浅析水电站黑启动方案

阙振兴

摘要：当电网发生大面积或者全网停电的情况时，对国家经济及人民生命财产将造成巨大的损失，在停电之后，采用黑启动措施，可以大大缩短停电时间，因此制定黑启动方案，对于电网来说非常重要[1]。本文从滩坑水电站调速系统、励磁系统、直流系统、辅助设备、监控系统等方面，探讨水电站的黑启动方案以及注意事项。

关键词：水电站;厂用电;黑启动方案

一、滩坑水电站概述

滩坑水电站位于浙江省青田县境内瓯江支流小溪中段，距青田县城西门为 32km，距温州92km，距丽水107km。水电站总装机60.4万千瓦，其中三台20万千瓦级混流式水轮发电机组是浙江省目前单机容量最大的常规水电机组，4号生态机组在三台大机组不发电时运行，维持下游居民的正常生活用水和小溪流域的生态平衡。电站多年平均发电量10.23亿千瓦时，年利用小时1705小时，具有多年调节性能。电站担负着浙江省电力系统调峰、调频、调相及事故备用，同时兼顾防洪，并具有其它综合利用效益。

水电站采用单机单变接线，设有220kV正、副母线，母线上分别接有3台主变以及两条线路，正常运行方式：220kV 正、副母线为“双母线并列运行方式”。即#1 主变、#3主变、骄滩 2Q81 线接至 220kV 正母线运行，#2主变、滩文 2340 线接至 220kV 副母线运行，220kV母联开关联络运行且在“自动”，220kV 正、副母压变及避雷器均投入运行，三台主变中性点接地。厂用电采用两级降压供电方式，即由#1、#2、#3 主变低压侧 13.8kV 经 1 号、2 号、3 号厂变降压至 10.5kV，4号机接至3号厂变低压侧的10.5kV III段。

二、水电站黑启动分析

1、调速系统：

调速系统有自动和手动两种方形方式，调速器控制柜采用交、直流双电源供电方式，操作和控制电磁阀均由直流220V电源供电，不会因为交流电源消失而影响其正常运行。调速器油压系统采用的是压油槽式，利用气压油的方式储能（即压力油罐1/3容积为油，2/3容积为空气），故在失去厂用交流电时，压油罐内油压相对较快，但是也可以维持1小时以上。正常情况下，油压装置的油压可以保证机组进行一次正常自启动，但需要注意压油槽的油气比例，压油槽油位不能低于操作最低油位，必要时手动充气维持正常操作油压[2]。

机组开机的方式采用手动开机方式，优点是操作用油量较小，但是需要防止机组过速。调速器系统还设有调速器事故低油压保护，保护的动作值为5.4MPa，为了防止保护误动，在黑启动前取下机组“调速器事故低油压”紧急事故停机软压板。

2 励磁系统：

水电站采用自并励激励磁方式，正常运行时采用残压起励，并设置220V直流起励电源。励磁系统采用两套调节器，并互为备用，均采用交、直流220V双电源供电，不受交流电源中断的影响。在黑启动时由于没有厂用交流电源，励磁风机将不能运行，受功率柜温度限制，励磁系统可能无法长时间运行，应监视功率柜温升情况。如果黑启动的机组需向系统充电，由于对地电容的存在，则需要考虑线路末端过电压问题，故黑启动机组带长线路起励时应采用慢速零起升压的方式。

3、直流系统

直流系统担负着提供厂内继电保护、自动装置、监控系统及开关的控制及操作电源; 并供给机组起励电源、全厂事故照明等电源。水电厂直流电源系统有一、二号蓄电池组，每组 104 只，共 208 只蓄电池。当交流电消失时，可以通过蓄电池供电，保证全厂保护、操作、开关合闸、起励助磁、灭磁开关合闸电源、监控电源等直流负荷正常。直流蓄电池组可以保证2小时的供电。如蓄电池电压下降过快，必要时应可停用一部分直流负荷，关闭部分事故照明。

