台州电网利用龙溪水电站机组黑启动试验.docx

台州电网利用龙溪水电站机组黑启动试验金清江 ,李凌云( 天台县龙溪水力发电站 ,浙江 天台 317200)摘 要 :阐述了台州电网利用龙溪电站水电机组的黑启动方案 ,介绍了台州电网成功的黑启动试验 ,以最少的操作 、最快的速度启动具有自启动能力的水轮发电机组 ,恢复台州电网的运行 ,给系统在极端情况下的恢复 、减少损失提供了实 践经验 ,并从理论和实践两个层面对电站黑启动过程及问题进行了研究 ,对黑启动问题的一般注意事项和技术措施进 行了总结 .关键词 :地方电网 ;水电站机组 ;黑启动中图分类号 : tv734. 2文献标识码 :b文章编号 :1008 - 536x(2008) 0320005204bla ck2start exp erime nt of taiz ho u grid ba se d o n lo ngxi hydropower statio n unit sj in qing2jiang , l i ling2yun(longxi hydropower station in tiantai county , tiantai 317200 , china)abstract : the black2start experiment of taizhou grid based on longxi hydroelectric generating set is introduced , which is characterized by the least operation and the fast pace . the experiment provides practical experience on how to restart the generator set and how to re2 store the normal running of the local grid in extremely abnormal condition so as to reduce the loss. the black2start process and its re2 sponding aspects are also discussed in theory and practical way.key words :local grid ; hydroelectric generating set ; black2start天台供电局调度中心和台州电业局调度中心的距离都相对较近 ,被选为台州电网的黑启动电源. 本文详细介 绍台州电网利用龙溪电站黑启动的过程及注意事 项等 ,对地方电网黑启动试验具有借鉴意义 .0引言所谓黑启动是指整个电网因故障全部停电 ,处于全“黑”状态 ,不依赖别的网络帮助 ,通过本电网中具有 自启动能力的发电机组启动 ,带动无自启动能力的发 电机组 ,逐渐扩大电网恢复范围 ,最终实现整个电网的 恢复. 黑启动的关键是电源点的启动. 水轮发电机组与 火电 、核电机组相比 ,具有辅助设备简单 、厂用电量少 、启动速度快等优点 ,通常是黑启动电源的首选 . 为了电 网安全可靠供电 ,除了从运行方式 、继电保护及安全稳 定等方面进行专门研究外 ,也应研究在最严重的情况 下如何快速恢复电网供电的措施 ,所以各个电网都非 常 重 视 黑 启 动 的 研 究 , 制 定 几 套 不 同 的 黑 启 动 预1龙溪水电站黑启动龙溪电站作为台州电网的黑启动电源要求在电站所有交流回路完全失压的情况下 ,在短短的数分钟内 ,依靠仅存的油压系统 、气压系统和自然流域提供的机 组冷却水系统 ,打开水轮机组导叶 ,将机组启动至额定 转速时 ,利用机组剩磁或站内直流系统起励建压至机 端额定电压 ,恢复厂用电 ,进而作为恢复台州电网的黑 启动电源 ,依次恢复平镇 110 kv 变 、国清 220 kv 变 、天台县供电局调度中心 ,作为天台桐柏水电站等各小水电的启动电源 ;同时向台州市电业局调度中心供电 ,作 为启动仙居下岸电站 、黄岩富山电站的厂用电 ,如此迅速恢复台州电网正常运行 .