水電黑啟動的實現(xiàn)方法

楊啟軍，張 莉

(重慶電力高等?？茖W校，重慶400039)

彭水水電站位于重慶市彭水縣的烏江上，是烏江干流水電開發(fā)的第10個梯級。壩址距彭水縣城上游11 km，距烏江河口涪陵區(qū)約147 km，至重慶直線距離約170 km。電站裝機容量5×350 MW，送出電壓等級為500 kV，用水張一線和水張二線兩回出線送電到張家壩500 kV變電站。彭水電站是目前重慶境內裝機容量最大的水電站，也是重慶三個水電黑啟動子網中最重要子網的黑啟動電源，其黑啟動成功與否對重慶電網的影響是巨大的。

1 重慶電網水電黑啟動方案簡介

所謂黑啟動(Black-start)，是指電力系統(tǒng)在系統(tǒng)全停的情況下，利用系統(tǒng)內具有自啟動能力的機組或系統(tǒng)外電源，逐步恢復系統(tǒng)正常運行的過程。

重慶電網的水電黑啟動方案是基于重慶電網自身而不依賴于鄰網的黑啟動方案。在水電黑啟動方案中，將重慶電網劃分為三個子網同時啟動，子網1為不含長壽、萬州片區(qū)的主城區(qū)電網，黑啟動電源為彭水電站;子網2為長壽片區(qū)電網，黑啟動電源為江口電廠;子網3為萬州片區(qū)電網，黑啟動電源為重慶云陽冉家壩電站。重慶電網220 kV及以上電網的黑啟動由市調負責，上述三個子網同時啟動。

在電網恢復一定規(guī)模后，主網(子網1)與長壽片區(qū)電網(子網2)在張家壩站220 kV母聯(lián)開關檢同期并列。在通過500 kV網絡送電至萬州變后，在萬州站母聯(lián)214開關恢復萬州片區(qū)電網(子網三)與主網檢同期并列，最后恢復全網正常運行方式并送出全部負荷。

在具備與四川電網和華中主網并列的條件后，應及時恢復與四川電網及華中主網的并列。

2 水電黑啟動在彭水電站的實現(xiàn)方法

2.1 黑啟動初始狀態(tài)

2.1.1 二次系統(tǒng)的初始狀態(tài)

彭水電廠黑啟動時，應退出全廠AGC及單機AGC控制，退出各機組失磁保護、各主變冷卻器全停保護8LP4，退出各機組一次調頻功能，退出各機組開機帶基荷軟壓板。

2.1.2 電氣主系統(tǒng)的初始狀態(tài)

彭水電站電氣主接線如圖1所示。依據調令斷開水張二線開關5052和主變1～4B開關5001、5002、5003、5004，各機組均處于備用狀態(tài)。除水張一線開關5051、母聯(lián)開關5012、主變5B開關5005處于合閘狀態(tài)外，其余各開關處于備用狀態(tài)。

圖1 電氣主接線

2.1.3 10 kV廠用電系統(tǒng)的初始狀態(tài)

彭水電站廠用電系統(tǒng)接線如圖2所示。將10 kV廠用電系統(tǒng)的11B～14B廠變開關111、112、113、114斷開。同時，也斷開廠用10 kV母線II段上至大壩10 kV開關柜的出線開關205，10 kV母線IV段上至大壩10 kV開關柜的出線開關406，廠用10 kV母線III段上近區(qū)變電站供電開關003，大壩10 kV母線V段上近區(qū)變電站供電開關005。

圖2 廠用電主接線

2.2 黑啟動總體思路和步驟

根據彭水電站電氣一次接線及廠用電接線的具體情況，黑啟動的總體思路是:首先，啟動柴油發(fā)電機組，為4#機組的啟動創(chuàng)造條件;其次，啟動4#機組，并帶主變采用零起升壓，4#機組在黑啟動中的作用是為其余各機組提供廠用電;再次，啟動5#機組，并帶主變、母線、水張一線零起升壓;最后，按照正常啟動方法，分別依次啟動1#、2#、3#機組，并將相應發(fā)變組和水張二線并入系統(tǒng)。上述過程大致可分為八個階段，下面分別加以敘述。