4、辅助设备

水电站内设有筒型阀装置，位于水轮机的固定导叶与活动导叶、顶盖与底环之间的空间里，正常开机时提起，停机后落下，用以减少导叶的漏水量。筒型阀控制柜由交、直流220V电源供电，操作不受交流电消失的影响。类似于调速器油压系统，筒型阀油压系统也是采用的是压油槽式，油压也可以保证筒型阀的正常操作。

技术供水电动阀采用的交流电源单独供电，因此交流电源消失后，技术供水电动阀不能自动打开，需要手动打开技术供水旁通阀保证轴承润滑水正常。

机组顶盖排水系统因交流电源消失，排水泵无法正常工作，在机组开启时短时间内顶盖可能满水，严重时会导致水导油槽进水，机组启动过程中应监视顶盖漏水情况并尽量缩短停电时间。

5、监控系统

监控系统采用UPS供电，可以保证监控系统一直有电，黑启动过程中，可以监视设备的状态。

二、水电站黑启动方案

当台风（或其它极端天气、系统故障等）对两条线路造成影响，导致双线路跳闸（或 220kV 系统母线失电），全厂用电源消失时，可通过机组黑启动操作恢复厂用电及220kV母线。经试验，3台机组在机组处于备用状态和调速器、筒形阀油压装置均处于正常的备用待开机状态时，当交流电源消失的情况下，机组具备不需借助外部电源而实现自启动的功能，具有调节性能好，启动速度快的特点。

机组黑启动操作步骤 （以3号机为例）

（1）拉开#3 主变220kV开关;

（2）将 厂用电10.5kVⅢ段母线改为“冷备用”;

（3）退出#3机计算机监控系统发电紧急停机流程调速器事故低油压软压板;

（4）检查直流系统及监控系统 UPS 电源工作正常。

（5）检查#3 机具备开机条件;

（6）手动开启#3 机技术供水旁通阀，检查投入冷却水至正常;

（7）现地操作电手动开启#3 机筒形阀，检查筒形阀至全开;

（8）将#3机调速器切“机手动”;

（9）操作#3 机调速器机械手轮，监视导叶开度至“空载”位置，将机组转速调整至额定转速后将调速器切为“自动”控制;

（10）无压合上#3机开关;

（11）按#3 机励磁调節器“开机”按钮;

（12）监视#3 机及#3主变零起升压正常;

（13）恢复厂用电运行和重要负荷的供电。

（14）厂用电恢复之后，即可以开启其他两台机组向母线及线路供电，向系统恢复供电。

注意事项

1、 自启动恢复厂用电时，升压前必须将主变220kV开关、厂用电 10.5kV 开关断开;

2、 选择黑启动机组时应选择备用状态较好（如：机组平时运行稳定性好、调速器和筒形阀的油压较高）的机组进行黑启动;

3、 升压过程应做好事故预想，如发现异常立即灭磁，电压升至额定后对发电机和变压器进行检查一次，无异常后才能操作;

4、 升压正常后恢复厂用电时应先恢复运行机组所在的相应段厂用电运行，然后迅速恢复运行机组的动力电源、自动化控制电源和厂房照明电源;

5、在恢复非运行机组对应段的厂用电运行前，必须将待恢复段的10.5kV 进线开关断开，并将其隔离手车拉开，以防由低压侧向厂变充电;

6 在恢复厂用负荷时应将较重的负荷先切除，然后根据主次逐个恢复供电，以防送电时负荷过重造成冲击。

结语：

水力发电厂是黑启动电源的首选，滩坑水电站的黑启动的成功试验，为浙江电网提供了一个重要的黑启动电源，缩短了电网的恢复时间。

参考文献：

[1]周振波.浅析玉瓦水电站黑启动方案.四川水力发电，2017，36（01）：66-70

[2]胡文伟.水电站的黑启动方案.水电站机电技术，2005，28（04）：72-75.

[3]卢文，谭云昭，刘林.水电站黑启动的研究与实践.电网与清洁能源，2014，30（09）：98-101.

[4]蒙玉玲，韦卫.大化水电厂黑启动操作和运行方式分析.红水河，2018，37（6）：115-118.