地方电网选择小型水电站为黑启动电源时 ,应注 意以下条件6 - 7 :案1 - 5. 浙江天台龙溪电站是一座以发电为主 、没有防洪灌溉任务的调峰电站 ,装机容量为 2 8 mw ,以 110kv 和 35 kv 两个电压等级并入浙江台州电网. 电站与收稿日期 :2008207201作者简介 :金清江 (1968 - ) ,男 ,浙江天台人 ,高级工程师. 从事水利 水电技术管理工作.6浙江水利水电专科学校学报第 20 卷(1)应尽可能选择经高电压等级线路上网的水电功能 ,平时操作手柄置于自动位置.(3) 高 压 气 泵 工 作 正 常 ( 正 常 气 压 : 额 定 压 力 为215310 mpa) . 高压气 、低压气的控制回路具有自动 打气功能 ,平时操作手柄置于自动位置.(4) 技术供水系统需有自然流域供水或引用顶盖 弃水进入机组冷却水回路 (水压正常工作范围 :01250135 mpa) .由于龙溪电站水轮机转速为1 000 r/ min 的高转速 机组 ,为保证推力瓦的运行温度满足要求 ,在推力瓦内 部实行冷却水循环具体方式为 : 利用水轮机顶盖的 弃水作为技术供水水源之一 ,龙溪电站于 1992 年改造 完成 ,根据多年的实际操作试验 ,顶盖取水已基本能满 足机组的冷却用水 ; 从电站右侧五百米处的山间小 溪 4 km2 自然流域及流量比较恒定的龙溪水库大坝 、 放空洞等水工程的渗漏水中引水 ,建设了约 800 m3 的 隧洞水库 ,作为补充引用顶盖弃水的不足. 这样 ,只要 机组一运行 ,就有两个独立的水源供给冷却用水 .(5) 站内直流负荷较少 ,直流系统的蓄电池容量 具有较大的裕度. 为达到可靠黑启动 ,设计时应考虑对 于机组启动过程中的重要辅助设备 (励磁 、油 、水 、气系 统) 经技术改造 ,可由直流系统供电启动 . 为此 ,选择性 能良好的蓄电池 ,同时确保具有 120 ah 的裕量.(6) 励磁系统具有自并励起励方式兼外接直流电 源起励. 机组正常情况下为自并励方式. 励磁电源取自 发电机机端电压 613 kv ,以励磁变压器降压后送至励 磁系统起励 . 当厂电升压消失后 ,机组进行黑启动时 , 采用以下方式起励 : 剩磁起励方式 ; 直流电源起 励 . 直流电源取自直流系统 ,电压为 24 v ,正常开机时 置入断开位置 ,只有当电站厂用电交流电压失电 ,而机 组由于停机时间过长 ,剩磁已无法起励建压时才合闸 投入使用 . (励磁系统具备直流起励回路 、机组自动准 同期回路和发电机断路器合闸回路中设计了黑启动方 式 . )(7) 为 防 止 以 上 各 个 系 统 出 现 意 外 的 不 正 常 状 态 ,从而影响黑启动的顺利进行 ,最好配备柴油发电机 组 ,用于恢复厂用电在电站尚未配备柴油发电机组及 水轮发电机组辅助设备尚未采用直流供电启动前 ,发 、 变 、输配电各系统平时处于热备用状态 ,以缩短黑启动 开机时间 .2 . 3操作步骤在厂用电全面消失时 ,龙溪电站的计算机监控系 统全面停役 ,运行操作人员就要马上检查机组各方面站 .(2)担任黑启动电源的机组 ,在交流电消失后的一定时间内 ,其润滑系统重力油箱中的备用油能保证机械设备润滑和散热 ,并能够进行人工加油 ;其冷却系 统应能保证冷却水供应 ,控制各个轴瓦 、润滑用油以及冷却用油的温升在正常工作范围内 ; 其液压操作机构供气压力应能在一定时间内保持正常工作压力范围. (3) 黑启动机组至送出负荷的系统 ( 路径) ,在机组自启动过程中网络参数不会引起机组自励磁 .2龙溪水电站黑启动试验龙溪水电站技术人员会同台州电业局技术人员对水轮发电机组进行了黑启动的可行性分析 ,并进行台州电网模拟试验.2 . 