水电站黑启动与电网安全培训课件

水电站黑启动与电网安全培训课件勇于跨越追求卓越CONTENTS目录01黑启动概述02水电站黑启动电源特性03水电站黑启动关键系统与设备04水电站黑启动操作流程CONTENTS目录05电网黑启动策略06黑启动安全技术要求07黑启动案例分析08黑启动试验与应急预案CONTENTS目录09黑启动技术规范与未来发展01黑启动概述黑启动的定义与内涵黑启动的核心定义指整个电力系统因故障停运后，处于全“黑”状态（不排除孤立小电网仍维持运行），不依赖外部网络帮助，通过系统内具有自启动能力的发电机组启动，带动其他机组，逐步扩大恢复范围，最终实现整个系统恢复的过程。水电站黑启动的独特性水电站黑启动是在无厂用交流电情况下，仅利用直流系统蓄电池储存的电能量和液压系统储存的液压能量，完成机组自启动，对内恢复厂用电，对外配合电网调度恢复电网运行。黑启动的关键特征其核心特征在于不依赖外部电源，依靠系统内部自启动资源；关键是电源点的启动，水轮发电机组因辅助设备简单、厂用电少、启动速度快成为首选；最终目标是快速恢复系统供电，减少停电损失。

黑启动的重要性与作用保障电网应急恢复能力黑启动是电力系统发生大面积或全网停电后，不依赖外部电源，通过内部具有自启动能力的发电机组恢复供电的关键过程，是电网安全稳定运行的最后一道防线。

缩短停电时间减少损失在电网大面积停电后，实施黑启动可显著缩短恢复时间。例如2005年海南电网因台风"达维"全停后，通过黑启动仅1小时25分钟即恢复部分供电，最大限度降低了经济损失和社会影响。

提升电网抗风险韧性随着电网规模扩大和结构复杂化，大面积停电风险依然存在。黑启动能力使电网在极端事故（如自然灾害、系统瓦解）后能快速重建，增强了电力系统抵御突发故障的能力和整体韧性。

保障重要负荷持续供电黑启动可优先恢复医院、交通枢纽、应急指挥中心等关键设施供电，在停电事故中保障基本民生和社会秩序稳定，是维护公共安全的重要技术手段。

黑启动的分类按启动主体与范围划分黑启动主要分为电网黑启动和水电站黑启动两个层面。电网黑启动指系统全部停电后，利用系统内外电源逐步恢复整个电网供电；水电站黑启动则是指机组在无厂用交流电情况下，依靠自身储能完成自启动，恢复厂用电并配合电网恢复。

电网黑启动：串行与并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充电，存在高压线路充电过电压风险；并行恢复将电网划分为多个子系统同时启动，各子系统同步后并列，能显著缩短全系统恢复时间，适用于全黑或无外部互联情况。

水电站黑启动：A类与B类启动根据《GB/T38334-2019》，A类黑启动指水电站利用自身设备实现启动并具备向外送电能力，适用于大型战略水电站；B类黑启动则可能依赖部分外部条件或仅恢复厂用电，具体技术要求依据电站规模和功能定位确定。02水电站黑启动电源特性

水轮发电机组作为黑启动电源的优势01辅助设备简单，厂用电需求低水轮发电机组结构相对简洁，没有火电、核电机组复杂的辅机系统，厂用电消耗少，在无外部电源时可依靠自身储能独立启动。

02启动速度快，响应迅速水轮发电机组启动流程简便，启动时间短，能在电网事故后快速响应，如海南电网2005年“达维”台风后，黑启动仅用1小时25分钟即成功恢复供电。

03能源储备可靠，启动资源独立依靠直流系统蓄电池储存的电能量和液压系统储存的液压能量即可完成自启动，无需依赖外部能源输入，确保启动过程的独立性和可靠性。

04适应电网恢复需求，利于扩大供电范围启动后能快速带动无自启动能力的发电机组，逐步扩大系统恢复范围，是电网从“黑启动”到全面恢复的理想初始动力源，符合电网恢复的时序要求。

