基于“无人值班 少人值守”的大型水电站“一键黑启动”方案探究

（云南华电金沙江中游水电开发有限公司梨园发电分公司，云南 丽江 674100）

近年来，世界范围内发生了多起电力系统大停电事故，造成了巨大经济损失和社会影响。海南电网2005年9.26大停电事故是我国近年来第一次发生的由自然灾害引起的省级电网大面积停电而进行的电网黑启动的事故，在此次事故处理过程中，除南丰水电站在0.5h内黑启动成功外，多数电站黑启动时间均超过1.5h，历时4h电网黑启动才取得较大进展。不断发生的大停电事故表明，虽然电网安全稳定控制理论及技术在不断发展、电网控制手段在不断进步，但是电网大面积停电风险依然存在。海南大停电事故后的黑启动表明，在最紧急的情况下，利用常规黑启动，仅仅依靠人的反应和操作，很难满足紧急事故情况下的电网恢复要求，因此需要在监控系统中设计一种类似自动开机功能的“一键黑启动”功能，使运行人员在黑启动时只需在上位机上下达“一键黑启动”命令，程序即能自动完成全部黑启动操作，提高黑启动响应时间和安全性。

1 “一键黑启动”的提出

梨园水电站为金沙江中游电站群已投运的第一级电站，总装机240万千瓦。根据南方电网有关规定，该电站作为500kV金官站的典型黑启动路径之一，直接担负着启动金官换流站的重要任务，在发生电网大面积停电或者全停事故时，在无法依靠外部供电恢复厂用电条件下，该电站应具备通过调速系统自身储能或启动柴油发电机，迅速恢复全厂用电以及对电网送电的黑启动能力。近年来，随着梨园电站提出“无人值班、少人值守”管理目标，计划将所有运行功能转移到远在数百公里外的集控中心，现场仅留有少量值守人员。此种模式下，在电网大面积停电情况下，仅仅依靠现场值守人员进行手动操作黑启动，操作的安全性和快速响应性显然难以保证，因此要求需要在监控系统中增加“一键黑启动”功能，采用“技防”的手段，提高黑启动可靠性。

2 梨园水电站厂用电及黑启动现状

2．1 厂用电系统

梨园水电站厂用电系统采用10kV和400V两级电压供电，10kV供电系统分设Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ五段，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ段相邻段之间设有一个联络断路器，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ段与Ⅴ段之间均设有两个联络断路器，其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四段电源分别取自与1B#、2B#、3B#、4B#四台主变低压侧直接相连的厂高变，Ⅴ段电源取自电站10kV外来电源和厂房柴油发电机电源；正常运行情况下，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ各段独立运行，Ⅴ段为备用电源段；所有400V厂用电母线均分为A、B两段，每段电源均取自10kV系统，经厂低变降压后接入400V配电盘，两回电源互为备用，400V系统分为机组自用电、全厂公用电、照明用电、坝区用电四部分。厂内设有一台1500kW柴油发电机，经升压变升压后接至10kV Ⅰ、Ⅴ段。目前所有10kV开关和400V开关（含厂房柴油发电机出口开关439）均具备上位机远方操作功能，400V用电系统配置有备自投装置。柴油发电机具备上位机远方启动功能。

2．2 黑启动电源

梨园水电站机组在厂用交流动力电源消失的情况下, 主要受技术供水、推力、水导外循环、高压油顶起装置和调速、筒阀压油装置限制, 机组无法正常开机, 不具备A类黑启动能力。机组需要依靠事故备用电源柴油发电机供发电机辅助设备交流用电的黑启动方式，即满足B类黑启动能力。厂房内柴油发电机，经升压变升压后分别接至10kV Ⅰ、Ⅴ段，根据梨园水电站运行规程规定，正常运行方式下，接入10kVⅠ段的0039Ⅰ处在试验位置，为满足黑启动快速响应要求和实现操作流程化、标准化，各台机组黑启动均由厂房柴油发电机供电至10kVⅤ段后再分别联络10kVⅠ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ段。

2．3 直流系统

梨园水电站配置有机组直流系统、公用直流系统、开关站直流系统、坝区直流系统，均使用双电源配置，主要供给全厂继电保护、自动装置、自动控制、操作电源及信号电源、事故照明、UPS输入电源、二次试验电源等负荷，当全厂失压时，各直流系统可以连续运行10h以上，满足机组黑启动要求。