1 试验目的龙溪水电站黑启动试验全面模拟了电网黑启动后 的整个恢复过程8 ,其主要目的是 :(1) 检验龙溪电站机组的黑启动能力 ,即采用“零起升压”方式恢复厂用电的能力 ;(2) 检验龙溪电站发电机组经主变 、平镇变主变 、 国清变主变以及空载线路充电的过电压问题 ;(3) 检验龙溪电站黑启动后 ,带动无自启动能力 的天台电网 、天台小水电 、进而恢复台州电网运行的黑启动能力 ;(4) 检验龙溪电站水轮机组的调差特性 ,恢复天 台电网运行的稳定性问题 .2 . 2 前提条件及设备配置龙溪水电站要成功进行黑启动 ,必须在厂用电全 面消失前保证一定条件 ,并保证设备配置 ,具体如下 .(1) 球阀油压装置工作正常 ( 油压在正常工作范 围内 :2122145 mpa 、油气比 21) . 经现场实际试验 ,厂用电全停 10 min 后 ,球阀在油压 215 mpa 下顺利开 启 ,约 10 min 后在油压力 213 mpa 下顺利关闭 ,再经约10 min 后 ,在油压力 211 mpa 下能再次顺利开启.(2) 调速器油压装置工作正常 ( 油压正常工作范 围内 :212215 mpa 、油 气 比 2 1 , 油 泵 事 故 停 机 压 力117 mpa ,油泵故障发信压力 119 mpa ,210 mpa 备用油 泵启动 ,212 mpa 工作油泵启动) . 经现场实际试验 , 在 油压 212 mpa 的情况下 ,厂用电全停 10 min 后 ,调速器 依然能打开机组导叶 .球阀和调速器油压装置的控制回路具有自动打油7第 3 期金清江等 :台州电网利用龙溪水电站机组黑启动试验是否符合黑启动开机条件 ,并按热备用开机操作步骤将机组开至空载额定转速 ,再采用零起升压对机组连 同 613 kv 母线 、进行黑启动开机运行 .(1) 检查油回路 、水回路 、气回路及相关的辅助设 备是否正常 ;2 . 4试验数据在开机 、并网以及运行的过程中 ,记录电站各项黑 启动试验数据 ,见表 1 、表 2 、表 3 .表 1机组带厂用电和 110 kv 升压变零升数据(2)(3)检查直流系统输出电压在正常范围之内 ;检查各设备是否符合热备用状态下的开机条冲击龙平 1834 线参数零起升压前后机端电压/ kv定子电流/ a 励磁电流/ a 励磁电压/ kv110 kv 母线电压/ kv频率/ hz2 . 24 . 16 . 36 . 36 . 38件 ;28 25 稳定(4)手动合上机组断路器并检查是否正常 ;801247. 513521852303312821231128200 19528 25128(5) 手动合上主变 613 kv 侧断路器并检查是否正常 ;到现地手动合上主变 110 kv 侧断路器并检查是否 正常 (如果只需要恢复厂用电 ,则可省略本步操作) . 完 成了本步操作 ,则将机组与 110 kv 主变 、龙平 1834 线 线路一起恢复了电压等级 ;(6) 通知水机值班人员到现地正常开起球阀 、冷 却水系统 、水轮机并检查是否正常 ;(7) 逆时针方向旋转开度限制和转速调整至空载 额定转速 ;(8) 利用剩磁进行起励 ,建压 、升压至机端额定电 压并略偏大 ;如果剩磁无法正常起励建压 ,则合上预先配备的由直流屏取出的 22v 直流电开关 ,对转子进行 充电 ,再起励建压 ;(9) 马上带上无功 ,配合水机带上有功 ;控制机端 力率保持在 0185 附近 ;(10) 合上 1 # 厂用屏总开关 ,合上母联刀闸 ,恢复 厂用电.49 . 8550 . 02 稳定变化50 49. 8 49. 95 稳定表 2 机组带厂用电和 110 kv 升压变 、龙平 1834 线路零升冲击平镇变主变参数零起升压前后机端电压/ kv定子电流/ a 励磁电流/ a 励磁电压/ kv110 kv 母线电压/ kv 频率/ hz 机端有功/ mw 机端无功/ mvar2 . 