黑启动电源的选择原则

技术性能优先原则优先选择调节性能好、启动速度快、具备进相运行能力的机组，水轮发电机组因辅助设备简单、厂用电少、启动速度快，成为黑启动电源的首选。

调度与管理便捷原则优先选用直调电厂作为启动电源，其次考虑用户电源，便于统一调度和快速响应，确保黑启动过程高效有序。

电网结构适配原则尽量选择接入较高电压等级的电厂，有利于快速恢复其他电源和主网架，缩短电网整体恢复时间。

负荷中心接近原则选择距离负荷中心近的电厂，可减少电力传输损耗，加快对重要负荷的恢复供电，提升黑启动的实际效益。

启动电源的种类与适用场景水电站黑启动电源类型水电站黑启动应优先利用本站机组作为黑启动电源，也可利用外来电源或其他类型的电源。

蓄电池组蓄电池组适用于短时、小负荷供电，如辅助设备启动，为控制、保护及自动化设备提供稳定的直流电源。

柴油发电机组柴油发电机适用于供电时间较长、负荷较大的场景，作为备用电源，确保黑启动过程中的电源供应。

燃气轮机燃气轮机启动速度快，适用于紧急启动需求，可快速为黑启动提供初始动力支持。03水电站黑启动关键系统与设备油压维持能力调速系统要求与注意事项调速系统油压装置需保证机组在无厂用交流电时，能维持导叶开启的操作油压，满足一次正常自启动及事故停机用油，事故终了仍能保持最低允许油压。油压装置关键参数需严格控制压油槽油气比例，油位不得低于操作最低油位，确保在甩额定负荷、导叶全关全启等最不利工况下仍能正常工作。启动前检查要点黑启动前必须检查调速系统油压是否满足启动要求，确认油压装置无泄漏、油位及压力在正常范围，以保障机组顺利启动。励磁风机电源保障励磁系统配置与运行要点

黑启动时需确认励磁风机电源是否由本机自供电。若依赖外部厂用交流电，将因无电源导致风机无法运行，受功率柜温度限制，励磁系统可能无法长时间运行。长线路充电过电压控制

黑启动机组向系统充电时，需采用手动起励、逐步升压方式抑制线路末端过电压。避免全电压冲击导致的电压失控，确保并网前电压稳定在额定范围。励磁装置故障处理

启动前需检查励磁屏故障告警，如拔掉交流电源消失告警继电器（编号67J），确保励磁装置无故障信号。灭磁开关操作应严格遵循“先合后断”原则，防止失磁事故。参数整定与保护配置

黑启动过程中励磁系统应退出重合闸，投入过电压保护，停用低电压和低周保护。电压调节范围需满足0.9-1.1p.u.，频率偏差控制在±0.5Hz以内。直流系统与蓄电池保障

直流系统的核心作用直流系统是黑启动时唯一的电源，为电站的继电保护、操作、控制、励磁、调速器、通讯、事故照明等提供运行前提，其供电时间需满足黑启动全过程要求。蓄电池容量与放电时间要求蓄电池需具备足够容量，确保在黑启动期间稳定供电。通常要求直流系统供电时间大于4小时，具体放电时间可根据负荷情况通过计算确定，以保障关键设备持续运行。蓄电池的日常维护与管理应定期对蓄电池进行维护保养，包括定期充电放电、检查电解液液位及密度、清洁电极等，确保其性能良好，在黑启动时能够可靠提供直流电源。延长直流系统供电时间的措施黑启动过程中，应采取减少直流负荷的措施，如关闭非必要直流设备，优先保障关键控制和保护系统供电，以最大限度延长直流系统的供电时间。

辅助设备与系统支持调速系统：油压与油气比例控制调速系统油压装置需满足机组一次正常自启动，确保压油槽油位不低于操作最低油位，油气比例正常，以维持导叶开启的操作油压。

