电网安全与水电站黑启动

电网安全与水电站黑启动电网安全与水电站黑启动 在电网发生大面积或全网停电的情况下 如果没有任何黑 启动措施 将使得停电时间大大延长 甚至对电网安全恢复无 从入手 不知所措 并由此造成国民经济的重大损失 水电站 包括抽水蓄能电站 的水轮发电机组是电网安全恢复首选的黑启 动电源 与火电 核电机组相比 水轮发电机结构简单 没有 复杂的辅机系统 厂用电少 启动速度快 是安全 理想 方 便的电网安全恢复工具之一 笔者根据在电力系统稳定分析的 多年实践 认为电网安全恢复采用黑启动低电压恢复不仅速度 快 而且安全可靠 1 电网安全稳定的要求电网安全稳定的要求 电力系统稳定性定义包含 3 个内容 不发生主系统的非同 步运行 不发生频率崩溃 不发生电压崩溃 在原则上 首先 应当尽一切可能防止主系统出现稳定破坏事故 对于主系统的 稳定破坏 如果处理不当或者因继电保护等不正确动作 都可 能导致系统大面积长期停电的事故 因此 考虑电力系统可能 出现的最坏情况 从最坏处着眼 建立应对电网失去稳定性的 措施 确实是保证电力系统安全稳定运行的最后一道防线 把 安全工程师站点加入收藏夹 黑启动的实质是指在电网发生大面积或全网停电的情况下 电网利用内部部分发电机组 即电源 自身或外来的动力资源使发 电机组启动达到额定转速并建立正常电压 有步骤地对电网进 行充电 恢复电网运行和用户供电 目前 电力系统的黑启动主要分为电网黑启动和水电站黑 启动两个层面 1 1 电网黑启动 电网黑启动是指系统全部停电后 不排除独立小电网仍维持 运行 迅速恢复电网供电的方式 电网恢复的基本方法有串行 恢复和并行恢复两种 1 串行恢复 串行恢复是在大多数发电机并网前对整个 或局部 网络进行 充电 在电网局部和子系统恢复时常被电网所采用 串行恢复存在的主要问题是 高压输电系统充电时系统产 生的无功常常超出实施充电的发电机的无功吸收能力 可能导 致系统端出现过电压 2 并行恢复 并行恢复是将系统分成几个子系统同时恢复 各子系统同 步后进行同期并列将整个网络连接起来 在系统全黑情况下或 没有任何外部互联情况时 因子系统同步恢复能显著缩短恢复 时间 因而此方案通常被全电网所采用 1 2 水电站黑启动 水电站黑启动是指机组在无 400v 厂用电情况下 依 dc220v 电源迅速完成机组自启动 对内恢复厂用电 并配合调 度对电网安全恢复 水电站黑启动的基本任务为 对内恢复厂用电 对电网安 全恢复 即用机组自启动后并对电网进行充电 2 水电站黑启动的分析水电站黑启动的分析 对于对内恢复厂用电 水电站能否自启动的关键是开机操 作时导水机构的油压维持时间 一般在半个小时左右 和蓄电池 含 ups 的供电维护时间 对于对外恢复电网即在机组自启动后 对电网进行充电 而水电站一般经长距离高压线路接入系统 当电网发生大面积停电事故后 在黑启动机组实施对电网充电 过程中 存在的突出问题是对高压输电系统充电时 导致系统 出现严重过电压 为此如何对充电过程中的过电压进行控制是 水电站黑启动中的另一个关键问题 下面结合实际探讨水电站黑启动实施的两个主要任务 2 1 对内恢复厂用电 电网全停事故后 具有黑启动电源的水电厂 站 现场运行人 员在直流电源消失前和确认设备正常后 遵循以下原则对内恢 复厂用电 1 运行人员应自行拉开所有 220kv 110kv 出线开关 2 自动或手动启动机组至空转 将励磁装置切至逆变状态 3 合上发电机开关 而后对 10kv 母线 或主变 快速另升 4 恢复厂用 400v 电源 众所周知 水电站自启动要立足快字 这是决定后续电网 黑启动恢复的关键步骤 如 2001 05 20 伊朗电网停电事故发生 后约 16min 电网就开始恢复送电 这得益于电网中个别机组甩 负荷后成功实现带厂用电运行 否则厂用电停电时间越长黑启 动恢复就越被动 2 2 对电网安全恢复的方法选用 就具体某个电站而言 在黑启动进程中 必须对空载或轻 载长输电线路充电 由于分布电容的存在 势必产生大量无功 造成电网电压抬高 如何选择对外恢复电网的方法 应根据电 站主接线的结构和设备来定 不能一概而论 从理论上讲 对电网恢复一般有 3 种方法 采用低电压 对电网安全恢复 以下简称低电压恢复 采用全电压对电网 安全恢复 采用另起升压对电网安全恢复 不论何种方式投入 都将面临过电压的威胁 采用全电压 对电网安全恢复 充电恢复过程中的过电压接近 3 倍相电压 虽一般不会威胁绝缘 但会造成发电机过电压保护和避雷器动 作 采用另起升压恢复 虽能很好控制过电压倍数 但时间较 长 操作缓慢 而采用低电压恢复不仅可以弥补以上两种方法 的不足 而且可以避免损坏设备或避雷器动作而重复停电等异 常 因此从安全和实践角度考虑 为了控制恢复过程中过电压 的威胁 以低电压恢复更为合理 3 低电压恢复低电压恢复 低电压恢复是采用发电机运行在低电压情况下 对供电区 域内的系统进行充电 低电压恢复要注意的两个问题是 确定 发电机实施充电的低电压安全工作范围 限制操作过程中的过 电压在合理的控制范围内 如