淺談恰甫其海水電站黑啟動

郭曉林（新疆伊犁河流域開發(fā)建設(shè)管理局恰甫其海水電廠新疆鞏留835400）

淺談恰甫其海水電站黑啟動

郭曉林
（新疆伊犁河流域開發(fā)建設(shè)管理局恰甫其海水電廠新疆鞏留835400）

通過介紹新疆恰甫其海水電站在新疆電網(wǎng)中的特殊結(jié)構(gòu)和主接線的情況，論述恰甫其海水電站黑啟動的必要性，并結(jié)合水電站的實際情況，進一步對機組黑啟動方案和恢復(fù)主網(wǎng)架送電過程中基本步驟和注意事項進行分析討論，以期為類似案例提供借鑒。

水輪發(fā)電機；開機；空轉(zhuǎn)；黑啟動；零起升壓

電站所有交流電源消失處于黑狀態(tài)，在不依賴外圍電源倒送電至電站恢復(fù)廠用電的情況下，依靠電站現(xiàn)有的直流系統(tǒng)蓄電池儲存的電能量和液壓系統(tǒng)儲存的液壓能量，開啟水輪發(fā)電機組零起升壓，對內(nèi)恢復(fù)廠用電供電，對外配合電網(wǎng)調(diào)度恢復(fù)電網(wǎng)運行［1］。機組具有黑啟動功能不僅是電站在全廠失電情況下安全生產(chǎn)自救的必備措施，也是電網(wǎng)發(fā)展的需要。

1　恰甫其海水電站概況

恰甫其海水電站及其樞紐工程是伊犁特克斯河干流中最大的控制性工程，電站總裝機4×80MW，采用發(fā)電機-變壓器單元接線方式，分別有一座252kV升壓站和126kV升壓站，兩座升壓站均采用SF6氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備，220kV出線兩回，分別是恰特線（恰甫其海之特克斯山口水電站）和恰青Ⅱ線（恰甫其海至青年變電站）；110kV出線2回，分別是恰河Ⅰ線（恰甫其海至山口河川變電站）和恰河Ⅱ線。電站是新疆電網(wǎng)中的調(diào)峰、調(diào)頻主力發(fā)電廠、黑啟動電源點。

正常情況下廠用電10kVI、II、III段母線分段運行。10kVI、II母聯(lián)斷路器0110M和10kVI、III母聯(lián)斷路器0302M均在冷備狀態(tài)即手車在試驗位置。10kVIII母線在熱備狀態(tài)即10kVII、III母聯(lián)斷路器0213M和在10kVIII段進線斷路器005在熱備狀態(tài)。在緊急事故情況下或單一的10kV斷路器分合閘可在遠方中控室手動操作。

正常情況下廠用電0.4kV公用電、機組自用電、照明電等進線和聯(lián)絡(luò)斷路器備投切換開關(guān)均置于“自動”位置。

2　黑啟動的目的

（1）恰甫其海水電站作為新疆黑啟動電源點，在新疆和伊犁電網(wǎng)發(fā)生大面積停電、系統(tǒng)瓦解時，恰甫其海水電站運行人員應(yīng)能準確、有序、迅速恢復(fù)廠用電和機組的運行，協(xié)助新疆省調(diào)和伊河電網(wǎng)調(diào)度盡快恢復(fù)系統(tǒng)正常運行和對用戶的供電［2］。

（2）檢驗恰甫其海水電站在系統(tǒng)瓦解后重新啟動過程中可能遇到的問題，尋求解決問題的對策，以提高電站人員在全網(wǎng)大停電時的應(yīng)急能力。

（3）通過黑啟動演練及學(xué)習(xí)，提高對系統(tǒng)突發(fā)事故的處理能力。

3　伊河電網(wǎng)電源、負荷

（1）伊河電網(wǎng)主要的負荷主要以伊東工業(yè)園電石廠和碳化硅廠、新源鋼廠等重要負荷組成。這些負荷必須保證供電的安全和可靠，如果停電時間較長將給用戶帶來很大的損失。

（2）伊河電網(wǎng)電源目前以恰甫其海水電站4×80MW、特克斯山口水電站3×47MW和雅瑪渡水電站3×44MW組成。如果恰甫其海水電站發(fā)生黑狀態(tài)將造成全系統(tǒng)停電。

4　黑啟動預(yù)案

根據(jù)伊河電網(wǎng)電源、負荷以及恰甫其海水電站廠用電系統(tǒng)概況，當(dāng)恰甫其海水電站發(fā)生黑狀態(tài)將采用下列三種預(yù)案。