励磁系统：风机电源与长线路充电励磁风机若不由本机自供电，黑启动时需考虑无厂用交流电导致的运行限制；带长线路起励应采用手动起励、逐步升压方式，防止末端过电压。

直流系统：黑启动的唯一电源保障直流系统为继电保护、操作控制、励磁等提供电力，需确保其供电时间满足黑启动要求，是电站黑启动的前提条件。

监控与照明系统：操作保障监控系统依赖UPS供电，需延长其供电时间；地下厂房或夜间操作需检查事故照明，准备应急灯、电筒等，确保操作安全快速。04水电站黑启动操作流程黑启动前的准备工作设备状态检查检查水轮发电机组、调速系统、励磁系统、直流系统（蓄电池容量、电压）、主阀等关键设备是否处于良好状态，无故障隐患。确认压油槽油气比例正常，油位不低于操作最低油位；顶盖排水系统、技术供水系统（如采用水泵供水需确认备用方式）满足启动要求。系统隔离操作拉开与系统连接的所有出线开关（如220kV、110kV出线开关），确保机组与外部电网可靠隔离，防止黑启动过程中向故障系统倒送电。检查厂用变压器高低压侧开关状态，为后续恢复厂用电做准备。启动方案与人员准备明确黑启动操作步骤、人员分工（如操作组、监护组、联络组），确保相关人员熟悉预案流程。准备必要的操作工具、通讯设备及应急照明（如应急灯、手电筒），地下厂房或夜间操作时需确认事故照明满足需求。辅助系统确认检查直流系统供电时间是否满足黑启动要求（一般应大于4小时），UPS电源状态良好以保障监控系统运行。确认制动系统、消防系统等辅助设施处于备用状态，确保机组启动过程中的安全。机组启动操作步骤

启动前状态检查与隔离确认机组与系统隔离，如检查发电机出口断路器、厂用变高压侧断路器处于分闸位置，拉开相关隔离开关；检查水轮发电机组及辅助设备处于热备用状态，无事故。

机组手动启动至空转利用直流电源及调速器液压能量，手动操作开机至空转状态，严密监视调速器油压（不低于最低允许值）和油气比例，油位不低于1/5，确保转速达到额定值（如428.6r/min）。

励磁系统手动起励建压将励磁装置切至手动模式，合上灭磁开关，按“起励”按钮逐步将机端电压升至额定值；若励磁风机无自供电，需注意功率柜温度，避免长时间运行超限。

厂用电系统恢复操作确认发电机电压正常后，合上厂用变高压侧断路器，恢复厂用400V电源，迅速启动冷却水泵等辅助设备（参考厂家数据，无冷却水时机组最多运行5分钟）。

对外电网充电方式选择根据调度指令，采用全电压充电、低电压充电或零起升压方式对电网充电；长线路充电时宜用手动起励逐步升压，控制线路末端过电压，实现与系统孤岛并列或并网。01厂用电恢复流程启动前状态确认运行人员需拉开所有220kV（110kV）出线开关，确认机组及辅助设备处于热备用状态，发电机出口断路器、厂用变高压侧断路器等关键开关位置正确。02机组启动至空转阶段利用直流系统（如DC220V）和调速系统油压，手动或自动启动机组至空转状态，将励磁装置切至逆变状态，严密监视转速达到额定值（如428.6r/min）。03机端电压建立与控制投入励磁系统，采用手动起励方式逐步将机端电压升至额定值，期间需注意励磁风机电源切换及功率柜温度限制，确保电压稳定在0.9~1.1p.u.范围内。04厂用变投运与电源恢复合上发电机出口断路器及厂用变高压侧断路器，通过厂用变向400V母线供电，优先恢复冷却水泵、润滑油泵等关键辅助设备电源，整个过程需在直流电源（通常≥4小时）和调速油压维持时间内完成。对外电网恢复供电方法全电压充电方式直接以额定电压对电网线路进行充电，操作简便但过电压风险较高，接近3倍相电压，可能导致发电机过电压保护或避雷器动作。低电压充电方式采用低于额定电压对电网进行充电，能有效控制过电压在安全范围，避免设备损坏和重复停电，兼顾安全性与恢复效率。零起升压充电方式从低电压逐步升高至额定值，可精确控制过电压倍数，但操作时间较长，适用于对过电压控制要求严格的复杂电网恢复场景。充电方式选择原则根据电站主接线结构、设备特性及电网调度要求综合确定，优先考虑低电压充电以平衡安全与效率，确保恢复过程稳定可控。05电网黑启动策略串行恢复与并行恢复方式串行恢复方式定义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采用。串行恢复主要问题高压输电系统充电时产生的无功易超出发电机无功吸收能力，可能导致系统端出现过电压。并行恢复方式定义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连接整个网络，适用于系统全黑或无外部互联情况。并行恢复核心优势子系统同步恢复能显著缩短恢复时间，是全电网黑启动时通常采用的方案。子系统划分与协调子系统划分原则根据电网结构特点和黑启动电源位置合理划分，各子系统至少包含1个具备调频调压手段的黑启动电源，并有明确可靠的同期并列点。串行恢复方式在大多数发电机并网前对整个或局部网络进行充电，适用于电网局部和子系统恢复，但需注意高压输电系统充电时可能产生过电压问题。并行恢复方式将系统分成多个子系统同时恢复，各子系统同步后同期并列，能显著缩短全系统恢复时间，是系统全黑或无外部互联时的常用方案。子系统协调机制在电网调度统一指挥下，按预定开关操作序列实现子系统并列，检查最高电压等级电压偏差，确保全网络并列后逐步恢复剩余负荷。

