蒲 國 慶，　王 紅 俏

(四川華電瀘定水電有限公司，四川 瀘定　626100)

水電站黑啟動制約因素分析

蒲 國 慶，王 紅 俏

(四川華電瀘定水電有限公司，四川 瀘定626100)

摘要：以瀘定水電站帶線路黑啟動試驗過程為基礎(chǔ)，確定了黑啟動試驗的正確步驟，分析了水電站實現(xiàn)黑啟動的必備條件，明確了水電站黑啟動試驗的制約因素。

關(guān)鍵詞：黑啟動；調(diào)速器；勵磁系統(tǒng)；瀘定水電站

為防范各種人為及自然災(zāi)害或電網(wǎng)設(shè)備故障等意外因素造成電網(wǎng)大面積停電而波及水電站全站失壓，必須快速恢復(fù)水電站廠用交流電以實現(xiàn)對電網(wǎng)送電，進而最大程度地降低電網(wǎng)停電造成的損失。

水電站黑啟動是指在廠用交流電源消失和進水口工作閘門開啟的情況下，利用水電站機組壓油裝置蓄能的特點完成機組的自啟動；或利用水電站事故備用電源(如柴油發(fā)電機等)開啟進水口工作閘門并恢復(fù)一臺或多臺機組的廠用交流電源，繼而完成機組的啟動、建壓、恢復(fù)廠用交流電并對外配合調(diào)度恢復(fù)電網(wǎng)送電的功能。筆者以大渡河瀘定水電站黑啟動試驗為例開展研究，瀘定水電站位于大渡河中游，為大渡河流域規(guī)劃22個梯級中的第12級電站，電站裝機容量為920 MW，安裝4臺混流式水輪發(fā)電機組，以500 kV電壓等級的瀘甘線接入甘谷地變電站，是四川電網(wǎng)甘孜片區(qū)指定的黑啟動電廠。

1黑啟動試驗的目的

通過對水電站機組進行黑啟動試驗，可以測試機組黑啟動特征參數(shù)，檢驗機組黑啟動安全條件和調(diào)速器在小系統(tǒng)中的運行性能，從而查找出機組黑啟動能力的制約因素。

2黑啟動試驗的準(zhǔn)備及試驗條件

2.1技術(shù)資料的準(zhǔn)備

《水電站電氣主接線圖》、《水電站廠區(qū)10 kV供電接線圖》、《水電站柴油發(fā)電機主接線圖》以及調(diào)速器系統(tǒng)用戶手冊及試驗報告、勵磁系統(tǒng)用戶手冊及試驗報告、機組保護裝置等與黑啟動試驗相關(guān)的技術(shù)資料等均需準(zhǔn)備。

2.2黑啟動前機組性能檢查

(1)在水輪發(fā)電機組動力電源正常的情況下，開機至空載，切斷勵磁整流柜風(fēng)機電源(記錄風(fēng)機電源切除時間)，記錄勵磁可控硅溫度上升情況(每10 min測量可控硅溫度一次并記錄)，同時記錄勵磁整流柜風(fēng)機斷電后的報警時間。

(2)將水輪發(fā)電機組開至空轉(zhuǎn)，待其正常后斷開調(diào)速器油壓裝置控制柜工作電源，切除機組油壓裝置工作及備用油泵，小開度開啟壓油罐排油閥調(diào)節(jié)壓油裝置油壓至工作泵啟動油壓后關(guān)閉，監(jiān)視壓油罐壓力表指示是否正確，記錄該壓力下的實際油位值。

小開度開啟壓油罐排油閥，調(diào)節(jié)壓油裝置的油壓至事故低油壓動作值，觀察并記錄水輪發(fā)電機組事故低油壓動作情況(特別是調(diào)速器油壓裝置控制屏失電時事故低油壓能否正確動作；若事故低油壓不動作，可手動操作壓油裝置油泵，將壓油罐油壓提高至正常油壓)，記錄事故低油壓整定值和停機后的壓油罐油壓、油位值以及機組停機時間。

2.3壓油裝置油壓和油位特征值的率定

切除壓油裝置油泵，分別在水輪發(fā)電機組停機、空轉(zhuǎn)、空載、負載工況下測試并記錄壓油罐油壓和油位下降情況，確定機組黑啟動時間限制條件，防止黑啟動過程中機組過速和事故低油壓動作，進而引發(fā)和擴大事故。