24 . 16 . 025190281206 . 05 . 6 625 500 25 稳定651247. 5120198519028120270 19530 28115 120基本稳定在 50 附近0- 0. 550 49. 1 49. 6 稳定注 :平镇变主变冲击进行了二次 ,有关数据十分接近 , 其中平镇变观察的励磁涌流二次均为 20 a 左右 ,频率变化比较明显 ,最大偏离接近1 . 0 hz.表 3 机组带厂用电 、110 kv 升压变 、龙平 1834 线路和平镇变主变零升平镇变送 10 kv 负荷参数零起升压甩负荷试验第 1 次第 2 次第 3 次机端电压/ kv定子电流/ a 励磁电流/ a 励磁电压/ kv110 kv 母线电压/ kv 频率/ hz 机端有功/ mw机端无功/ mvar2 . 24 . 06 . 05 . 95. 96 . 05. 8 微摆350 0160 20040 27114 050 . 3 微摆5 . 8 01 . 5 0 . 20751210120202519529701952712020028190210314884基本稳定 50 附近0- 0 . 312111849 . 5 微摆1 . 0011650 微摆1. 30. 312050. 4 微摆2 . 00 . 8000- 0 . 5注 : 甩负荷后厂用电实现了自保.送 、甩负荷机组频率变化时间均很短 ,仪表指针摆动范围也很小.因试验是配合平镇变系统检修进行 ,送电时基本没有工业负荷 ,无法实现一次带 35 mw 负荷来观察系统的稳定性和频率变化.8浙江水利水电专科学校学报第 20 卷控制在 5 000 kw 左右 ,力率保持在 0185 附近 ,在延伸网络过程中若并网机组出力不足 ,拉限合适的负荷实 现平衡.在龙溪电站 2 台机组稳定并网后 ,利用平镇变恢 复国清变 ;稳定后 ,利用国清变恢复 110 kv 天台变 ; 稳定后 ,利用天台变恢复临海变侧热备用 . 成功后 ,完成 子系统的并列 . 在恢复过程中 ,要密切注意电压变化 , 随时进行调整 ;县调送出负荷及非黑启动机组出力应 严格按地调指令升降 ,以保证调频机组留有足够的调 节容量.3龙溪电站黑启动恢复台州电网运行的方案在龙溪电站失压 10 min 以上无法与地调取得联系时 ,值班人员应在直流电源消失前 , 确 认 设 备 正 常后 ,就自行将机组带机组开关零起升压 , 恢复 613 kv 开关室和厂用电 ( 与外界相连的开关全部拉开) . 在得 到地调“实施黑启动方案”的命令后则服从调度命令 , 按台州电网黑启动预案的要求 ,作为台州电网黑启 动的电源 ,按龙溪子系统黑启动厂站开关保留表自上而下的顺序逐步恢复电网. 恢复路径见图 1 .4黑启动运行中注意事项黑启动过程中的技术问题需要不断摸索 、分析 、研究和完善 . 在此总结以下几点注意事项.(1) 在落实黑启动组织措施 、技术措施的同时 ,还 应落实黑启动具体的操作方案 ,储备黑启动专用操作 票 ,使方案更具可操作性 .(2) 配备柴油发电机 ,并将其引入厂用电低压配 电屏 ,以供备用 . 当全站交流失压 ,启动柴油机组 ,使机 组辅机具备电源 ,但开机仍按黑启动控制流程执行 . 在开机过程中根据油压 、油位及气压需要可手动投入工 作泵.(3) 起用黑启动时刻应注意 :当龙平 1834 线 、龙溪 3672 线 、天柱 69 线全部失 电时 ,龙溪 1 # 机组带 1 # 主变零起升压 ,作为本站的厂用电源 .当台州电网全部失电时 ,龙溪 1 # 机组带 1 # 主 变 、龙平 1934 线及平镇 110 kv 变零起升压 ,作为天台 电网的所用电及其他水电站的启动电源 ,进一步作为 恢复台州电网的所用电 、台州电网的水电站 、台州电厂 的启动电源 .