负荷恢复原则与顺序负荷恢复基本原则负荷恢复应遵循"先易后难、逐步增加"原则，优先恢复重要负荷，再逐步恢复一般负荷，确保系统频率控制在49.5～50.5Hz之间，电压控制在0.9～1.1p.u.之间，并留有不低于系统发电负荷30%的旋转备用容量。

重要负荷优先恢复顺序优先保证各级电力调度机构、电厂、通讯部门、党政机关、重点厂矿企业的保安负荷等重要负荷的供电，在调度操作方案中应明确列出负荷恢复的优先次序和数量。

不同电源类型负荷恢复策略采用外网黑启动时，因其容量较大、安全稳定余度较高，可同时恢复部分负荷；采用内部自启动电源时，容量较小、启动及恢复速度较慢，需根据机组容量及运行要求逐步恢复，避免操之过急。

负荷恢复过程安全控制每一步操作都需要监测重要节点的电压水平，要求电网中的无功补偿设备能根据电压情况进行必要投切，避免远距离输送无功功率，防止过电压导致黑启动失败。06黑启动安全技术要求

过电压控制与防护01过电压产生机理黑启动过程中对空载或轻载长输电线路充电时，由于线路分布电容的存在，会产生大量无功，导致系统端电压抬高，形成过电压。

02过电压控制方法主要有低电压恢复、全电压恢复和零起升压三种方法。低电压恢复可避免过电压威胁，全电压恢复过电压接近3倍相电压，零起升压虽能控制过电压但时间较长。

03低电压恢复优势低电压恢复能弥补全电压恢复和零起升压的不足，避免设备损坏或避雷器动作导致重复停电，从安全和实践角度更合理。

04防护措施需确定发电机低电压安全工作范围，限制操作过程中过电压在合理范围，确保过电压保护投入，同时加强对系统电压的实时监测与调整。

频率与电压稳定控制频率稳定控制范围黑启动过程中，系统频率应严格控制在49.5～50.5Hz之间，确保发电机组及用电设备安全稳定运行。

电压稳定控制标准电压需维持在0.9～1.1p.u.范围内，每步操作需监测重要节点电压水平，避免过电压导致设备损坏或保护动作。

旋转备用容量要求系统应留有不低于发电负荷30%的旋转备用容量，以应对负荷波动，保障频率稳定。

无功补偿设备投切原则为保证电压水平，无功补偿设备需根据电压情况及时投切，避免远距离输送无功功率，降低电压损耗。继电保护与安全自动装置配置

黑启动期间保护配置原则黑启动过程中，应退出重合闸，防止非同期合闸；投入过电压保护，避免设备过压损坏；停用低电压和低周保护，防止误动导致启动失败。励磁系统保护调整针对励磁风机电源问题，若其不由本机自供电，需采取措施确保励磁系统不过热；带长线路起励时采用手动起励、逐步升压方式，控制线路末端过电压。安全自动装置运行要求系统全停后，原则上退出区域稳控装置中切除机组、负荷的出口压板，就地稳控装置保持原有运行状态，保障黑启动过程中系统稳定。保护定值适配与校验根据黑启动路径和负荷恢复情况，调整继电保护定值，确保快速切除故障；定期开展黑启动保护定值校验，验证其与启动过程的适配性。07黑启动案例分析海南电网黑启动实践

事件背景与启动契机2005年9月26日，受第18号台风“达维”影响，海南省发生罕见全省范围大面积停电，电网处于全“黑”状态，海南电网公司随即启动黑启动方案，这是国内除演练外首次实际实施的“黑启动”。

黑启动实施过程与成效在正式下达“黑启动”命令后仅1小时25分钟，便有电厂宣告“黑启动”成功，系统开始逐步恢复供电，有效缩短了停电时间，最大限度降低了因大面积停电造成的经济损失和社会影响。

实践经验与意义海南电网黑启动实践验证了黑启动方案在应对自然灾害导致大面积停电时的有效性，为后续国内其他地区电网黑启动预案的制定与实施提供了宝贵的实战经验，凸显了水电站作为黑启动电源在电网应急恢复中的关键作用。