(1)將水輪發(fā)電機組開機并網(wǎng)，并將負荷加至滿負荷。

(2)降低水輪發(fā)電機組壓油裝置之壓油罐油壓至啟動主用油泵油壓值，檢查機組壓油裝置油位在正常范圍并記錄。

(3)切除水輪發(fā)電機組壓油裝置的工作和備用油泵。

(4)將水輪發(fā)電機組負荷減至零，停機，觀察并記錄調(diào)速器油壓、油位。當(dāng)機組停機時，記錄機組壓油裝置油壓、油位值；機組維持停機狀態(tài)下15 min后，分別記錄機組油壓裝置的油壓和油位值。

(5)將水輪發(fā)電機組開機至空載工況，分別記錄機組壓油裝置的油壓和油位。

(6)在上述過程中，監(jiān)視水輪發(fā)電機組油壓裝置的油壓不能低于事故低油壓整定值，油位不得低于低油位報警值，否則手動啟動油泵以維持油壓和油位。

上述試驗完成后，依據(jù)試驗結(jié)果確定在水輪發(fā)電機組調(diào)速器壓油裝置無工作油泵電源情況下開機至空載工況需要的最低油壓和最低油位，以防止黑啟動過程中機組過速和事故低油壓動作，同時避免調(diào)速器管路進氣進而引發(fā)和擴大事故。

2.4漏油箱油位

切除水輪發(fā)電機組漏油泵，開機至空載，測試漏油箱油位隨時間的上升速率，確定滿足機組黑啟動的要求。

2.5滲漏集水井

廠內(nèi)滲漏集水井排水泵停止工作，計算集水井水位上升速率，確保在集水井水位達到報警值前黑啟動成功，以免造成水淹廠房的事故發(fā)生。

2.6直流系統(tǒng)

試驗前，確認直流系統(tǒng)控制母線電壓正常，記錄電壓值，并確認最大沖擊負荷。

2.7計算機監(jiān)控系統(tǒng)

(1)對全廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)的主控級和現(xiàn)地級分別進行交流電源中斷試驗，驗證計算機監(jiān)控系統(tǒng)在廠用交流電源消失時能否正常工作。

(2)另外，為保障計算機監(jiān)控系統(tǒng)的電源安全，應(yīng)準(zhǔn)確掌握計算機監(jiān)控系統(tǒng)電源(UPS電源或逆變電源)的工作特性，分析計算機監(jiān)控系統(tǒng)在黑啟動方式下、廠用電斷電時可連續(xù)工作的保證時間。

3黑啟動試驗的內(nèi)容及步驟

3.1試驗前的檢查工作

檢查確認油位、油壓、勵磁、直流系統(tǒng)、UPS電源(或逆變電源)均滿足黑啟動試驗條件。

3.2試驗步驟

(1)試驗前，按照調(diào)度下達的運行方式將試驗機組有功負荷帶滿，并將機組壓油裝置油壓調(diào)整至主用油泵啟動值，油位調(diào)整至接近下限。

(2)聯(lián)系調(diào)度，申請試驗甩負荷。檢查全站廠用電系統(tǒng)失壓，站內(nèi)事故照明正常。

(3)停試驗機組，監(jiān)視試驗機組停機過程(因交流電源已中斷，此時機組將不能自動加閘而需手動加閘，同時技術(shù)供水閥門也不能關(guān)閉，停機流程不能正常執(zhí)行)，記錄試驗壓油裝置油壓、油位及停機時間(停機過程中全站廠用電源消失，為確保安全停機，應(yīng)做好相應(yīng)的事故預(yù)想和防護措施)。

(4)試驗機組停機后，為防止機組在黑啟動過程中因主變冷卻器全停而造成事故停機，將試驗機組壓油裝置中的1#、2#壓油泵控制方式至切除。

(5)現(xiàn)地檢查試驗機組風(fēng)閘復(fù)歸，壓油罐油位不低于下限且油壓滿足開機要求；拔出試驗機組接力器鎖定，將試驗機組電調(diào)切“現(xiàn)地”、“電手動”，緩慢開機至“空轉(zhuǎn)”正常后，將試驗機組電調(diào)切“自動”運行。

(6)將試驗機組勵磁系統(tǒng)控制方式切“現(xiàn)地”，采用全電壓啟勵。

(7)恢復(fù)廠用10 kV供電、廠用400 V供電。

4試驗內(nèi)容及過程

瀘定水電站黑啟動試驗數(shù)據(jù)見表1，錄波情況見圖1、2、3。

從圖1～3中可以測出2 F機組電壓從起勵值到額定值所用時間為12.107 s，滿足黑啟動要求。

表1　黑啟動試驗過程及測試記錄結(jié)果表

圖1　黑啟動過程手動開機至油泵啟動油壓油位錄波圖

圖2　黑啟動2 F機組啟勵錄波圖

機組電壓升壓至額定電壓后,500 kV線路母線電壓正常：母線電壓為536 kV；線路電壓為536 kV；發(fā)電機電壓為15.62 kV；機組無功：-18.3 MVar。

