲漏。

2.6.3 技術(shù)供水運(yùn)行規(guī)定

1）技術(shù)供水正常運(yùn)行情況下，全自動(dòng)濾水器控制箱控制轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)在“手動(dòng)”位置。

2）全自動(dòng)濾水器控制箱控制電源開(kāi)關(guān)在“關(guān)”位置。

3）技術(shù)供水濾水器排污閥在全關(guān)位置。

4）技術(shù)供水濾水器進(jìn)水閥全開(kāi)。

5）技術(shù)供水濾水器出水閥全開(kāi)。

6）技術(shù)供水電動(dòng)球閥控制開(kāi)關(guān)在“自動(dòng)”位置。

2.7 中低壓配電裝置

配電裝置包括10.5kV系統(tǒng)和0.4kV系統(tǒng)，由斷路器、互感器、避雷器等裝置組成。

1）10.5kV系統(tǒng)中配有6臺(tái)真空斷路器，分布在廠房發(fā)電機(jī)層，分別是1＃機(jī)組出口621開(kāi)關(guān)、1＃廠變高壓側(cè)623開(kāi)關(guān)、1＃壩區(qū)變高壓側(cè)625開(kāi)關(guān)、2＃機(jī)組出口622開(kāi)關(guān)、2＃廠變高壓側(cè)624開(kāi)關(guān)、備用626開(kāi)關(guān)

2）400V系統(tǒng)中配有8臺(tái)低壓斷路器，分別是1＃廠變低壓側(cè)421斷路器、2＃廠變低壓側(cè)422斷路器、廠用母聯(lián)423斷路器、聯(lián)絡(luò)線(xiàn)424斷路器、1＃壩區(qū)變低壓側(cè)425斷路器、1＃近區(qū)變426斷路器，廠、壩聯(lián)絡(luò)線(xiàn)427斷路器、柴油發(fā)電機(jī)出口428斷路器。

3 電站黑啟動(dòng)方案

3.1 啟動(dòng)前運(yùn)行方式

1）10.5kVⅡ段母線(xiàn)帶＃2廠變，送400V母線(xiàn)Ⅱ段；10.5kVⅠ段帶＃1廠變，送400V母線(xiàn)Ⅰ段。

2）＃2主變冷備，＃1、＃2發(fā)電機(jī)停機(jī)態(tài)。

3）＃2廠變帶400V母線(xiàn)Ⅱ段運(yùn)行，＃1廠變帶400V母線(xiàn)Ⅰ段運(yùn)行，＃2廠變低壓側(cè)開(kāi)關(guān)422開(kāi)關(guān)合，＃1廠變低壓側(cè)開(kāi)關(guān)421合，廠用電母聯(lián)423開(kāi)關(guān)分，聯(lián)絡(luò)線(xiàn)424開(kāi)關(guān)合，壩區(qū)變低壓側(cè)開(kāi)關(guān)425分，壩區(qū)用電母聯(lián)427開(kāi)關(guān)合，近郊變低壓側(cè)開(kāi)關(guān)426分，柴油發(fā)電機(jī)出口開(kāi)關(guān)428分。

3.2 電站“黑啟動(dòng)”方案

＃1主變跳閘，造成廠區(qū)停電，啟動(dòng)“黑啟動(dòng)”方案，為盡快恢復(fù)廠用電，減少事故處理時(shí)間，在保證系統(tǒng)和設(shè)備安全的前提下，以下措施可不待調(diào)度命令，由運(yùn)行值班人員操作：

1）拉開(kāi)已停電線(xiàn)路的出口開(kāi)關(guān)，拉開(kāi)＃1主變低壓開(kāi)關(guān)。

2）值長(zhǎng)根據(jù)情況做開(kāi)機(jī)帶廠用電措施，盡快恢復(fù)廠用電。

3.3 采用1F機(jī)手動(dòng)開(kāi)機(jī)帶廠用電

3.3.1 確認(rèn)系統(tǒng)已停電，廠用備用電源近郊變亦失去電壓（模擬）

3.3.2 具體操作

1）檢查1F壓油罐油面油壓正常；

2）拉開(kāi)1F主變高壓側(cè)開(kāi)關(guān)12A；

3）拉開(kāi)＃2廠變低壓側(cè)421斷路器；

4）檢查＃2廠變低壓側(cè)421斷路器在“開(kāi)”位；

5）將＃1機(jī)組壓油泵手／自切換開(kāi)關(guān)切至“0”位；

6）拉開(kāi)兩臺(tái)低壓氣機(jī)電源開(kāi)關(guān)；

7）將兩臺(tái)滲漏排水泵手／自切換開(kāi)關(guān)切至“切”位；

8）解除機(jī)組空氣圍帶；

9）手動(dòng)開(kāi)啟技術(shù)供水電動(dòng)閥；

10）手投機(jī)組主軸密封潤(rùn)滑水供水電磁閥；

11）勵(lì)磁調(diào)節(jié)器切“遠(yuǎn)控／現(xiàn)地”切換開(kāi)關(guān)切至“現(xiàn)地”位；

12）勵(lì)磁調(diào)節(jié)器切恒電壓運(yùn)行方式；

13）調(diào)速器導(dǎo)葉切電手動(dòng)；

14）將調(diào)速器電氣開(kāi)限開(kāi)至空載開(kāi)度；

15）手動(dòng)拔出鎖定；

16）檢查制動(dòng)也退出；

17）手動(dòng)開(kāi)機(jī)；

18）等待機(jī)組轉(zhuǎn)速至額定轉(zhuǎn)速的95%時(shí)，按啟勵(lì)按鈕啟勵(lì)；

19）當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速及電壓額定時(shí)，遠(yuǎn)方／現(xiàn)地切換把手切至現(xiàn)地位；

20）同期切換把手切“手動(dòng)”位（見(jiàn)圖1）；

圖1

21）在機(jī)組現(xiàn)地觸摸屏上點(diǎn)任務(wù)欄【控制】輸入密碼1111后再按【無(wú)壓合】最后按確定合閘（見(jiàn)圖2）；

圖2

22）監(jiān)視母線(xiàn)電壓及頻率正常后合421開(kāi)關(guān)；

23）恢復(fù)＃2機(jī)組壓油泵手／自切換開(kāi)關(guān)至自動(dòng)位；

24）設(shè)專(zhuān)人監(jiān)視機(jī)組轉(zhuǎn)速及電壓。

4 結(jié)束語(yǔ)

電廠設(shè)備可靠，滿(mǎn)足啟動(dòng)條件滿(mǎn)足，能有效在停電狀態(tài)下黑啟動(dòng)。