4.1機組自啟動開機帶廠用電

當(dāng)其它外來電源無法獲取時，開啟本電站機組直接通過高壓廠用變帶廠用電。具體步驟：確定為黑狀態(tài)→拉開恰青Ⅱ線2213斷路器、恰特線2287斷路器和恰河Ⅰ線1269斷路器、恰河Ⅱ線1270斷路器→拉開所有發(fā)電機出口斷路器和高壓廠用變10kV側(cè)斷路器，同時通知35kV水庫變電所啟動柴油發(fā)電機向恰甫其海水電站10kV III段供電，做為機組自啟動失敗恢復(fù)廠用電備用電源→手動打開待開機組技術(shù)供水電動閥→檢查機組具備開機條件→啟動機組至空轉(zhuǎn)態(tài)→合發(fā)電機出口斷路器同時帶主變、高廠變、220kV母線、110kV母線零起升壓至額定電壓→再合上高廠變10kV側(cè)斷路器，恢復(fù)10kVI、II段母線電源同時恢復(fù)0.4kV廠用電→聯(lián)系調(diào)度向恰青線、恰特線和恰河線供電。

4.235kV水庫變電所

黑電壓狀態(tài)下，拉開恰青Ⅱ線2213斷路器、恰特線2287斷路器和恰河Ⅰ線1269斷路器、恰河Ⅱ線1270斷路器→拉開所有發(fā)電機出口斷路器和高壓廠用變10kV側(cè)斷路器→通知35kV水庫變電所啟動柴油發(fā)電機向恰甫其海水電站10kVIII段供電→合005進線斷路器，10kVIII待電正常后→合10kVII、III段母聯(lián)斷路器0213M向10kVII段供電，恢復(fù)照明變、公用變、自用變運行，從而恢復(fù)0.4kV公用電、自用電和照明電母線重要負荷運行→待機組具備開機條件→啟動機組至空轉(zhuǎn)態(tài)→合發(fā)電機出口斷路器同時帶主變、高廠變、220kV母線、110kV母線零起升壓至額定電壓→再合上高廠變10kV側(cè)斷路器，恢復(fù)10kVI段母線電源→聯(lián)系調(diào)度向恰青線、恰特線和恰河線供電。

4.3伊河電網(wǎng)

伊河電網(wǎng)與新疆電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)，在電網(wǎng)有電的情況下恰甫其海水電站由合上恰青Ⅱ線2213斷路器或恰特線2287斷路器可恢復(fù)220kVⅠ、Ⅱ母線運行→再向主變充電（或者合上恰河線1269或1270斷路器可恢復(fù)110kV母線運行→再向主變充電）、正常后→恢復(fù)我廠10kV系統(tǒng)和0.4kV系統(tǒng)運行→待機組具備開機條件→啟動機組并網(wǎng)運行。

5　黑啟動過程中所需輔助系統(tǒng)

5.1調(diào)速器系統(tǒng)

恰甫其海水電站水輪機微機調(diào)速器采用武漢事達公司生產(chǎn)的DFWT－100－4.0－STARS型調(diào)速器。額定壓力為4.0MPa，工作泵啟動壓力3.60MPa，事故低油壓2.90MPa，根據(jù)運行觀察得出機組導(dǎo)葉全關(guān)至機組開機并網(wǎng)帶額定出力時，如果出現(xiàn)事故任能滿足導(dǎo)葉在全關(guān)一次。必須注意的是：在平時的運行過程中，保證油壓裝置油氣比例、油壓油位在規(guī)定范圍內(nèi)。

5.2勵磁系統(tǒng)

恰甫其海水電站勵磁系統(tǒng)采用廣州電器科學(xué)研究院生產(chǎn)的EXC9000靜態(tài)勵磁系統(tǒng)。各部分均實現(xiàn)智能檢測、智能顯示、智能控制、信息智能傳輸和智能測試。能實現(xiàn)5到15秒完成殘壓起勵操作，當(dāng)智能系統(tǒng)檢測到功率柜處于運行狀態(tài)，電流大于100A，自動啟動本柜風(fēng)機，當(dāng)本柜電流小于50A，經(jīng)過一定延時后，自動停風(fēng)機。當(dāng)智能控制系統(tǒng)檢測到功率柜處于某種故障狀態(tài)時，比如風(fēng)溫長時間過高、脈沖故障、橋臂斷流等，立即發(fā)出退柜信號給調(diào)節(jié)器，由調(diào)節(jié)器自動封鎖該柜脈沖，實現(xiàn)智能退柜［3］。