云南电网黑启动试验试验背景与目标为检验复杂电网黑启动能力，云南电力集团公司牵头组织漫湾电厂、昆明电厂、以礼河电厂及昆明供电局等单位，选择最复杂、最具代表性的方案进行试验，全面模拟电网黑启动恢复过程。

试验核心内容以漫湾电厂机组为黑启动电源，采用零起升压和全电压冲击两种方式，恢复由500kV、220kV及110kV输变电系统构成的目标网架，实现对无自启动能力的昆明火电机组和以礼河水电机组的启动及孤岛并列。

试验意义与价值该试验验证了云南电网在大面积停电后利用水电站进行黑启动的可行性，为复杂电网结构下的黑启动方案制定、操作流程优化及应急响应能力提升提供了宝贵的实践经验。

湖北荆门储能电站黑启动试验试验概况2025年6月13日15时52分，华中地区首次构网型储能电站“黑启动”试验在湖北省荆门市沙洋县新港储能电站进行，历经1个多小时取得成功。

试验过程试验验证了独立运行的区域电网稳定运行能力，随后操作员调整运行方式，将区域电网并入“大电网”，恢复正常运行模式。

试验意义该试验为新型储能技术在电力系统黑启动领域的应用提供了实践经验，拓展了黑启动电源的选择范围，对提升电网应急恢复能力具有重要意义。08黑启动试验与应急预案黑启动试验方案制定试验目的与依据目的是测试机组黑启动特征参数，检验安全条件和调速器在小系统中的运行性能，验证黑启动能力，确保电网瓦解事故下安全快速恢复送电。依据国家发改委《关于落实电力安全和应急措施有关问题紧急通知》等相关要求。试验机组参数确定需明确水轮机型号、最高水头、设计水头、最低水头、额定流量、额定转速、飞逸转速等关键参数，例如某试验机组型号为HLA630-LJ-174，额定转速428.6r/min，设计水头102m。试验预备及条件包括检查机组无事故，调速器油压、油气比例、油位符合要求（如油位不低于1/5和高于4/5），确认直流系统、励磁系统、辅助设备等处于热备用状态，准备必要工具和材料。试验内容及步骤设计模拟黑启动全过程，涵盖机组自启动、零起升压、全电压冲击、恢复输变电系统、启动无自启动能力机组、孤岛并列等内容。具体操作步骤需详细到开关状态检查、励磁操作、机组升速升压等环节。试验组织与安全措施明确组织分工，包括指挥组、操作组、监护组等职责。制定安全措施，如防止非同期合闸、严格控制无冷却水运行时间（一般不超过5分钟）、加强直流系统和通信监视，确保人身和设备安全。应急预案编制原则黑启动应急预案编制黑启动应急预案编制需遵循“安全第一、预防为主、快速响应、协同配合”原则，结合电站实际情况，明确组织架构、职责分工、启动条件、操作流程及应急保障措施，确保预案的科学性、实用性和可操作性。应急预案核心内容框架应急预案应包含总则（目的、依据、适用范围）、组织机构与职责、黑启动条件与启动程序、操作步骤（厂用电恢复、电网充电）、安全措施、应急保障（人员、物资、通信）、培训与演练、预案评估与修订等关键章节，形成闭环管理体系。启动条件与响应机制明确黑启动启动条件，如全厂失压、厂用交流电中断且无法从外部获取电源等。建立分级响应机制，规定应急启动流程，包括故障确认、预案启动指令下达、各应急小组响应时限及信息上报路径，确保快速响应。培训演练与预案优化定期组织运行人员进行黑启动专项培训和实战演练，每年至少开展1次综合性演练，检验预案的有效性和人员操作熟练度。演练后进行评估总结，针对发现的问题及时修订预案，持续提升应急处置能力。

应急演练组织与实施演练组织架构与职责分工成立由电站负责人、技术骨干、调度人员组成的演练指挥小组，明确总指挥、操作组、监护组、记录组职责。例如云南电网黑启动试验中，明确漫湾电厂、昆明供电局等单位分工，确保协同配合。

演练方案制定与场景设计依据《GB/T38334-2019》标准，结合电站实际编制演练方案，模拟全厂失电、通讯中断等极端场景。如彰武水电站演练设置10kV线路故障甩负荷、孤网运行等典型工况，覆盖黑启动全流程。

演练实施步骤与过程控制按照“准备-启动-恢复-评估”四阶段执行：检查直流电