電網(wǎng)安全與水電站黑啟動

1、電網(wǎng)安全與水電站黑啟動在電網(wǎng)發(fā)生大面積或全網(wǎng)停電的情況下，如果沒有任何黑啟動措施，將使得停電時間大大延長，甚至對 電網(wǎng)安全恢復(fù)無從入手，不知所措，并由此造成國民經(jīng)濟的重大損失。水電站（包括抽水蓄能電站 ）的水輪發(fā)電機組是電網(wǎng)安全恢復(fù)首選的黑啟動電源，與火電、核電機組相比，水輪發(fā)電機結(jié)構(gòu)簡單，沒有復(fù)雜的輔機系 統(tǒng)，廠用電少，啟動速度快，是安全、理想、方便的電網(wǎng)安全恢復(fù)工具之一，筆者根據(jù)在電力系統(tǒng)穩(wěn)定分析 的多年實踐，認(rèn)為電網(wǎng)安全恢復(fù)采用黑啟動低電壓恢復(fù)不僅速度快，而且安全可靠。1 電網(wǎng)安全穩(wěn)定的要求電力系統(tǒng)穩(wěn)定性定義包含 3 個內(nèi)容：不發(fā)生主系統(tǒng)的非同步運行；不發(fā)生頻率崩潰；不發(fā)生電壓崩潰。在原

2、則上，首先應(yīng)當(dāng)盡一切可能防止主系統(tǒng)出現(xiàn)穩(wěn)定破壞事故。對于主系統(tǒng)的穩(wěn)定破壞，如果處理不當(dāng)或者 因繼電保護等不正確動作，都可能導(dǎo)致系統(tǒng)大面積長期停電的事故，因此，考慮電力系統(tǒng)可能出現(xiàn)的最壞情 況，從最壞處著眼，建立應(yīng)對電網(wǎng)失去穩(wěn)定性的措施，確實是保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的最后一道防線。 把安全工程師站點加入收藏夾黑啟動的實質(zhì)是指在電網(wǎng)發(fā)生大面積或全網(wǎng)停電的情況下，電網(wǎng)利用內(nèi)部部分發(fā)電機組（即電源 ） 自身或外來的動力資源使發(fā)電機組啟動達到額定轉(zhuǎn)速并建立正常電壓，有步驟地對電網(wǎng)進行充電，恢復(fù)電網(wǎng)運行和用 戶供電。目前，電力系統(tǒng)的黑啟動主要分為電網(wǎng)黑啟動和水電站黑啟動兩個層面1.1 電網(wǎng)黑啟動電網(wǎng)黑啟

3、動是指系統(tǒng)全部停電后（不排除獨立小電網(wǎng)仍維持運行 ），迅速恢復(fù)電網(wǎng)供電的方式。電網(wǎng)恢復(fù)的基本方法有串行恢復(fù)和并行恢復(fù)兩種。（1）串行恢復(fù)串行恢復(fù)是在大多數(shù)發(fā)電機并網(wǎng)前對整個（或局部 ） 網(wǎng)絡(luò)進行充電。在電網(wǎng)局部和子系統(tǒng)恢復(fù)時常被電網(wǎng)所 采用串行恢復(fù)存在的主要問題是：高壓輸電系統(tǒng)充電時系統(tǒng)產(chǎn)生的無功常常超出實施充電的發(fā)電機的無功吸 收能力，可能導(dǎo)致系統(tǒng)端出現(xiàn)過電壓。（2）并行恢復(fù)并行恢復(fù)是將系統(tǒng)分成幾個子系統(tǒng)同時恢復(fù)，各子系統(tǒng)同步后進行同期并列將整個網(wǎng)絡(luò)連接起來。在系 統(tǒng)全黑情況下或沒有任何外部互聯(lián)情況時，因子系統(tǒng)同步恢復(fù)能顯著縮短恢復(fù)時間，因而此方案通常被全電 網(wǎng)所采用。1.2 水電站黑啟動水