5.3廠房排水系統(tǒng)

恰甫其海水電站滲漏排水系統(tǒng)，設(shè)有3臺400RJC550-27型深井泵，兩臺工作泵，一臺備用，定期互換。當(dāng)兩臺工作泵不能投入運行時，備用泵自動投入。檢修排水系統(tǒng)安裝2臺KQW/E200/315-55/4型臥式單極離心泵和一臺KQW/E80/160-7/2型真空泵，用于4臺機組大修排水。滲漏排水泵啟動時間間隔為6小時，時間比較充足。

5.4直流系統(tǒng)和全廠UPS

直流系統(tǒng)是黑啟動時唯一電源，220V直流系統(tǒng)是電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)、調(diào)速器、勵磁系統(tǒng)、繼電保護、自動化原元件、操作控制等設(shè)備的電源，也為全廠UPS提供逆變電源［4］。恰甫其海水電站220V直流系統(tǒng)為許繼電源公司生產(chǎn)的PZ61型蓄電池組直流電源系統(tǒng)。采用單母線分段接線方式，即母線分為直流系統(tǒng)Ⅰ、Ⅱ段。Ⅰ、Ⅱ段母線分別接有一臺許繼電源公司的ZZG/13-20220型高頻開關(guān)整流器和進口的德國荷貝克蓄電池OPZ-420型閥控式鉛酸蓄電池組，蓄電池容量為420Ah。每組蓄電池組由108只蓄電池正負串聯(lián)而成。

電廠事故照明在工作電源消失后自動投入，兩段直流系統(tǒng)均可向事故照明提供電源，并能保證連續(xù)提供事故照明。全廠UPS設(shè)備采用歐亞瑪公司生產(chǎn)的RT1000 100000VA 8000W型電源，蓄電池組為12V 40Ah；可保證計算機監(jiān)控系統(tǒng)在電源消失時，經(jīng)逆變保證計算機上位機供電2小時以上。

6　黑啟動選取原則及注意事項

（1）伊河電網(wǎng)獨立運行情況下黑啟動預(yù)案執(zhí)行順序依次為：機組自啟動開機帶廠用電→35kV水庫變電所→伊河電網(wǎng)的順序考慮受電。

（2）伊河電網(wǎng)與新疆電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)的情況下恰青線有電壓，黑啟動預(yù)案執(zhí)行順序依次為：恰青Ⅱ線或恰特線——35kV水庫變電所——本站水輪發(fā)電機電源的順序考慮受電。但發(fā)生全廠失電后，運行人員應(yīng)視事故時具體情況確定選用哪個外來電源，以便本站快速恢復(fù)廠用電源。

（3）優(yōu)先選擇廠用電在消失之前處于備用的機組。

（4）在滿足前一條件下優(yōu)先選擇2號機組或者4號機組，考慮到110kV線路供電問題。

（5）因黑啟動時，機組帶主變進行零啟升壓，在合機組出口斷路器之前，確保機組機端電壓為零，防止合機組出口斷路器時產(chǎn)生勵磁涌流沖擊機組和變壓器。

（6）為防止集水井水位過高和機組調(diào)速器油壓下降過快，應(yīng)設(shè)專人監(jiān)視集水井水位和機組調(diào)速器油壓。

7　結(jié)語

黑啟動電源作為電網(wǎng)黑啟動恢復(fù)的關(guān)鍵點，根據(jù)恰甫其海水電站在新疆電網(wǎng)中的特殊結(jié)構(gòu)和地理位置，因此制定出一個安全完善的黑啟動方案，是快速恢復(fù)伊河電網(wǎng)和新疆主電網(wǎng)供電的需要，也是一個具備黑啟動能力的水電站的責(zé)任，恰甫其海水電站根據(jù)新疆電網(wǎng)要求開展黑啟動演練，能快速的恢復(fù)對新疆主電網(wǎng)的供電，達到預(yù)期效果。陜西水利

［1］王洪楠.水電站黑啟動功能的意義及應(yīng)注意的問題［J］.西北水電.2010（05）：63～64.

［2］李政偉.萬家寨水電站黑啟動方案及其試驗［J］.中國水能及電氣化2011（12）：51～54.

［3］周衛(wèi)杰.電網(wǎng)安全與水電站黑啟動［J］.電力安全技術(shù).2004（9）：48～50.

［4］李峰.黑啟動綜述［J］.新疆電力技術(shù).2013 （2）：62～65.

（責(zé)任編輯：唐紅云）

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