2．4 目前黑启动方式

若外来厂用电源和送出系统故障全停，需要黑启动时，由上位机远方启动柴油发电机，恢复10kV厂用电V段供电，并通过远程操作恢复机组自用电，远程操作机组至空转，合上GCB后，现地手动操作发电机带主变零起升压，升压至额定电压后，再通过远方倒闸操作合上高厂变低压侧开关，利用机组发电给10kV相应母线供电。目前方式下，平均黑启动时间在1h左右。

3 梨园水电站“一键黑启动”可行性分析

以1号机组黑启动为例，所谓“一键黑启动”，就是根据黑启动各个环节的要求，通过对监控系统流程的设计，在上位机上下达“1号机组黑启动”命令，系统根据预设的程序进行自动黑启动直至机组启动成功带上厂用电为止。其基本流程为：首先完成1号机组与系统的电气隔离，然后断开10kV Ⅰ、Ⅲ段母线及相应400V 1号机组自用电，启动厂区柴油发电机恢复厂区供电，之后开启1号机组至空转状态，然后1号发电机带1号主变和1号厂高变（11B）零起升压至额定电压，再依次恢复相应的10kV系统及400V系统，再然后停止柴油发电机运行，1号机组黑启动结束。因此，实现“一键黑启动”的必备条件如下：一是所涉及设备的所有操作均可以在上位机上完成，包括机组带主变零起升压；二是由于有高顶、推力外循环等自用电负荷，保险起见，机组空载后倒换厂用电过程中，需尽量保证机组自用电不失电；三是监控系统中需有相应的“一键黑启动”程序和画面。

3．1 不能远方操作发电机带主变零起升压问题

应对措施：在励磁系统中加入机组“柔性起励建压模式”，也就是模拟手动零起升压的过程，将机组给定电压从25%、50%、75%逐步给定至100%，避免一步建压至100%对主变的冲击。

3．2 倒闸操作过程中，机组自用电存在短时失电的问题

应对措施：利用现有厂用电接线方式上，各机组自用电两段母线均分别取自10kVⅠ、Ⅲ段或者Ⅱ、Ⅳ段，因此每台机组黑启动时，可利用10kVⅠ、Ⅲ段或Ⅱ、Ⅳ段母线分别引入柴油发电机电源和机组高厂变电源，也就是如果是1号机组，则柴油发电机供电至Ⅲ段（对应400V自用电B段），2号机组则供电至Ⅳ段（对应400V自用电B段），3号机组则供电至Ⅰ段（对应400V自用电A段），4号机组则供电至Ⅱ段（对应400V自用电A段），倒换厂用电过程中，400V备自投退出，400V联络开关在断开位置。据此，可以实现机组空载后倒换厂用电过程中400V机组自用电不失电。至于在监控系统中增加相关程序和画面，基本没有什么难度，在此不做赘述。综上，通过增加励磁调节系统中“远方柔性起励建压”模式，调整黑启动过程中厂用电供电方式，在监控系统中增加“一键黑启动”程序和相关逻辑判据，完全可以实现梨园水电站“一键黑启动”，因此，“一键黑启动”是可行的。

4 “一键黑启动”与常规黑启动试验的区别

应当明确的是，本文所述一键黑启动是建立在电网已经大面积停电，全厂机组停机，所有外来电源均已消失这种极端情况基础上的，根据南网两个细则要求，要求电厂每半年做一次内部黑启动试验，每两年请第三方机构进行黑启动验证性试验。受运行方式影响，黑启动试验条件一般为单台机组与系统隔离，其余三台机组均正常运行，因此，试验条件和本文所述的“一键黑启动”条件相去甚远，最主要的区别就是“一键黑启动”情况下，可以将10kV四段母线中的两段停电进行倒换机组自用电，而在常规试验条件下，10kVⅠ、Ⅲ段不能同时停电，10kVⅡ、Ⅳ段不能同时停电。因此常规试验时，在倒换机组厂用电时，由于其余三段工作正常，可以利用其余三段母线电源为机组自用电的某一段供电，因此可以先停柴油发电机后将试验10kV母线空出，再利用机组高厂变带电从而供电至机组自用电的另一段。

5 结语

为适应“无人值班、少人值守”要求，提升电站运行安全性，保证在极端情况下黑启动成功，梨园电站在目前的设备条件下，经过一些适应性改造，是可以实现“一键黑启动”功能的。主要的适应性改造一是要解决励磁系统远方柔性启励建压的问题，二是要解决“一键黑启动”过程中机组启动后自用电可能失电的问题。