圖3　黑啟動3 F機組帶500 kV線路零起升壓錄波圖

5結(jié)語

筆者通過從事水電廠多年工作取得的經(jīng)驗和此次瀘定水電站水輪發(fā)電機組黑啟動試驗，建議水電廠黑啟動中勵磁系統(tǒng)、油壓裝置、漏油裝置、滲漏集水井、直流系統(tǒng)以及設(shè)計算機監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)具備以下條件：

(1)勵磁系統(tǒng)應(yīng)保證整流柜風(fēng)機全部停風(fēng)后2～3 min內(nèi)勵磁系統(tǒng)不發(fā)生故障停機，整流柜溫升不大于60 ℃。對于長線路充電問題，如果黑啟動的機組需要向系統(tǒng)充電，則需要考慮線路末端過電壓及機組自勵磁，故黑啟動機組帶長線路起勵時應(yīng)采用手動起勵、逐步升壓的方式。

(2)從試驗結(jié)果看，油壓裝置油壓為5.1 MPa時，可通過手動補氣將油壓升至5.92 MPa，此時開始黑啟動，油壓為5.72 MPa時廠用電恢復(fù)，該油壓遠高于事故低油壓保護整定值(4.9 MPa)；試驗前，機組經(jīng)歷了甩負荷及停機過程，油量消耗較大，在此基礎(chǔ)上，機組仍黑啟動成功，從而驗證了機組既使在滿負荷時發(fā)生全廠失壓停機后，通過合理的程序、操作方式和時間控制，也可以保證黑啟動成功。壓油裝置的油壓和油位特征值對應(yīng)機組接力器全行程耗油量，壓油罐油儲存量滿足機組接力器兩次全行程往返的耗油量。在正常情況下，油壓裝置的油壓可以保證機組進行一次正常的自啟動，但需要注意壓油槽的油氣比例，壓油槽油位不能低于正常操作的最低油位。

(3)電站柴油發(fā)電機啟動正常可靠，具備快速向廠用電母線充電、帶負荷能力，機組能夠通過柴油發(fā)電機帶輔助設(shè)備開機并網(wǎng)。為避免輔助設(shè)備同時啟停時對柴油發(fā)電機的沖擊，建議柴油發(fā)電機帶廠用電時主要輔助設(shè)備采用手動控制，依次啟動。

(4)由于機組黑啟動為非正常運行方式，且因現(xiàn)在修建的水電站自動化水平較高、日常值班人員較少，為了在事故情況下有效地快速實現(xiàn)黑啟動，有條件的水電站應(yīng)在全廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)中針對機組的黑啟動條件和方式(包括開機條件、參數(shù)限制值及保護閉鎖等)增加機組的黑啟動流程。

(5)在漏油泵停止運行的情況下，水輪發(fā)電

機組開機至空載，漏油箱油位上升應(yīng)不超過漏油箱容量的90%。

(6)廠內(nèi)滲漏集水井排水泵停止工作，集水井水位上升速率應(yīng)滿足3 h內(nèi)集水井水位達到報警值前黑啟動成功，以免造成水淹廠房的事故。

(7)直流系統(tǒng)應(yīng)滿足直流系統(tǒng)控制母線電壓在最大沖擊負荷時電壓波動小于10%的額定電壓、廠用交流電源消失時可連續(xù)工作的保證時間應(yīng)大于8 h。

(8)對全廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)的主控級和現(xiàn)地級分別進行了交流電源中斷試驗，計算機監(jiān)控系統(tǒng)電源(UPS電源或逆變電源)應(yīng)滿足在廠用交流電源消失時可連續(xù)工作的保證時間大于4 h。

(9)頂蓋排水泵停止運行期間，頂蓋水位的上升不得超過最高水位。

(10)機組進水管事故閘門或主閥應(yīng)具備無交流電源時僅依靠自重關(guān)閉功能。

(11)廠區(qū)、控制區(qū)事故照明不低于10 LUX，持續(xù)時間大于8 h。

收稿日期:2015-12-12

中圖分類號:TV7;TV737;TV734

文獻標(biāo)識碼:B

文章編號:1001-2184(2016)03-0091-04

作者簡介:

蒲國慶(1973-)， 男，四川廣元人，副主任，高級工程師，學(xué)士，從事水電站機電設(shè)備維護技術(shù)與管理工作；

王紅俏(1976-)， 女，四川綿陽人，工程師，學(xué)士， 從事水電站機電設(shè)備維護技術(shù)與管理工作.

(責(zé)任編輯：李燕輝)