第一階段，啟動柴油發(fā)電機組，恢復0.4 kV 3#、4#機組自用電母線Ⅱ段供電，為4#機組的啟動創(chuàng)造條件，如圖3所示。主要電氣操作任務如下:

(1)斷開泄洪壩段Ⅱ段所有負荷開關，斷開電源開關 454、B34、434、J34，并搖至試驗位置;(2)啟動柴油發(fā)電機 6F;(3)依次合 B0、B46、B34、10P-57、2P-53開關，向3#、4#機組自用電Ⅱ段送電。

圖3 柴油發(fā)電機帶3、4#機組自用電接線圖

第二階段，啟動4#機組帶變壓器零起升壓，先后恢復10 kV母線IV段及10 kV母線III段，以及大壩10 kV母線VI段的供電，再由它們恢復各自段上的0.4 kV負荷段的供電。上述各段供電正常后，停止柴油發(fā)電機組。本階段主要電氣操作步驟如下。

(1)檢查4#機組自用電負荷全倒至3#、4#機組自用電母線II段。開機條件滿足后，將4#機組自動開機至空轉狀態(tài)，然后合上其出口開關4;接著將4#機勵磁系統(tǒng)控制方式切換至FCR方式，按下4#機組勵磁現(xiàn)地建壓按鈕，監(jiān)視發(fā)電機變壓器自動升壓至額定值;(2)合上 114、G34、J56、403、G12、J12、G56、G78開關，并依次檢查10 kVⅣ段是否運行正常，2#公用Ⅱ段帶Ⅰ段和5#機組自用電Ⅱ段帶Ⅰ段聯(lián)絡運行正常，10 kVⅢ段帶電正常。以及1#公用Ⅱ段帶Ⅰ段、1#和2#機組自用電Ⅱ段帶Ⅰ段、500 kV開關站用電Ⅱ段帶Ⅰ段、廠內照明用電Ⅱ段帶Ⅰ段聯(lián)絡運行正常;(3)搖入電源開關434至工作位置，檢查0.4 kV 3#、4#機組自用電II母進線開關434三相電壓正常，斷開2P-53開關，合上434開關，檢查0.4 kV 3#、4#機組自用電II母運行正常，手動啟動4#發(fā)電機1#水導、推力外循環(huán)泵，搖入J34并合上J34開關，檢查0.4 kV 3#、4#機組自用電聯(lián)絡運行正常;(4)合上406開關，檢查進水口用電、尾水用電、升船機用電、船閘用電聯(lián)絡運行正常;(5)依次斷開10P-57、B46、B0開關，停止柴油發(fā)電機運行，搖出10P-57、B46開關;搖入電源開關454至工作位并合上454開關，搖入B34開關至工作位，檢查大壩用電聯(lián)絡運行正常。

值得說明的是，為使0.4 kV 3#、4#機組自用電母線I、II段改由4#機供電，應合上434開關和J34開關，但為防止與柴油發(fā)電機非同期并列，應先斷開2P-53開關，2P-53開關的作用，如圖3所示。同時10 kV泄洪壩段母線 I、II段供電應改由大壩10 kV母線VI段經54B供電。

第三階段，啟動5#機組，帶5#機組主變，500 kV母線及水張一線、張隆一線(張家壩變電站與隆盛變電站間的線路)及隆盛站500 kV母線零起升壓，升壓成功后將4#機組并入電網。本階段的主要操作任務如下:(1)按調令將5#機組自動開機至空轉狀后，合上其出口開關5;然后將機組勵磁系統(tǒng)控制方式切換至FCR方式后，按下其勵磁現(xiàn)地建壓按鈕，監(jiān)視5#發(fā)變組，500 kVⅠ、Ⅱ母線及水張Ⅰ線自動升壓的狀態(tài);(2)根據重慶孤網負荷情況調頻、調壓，頻率按照50±0.5 Hz控制，控制5#機組機端電壓不超過17.55 kV，確保隆盛站母線電壓不超過550 kV;(3)接調令同期合上5004開關，將4#發(fā)變組并入電網。