(4) 黑启动初期 ,黑启动机组经升压站直接带龙 平 1834 线空载线路零升冲平镇变主变 ,由于分布电容 存在 ,势必产生大量无功 ,易造成系统电压抬高 . 在电 网恢复初期 ,应根据具体情况尽可能使龙溪的黑启动 机组高功率因数运行 ,频率宜略偏高 (如高 015 hz) ,而机端电压宜略偏低 (如 95 %的额定电压) .图 1 龙溪子系统恢复路径图龙溪 电 站 开 启 1 # 机 组 , 对 1 # 主 变 、龙 平 1834线 ,以及平镇变 1 # 主变进行零起升压 ; 稳定建压 ,恢 复龙溪电站厂用电后 ,开 2 # 机组并稳定并网 ,负责电网的调频 ;通知天台县调恢复平镇 110 kv 变 、国清 220 kv 变 、天台县供电局调度中心 ,作为桐柏水电站等各 小水电的启动电源 ; 同时向台州市电业局调度中心供 电 ,作为启动仙居下岸电站 、黄岩富山电站的厂用电 ,以迅速恢复台州电网正常运行 ,尤其是恢复汛期厂用 电 、台州市重要负荷的供电 ,将事故损失降低到最低限 度 .台州电网全黑后 ,通知龙溪水电站实施黑启动方案 ,并自启 1 # 机组 , 对龙溪电站 1 # 主变 、龙平 1834线 ,以及平镇变 1 # 主变进行零起升压 ; 同时令龙溪电 站负责电网的调频 ;稳定建压后 ,通知天台县调恢复平镇变所用电 ,并按地调指令送出 10 kv 近区负荷 ,在负 荷带到 5 000 kw (机端力率保持在 0185 附近 ,送 35 kv线路时绝对值控制不小于 1 000 kw. 下同) 左右时 ,通知天台县调恢复 35 kv 城西变 、220 kv 国清变所用电 ,并送出 少 量 负 荷. 当 龙 溪 电 站 1 # 机 负 荷 带 到 接 近7 000 kw 时 , 通 知 龙 溪 电 站 2 # 机 组 开 机 并 网 , 稳 定 后 ,要求天台县调尽可能利用已有电源恢复重要用户 供电 ,并组织如 35 kv 城西变 、220 kv 国清变上网的地 方电厂机组并网. 在延伸网络 、送负荷及组织地方电厂机组并网的同时 ,应始终把握龙溪电站每台机组出力5结语由于影响电网安全运行的因素极其复杂 ,一些偶(下转第 13 页)13第 3 期李振波等 :台州市中心城区台风洪涝灾害分析及防台对策永宁江及其主要支流治理 ;路桥北片易涝区治理 ;金清二期工程.(2) 加快渔港建设和管理 .拓展东海塘可以避风 1000 艘渔船 ;实施石塘渔港二期 ,可以避风 1 000 艘渔船. (3) 实施其他基础设施建设 .建立住房安全认证体系 ;市政等设施要充分考虑防台要求 ,提高防台风 标准.3 . 2 进一步完善各类非工程措施建设防台工作预案要针对近年来防台工作中发现的问 题 ,并结合城区实际进行修订 , 并开展 预 案 的 实 战 演 练 ,提高其可操作性. 加强水文和气象监测预报预警系 统的建设 ,提高预报的及时性和准确性 ; 有计划 、分年度地实施中心城区水雨情的自动监测系统 ,对重要水 利工程如水库大坝 、溢洪道 、水闸 、重涝区 、渔港 、地质 灾害隐患点等实施远程监测 ,实现省 市 县 镇四 级会商系统和指挥决策支持系统 ,提高防台指挥决策 的现代化水平3 .3 . 3加强防台风险管理工作 , 使防汛工作进一步规 范化 、法制化 要及早制定人员转移的相关法规与标准 ,为防台工作奠定坚实的法律基础 . 对在紧急状态下 ,政府做出人员紧急转移的决定 、发布强制性转移的命令以及采 取强制征用房屋等行为 , 都要纳入法 治 轨 道 , 且 有 明 确 、详细的规定 ,做到有法可依. 同时要通过科学的规 划 ,建立稳固可靠的台风避灾场所 ,把群众转移工作真正落到实处 ,确保转移群众的安全 . 还要大力倡导防台 风保险 ,减少台灾损失 ,促进灾后重建 .3 . 4加强防灾减灾知识宣传教育 , 提高群众抗灾自救能力目前 ,台州把每年的 7 月 10 日定为“防台风日”,加大了防台知识的宣传力度 ,并已取得初步成效. 有关部门要根据法