4、電站黑啟動是指機組在無 400V 廠用電情況下，依 DC220V 電源迅速完成機組自啟動，對內(nèi)恢復(fù)廠用電， 并配合調(diào)度對電網(wǎng)安全恢復(fù)。水電站黑啟動的基本任務(wù)為：對內(nèi)恢復(fù)廠用電；對電網(wǎng)安全恢復(fù)，即用機組自啟動后并對電網(wǎng)進行充 電。2 水電站黑啟動的分析對于對內(nèi)恢復(fù)廠用電，水電站能否自啟動的關(guān)鍵是開機操作時導(dǎo)水機構(gòu)的油壓維持時間（一般在半個小時左右）和蓄電池（含UPS）的供電維護時間。對于對外恢復(fù)電網(wǎng)即在機組自啟動后對電網(wǎng)進行充電。而水電站一 般經(jīng)長距離高壓線路接入系統(tǒng)，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生大面積停電事故后，在黑啟動機組實施對電網(wǎng)充電過程中，存在 的突出問題是對高壓輸電系統(tǒng)充電時，導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)嚴(yán)重過電壓。為

5、此如何對充電過程中的過電壓進行控制 是水電站黑啟動中的另一個關(guān)鍵問題。面結(jié)合實際探討水電站黑啟動實施的兩個主要任務(wù)。2.1 對內(nèi)恢復(fù)廠用電電網(wǎng)全停事故后，具有黑啟動電源的水電廠(站 )現(xiàn)場運行人員在直流電源消失前和確認(rèn)設(shè)備正常后，遵循以下原則對內(nèi)恢復(fù)廠用電：(1)運行人員應(yīng)自行拉開所有220kV(110kV) 出線開關(guān)；(2)自動或手動啟動機組至 “空轉(zhuǎn) ”，將勵磁裝置切至 “逆變 ”狀態(tài)；(3)合上發(fā)電機開關(guān)，而后對10kV母線(或主變)快速另升;(4)恢復(fù)廠用 400V 電源眾所周知，水電站自啟動要立足 “快”字，這是決定后續(xù)電網(wǎng)黑啟動恢復(fù)的關(guān)鍵步驟。如2001-05-20 伊朗電網(wǎng)停電事

6、故發(fā)生后約 16min 電網(wǎng)就開始恢復(fù)送電。這得益于電網(wǎng)中個別機組甩負(fù)荷后成功實現(xiàn)帶廠用電運 行，否則廠用電停電時間越長黑啟動恢復(fù)就越被動。2.2 對電網(wǎng)安全恢復(fù)的方法選用就具體某個電站而言，在黑啟動進程中，必須對空載或輕載長輸電線路充電。由于分布電容的存在，勢 必產(chǎn)生大量無功，造成電網(wǎng)電壓抬高。如何選擇對外恢復(fù)電網(wǎng)的方法，應(yīng)根據(jù)電站主接線的結(jié)構(gòu)和設(shè)備來定， 不能一概而論。從理論上講，對電網(wǎng)恢復(fù)一般有 3 種方法： 采用低電壓對電網(wǎng)安全恢復(fù) (以下簡稱低電壓恢復(fù) ); 采 用全電壓對電網(wǎng)安全恢復(fù); 采用另起升壓對電網(wǎng)安全恢復(fù)。不論何種方式投入，都將面臨過電壓的威脅。采用全電壓對電網(wǎng)安全恢復(fù)，充電恢復(fù)過程中的過電壓接 近 3 倍相電壓，雖一般不會威脅絕緣，但會造成發(fā)電機過電壓保護和避雷器動作；采用另起升壓恢復(fù)，雖能 很好控制過電壓倍數(shù)，但時間較長，操作緩慢；而采用低電壓恢復(fù)不僅可以彌補以上兩種方法的不足，而且 可以避免損壞設(shè)備或避雷器動作而重復(fù)停電等異常。因此從安全和實踐角度考慮，為了控制恢復(fù)過程中過電 壓的威脅，以低電壓恢復(fù)更為合理。3 低電壓恢復(fù)低電壓恢復(fù)是采用發(fā)電機運行在低電壓情況下，對供電區(qū)域內(nèi)的系統(tǒng)進行充電。低電壓恢復(fù)要注意的兩個問題是：確定發(fā)電機實施充電的低電壓安全工作范圍；限制操作過程中的過電壓在合理的控制范圍內(nèi)。如何確