第四階段，啟動1#機組，將1#發(fā)變組并入電網，使10 kV母線VI段帶電，恢復本段所帶0.4 kV負荷的正常供電。其主要工作如下:(1)將1#機組自動開機至空轉狀態(tài)，合上機組出口開關1，按下其勵磁現(xiàn)地建壓按鈕，然后接調令同期合上5001開關，將1#發(fā)變組并入電網;(2)合上111開關，檢查10 kVⅠ段帶電正常;(3)檢查1#和2#機組0.4 kV自用電分段、500 kV變電所0.4 kV用電分段、0.4 kV廠內照明用電分段、0.4 kV 1#公用分段運行是否正常。

第五階段，啟動2#機組，并將2#發(fā)變組并入電網，使10 kV母線II段帶電，恢復本段所帶0.4 kV負荷的正常供電。其主要工作如下:(1)2#機組自動開機至空轉狀態(tài)，合上機組出口開關2，按下其勵磁現(xiàn)地建壓按鈕，然后接調令同期合上5002開關，將將2#發(fā)變組并入電網;(2)合上112開關，檢查10 kVⅡ段帶電正常;(3)檢查0.4 kV 2#公用分段、0.4 kV 5#機組自用電分段、0.4 kV 3#及4#機組自用電分段運行是否正常。

第六階段，啟動3#機組，并將3#發(fā)變組并入電網，使10 kV母線III段改由13B供電，恢復本段所帶0.4 kV負荷的正常供電。其主要工作如下:(1)將3#機組自動開機至空轉狀態(tài)，合上機組出口開關3，按下其勵磁現(xiàn)地建壓按鈕，然后接調令同期合上5003開關，將3#發(fā)變組并入系統(tǒng);(2)斷開403開關，合上113開關，檢查10 kVⅢ段帶電正常;檢查0.4 kV 1#和2#機組自用電分段、0.4 kV的500 kV變電站用電分段、0.4 kV廠內照明用電分段、0.4 kV 1#公用分段運行正常。

第七階段，合上205、003、005開關，調整恢復大壩10 kV供電，并帶上泄洪壩段用電負荷。其方法如下:(1)合上 205、003、005開關，檢查進水口用電、尾水用電、升船機用電、船閘用電分段、泄洪壩段用電分段、泄洪壩段用電負荷開關;(2)合上1～5#主變保護冷卻器全停保護壓板8LP4。

第八階段，待水張二線帶電正常后接調令同期合上5052開關。

3 結論與思考

作為重慶組網(子網1)的黑啟動電源，彭水電站黑啟動的正確實施，是重慶電網在沒有外來黑啟動電源的情況下，迅速恢復電網正常運行的關鍵環(huán)節(jié)。但在實施的過程中，以下幾點應引起注意:

(1)在10 kVⅣ段帶電后可以停止柴油發(fā)電機，并切換3#、4#機組自用電0.4 kVⅡ段由10 kVⅣ段供電。但此過程中4#機輔助設備會有瞬時失電的風險。所以，應手動啟動水導、推力外循環(huán)油泵。若在恢復3#、4#機組自用電Ⅰ段后再停柴油發(fā)電機，將3#、4#機組自用電Ⅱ段倒由10 kVⅣ段帶，則不會有4#機停輔機的風險，但應考慮柴油發(fā)電機支撐時長的限制問題。

(2)水電黑啟動試驗時，在4#、5#機并網后可以先給 1#、2#、3#主變充電帶 10 kV Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段，而不需要1#、2#、3#機組帶主變零升，這樣做可以減少操作項目。但此時是孤網運行比較脆弱，對1#、2#、3#主變充電肯定會在合閘時造成一定沖擊和波動。

(3)水電黑啟動試驗時，如果勵磁調節(jié)器有純手動調節(jié)模塊，在零起升壓操作時，為保證升壓成功，應盡量使用純手動調節(jié)功能。

［1］ 王洪楠.水電站黑啟動功能的意義及應注意的問題［J］.西北水電，2010，(5):63-64，78.

［2］ 稅利榮，胡剛，吳登高.江埡水電站機組黑啟動功能的實現(xiàn)［J］.水電站機電技術，2013，(6):40-42.