電網(wǎng)安全與水電站黑啟動

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)停電的狀況下，假如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)平安恢復無從入手，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)平安恢復首選的黑啟動電源，與火電、核電機組相比，水輪發(fā)電機結(jié)構(gòu)簡潔，沒有簡單的輔機系統(tǒng)，廠用電少，啟動速度快，是平安、抱負、便利的電網(wǎng)平安恢復工具之一，筆者依據(jù)在電力系統(tǒng)穩(wěn)定分析的多年實踐，認為電網(wǎng)平安恢復采納黑啟動低電壓恢復不僅速度快，而且平安牢靠。1電網(wǎng)平安穩(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。在原則上，首先應當盡一切可能防止主系統(tǒng)消失穩(wěn)定破壞事故。對于主系統(tǒng)的穩(wěn)定破壞，假如處理不當或者因繼電愛護等不正確動作，都可能導致系統(tǒng)大面積長期停電的事故，因此，考慮電力系統(tǒng)可能消失的最壞狀況，從最壞處著眼，建立應對電網(wǎng)失去穩(wěn)定性的措施，的確是保證電力系統(tǒng)平安穩(wěn)定運行的最終一道防線。把平安工程師站點加入保藏夾黑啟動的實質(zhì)是指在電網(wǎng)發(fā)生大面積或全網(wǎng)停電的狀況下，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)黑啟動是指系統(tǒng)全部停電后(不排解獨立小電網(wǎng)仍維持運行)，快速恢復電網(wǎng)供電的方式。電網(wǎng)恢復的基本方法有串行恢復和并行恢復兩種。(1)串行恢復串行恢復是在大多數(shù)發(fā)電機并網(wǎng)前對整個(或局部)網(wǎng)絡進行充電。在電網(wǎng)局部和子系統(tǒng)恢復時常被電網(wǎng)所采納。串行恢復存在的主要問題是：高壓輸電系統(tǒng)充電時系統(tǒng)產(chǎn)生的無功經(jīng)常超出實施充電的發(fā)電機的無功汲取力量，可能導致系統(tǒng)端消失過電壓。(2)并行恢復并行恢復是將系統(tǒng)分成幾個子系統(tǒng)同時恢復，各子系統(tǒng)同步后進行同期并列將整個網(wǎng)絡連接起來。在系統(tǒng)全黑狀況下或沒有任何外部互聯(lián)狀況時，因子系統(tǒng)同步恢復能顯著縮短恢復時間，因而此方案通常被全電網(wǎng)所采納。1.2水電站黑啟動水電站黑啟動是指機組在無400V廠用電狀況下，依DC220V電源快速完成機組自啟動，對內(nèi)恢復廠用電，并協(xié)作調(diào)度對電網(wǎng)平安恢復。水電站黑啟動的基本任務為：對內(nèi)恢復廠用電；對電網(wǎng)平安恢復，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)恢復廠用電，水電站能否自啟動的關(guān)鍵是開機操作時導水機構(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，導致系統(tǒng)消失嚴峻過電壓。為此如何對充電過程中的過電壓進行掌握是水電站黑啟動中的另一個關(guān)鍵問題。下面結(jié)合實際探討水電站黑啟動實施的兩個主要任務。2.1對內(nèi)恢復廠用電電網(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逝前和確認設備正常后，遵循以下原則對內(nèi)恢復廠用電：(1)運行人員應自行拉開全部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)恢復廠用400V電源。眾所周知，水電站自啟動要立足快字，這是打算后續(xù)電網(wǎng)黑啟動恢復的關(guān)鍵步驟。如2001-05-20伊朗電網(wǎng)停電事故發(fā)生后約16min電網(wǎng)就開頭恢復送電。這得益于電網(wǎng)中個別機組甩負荷后勝利實現(xiàn)帶廠用電運行，否則廠用電停電時間越長黑啟動恢復就越被動。2.2對電網(wǎng)平安恢復的方法選用就詳細某個電站而言，在黑啟動進程中，必需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。如何選擇對外恢復電網(wǎng)的方法，應依據(jù)電站主接線的結(jié)構(gòu)和設備來定，不能一概而論。從理論上講，對電網(wǎng)恢復一般有3種方法：①采納低電壓對電網(wǎng)平安恢復(以下簡稱低電壓恢復)；②采納全電壓對電網(wǎng)平安恢復；③采納另起升壓對電網(wǎng)平安恢復。不論何種方式投入，都將面臨過電壓的威逼。采納全電壓對電網(wǎng)平安恢復，充電恢復過程中的過電壓接近3倍相電壓，雖一般不會威逼絕緣，但會造成發(fā)電機過電壓愛護和避雷器動作；采納另起升壓恢復，雖能很好掌握過電壓倍數(shù)，但時間較長，操作緩慢；而采納低電壓恢復不僅可以彌補以上兩種方法的不足，而且可以避開損壞設備或避雷器動作而重復停電等特別。因此從平安和實踐角度考慮，為了掌握恢復過程中過電壓的威逼，以低電壓恢復更為合理。3低電壓恢復低電壓恢復是采納發(fā)電機運行在低電壓狀況下，對供電區(qū)域內(nèi)的系統(tǒng)進行充電。低電壓恢復要留意的兩個問題是：確定發(fā)電機實施充電的低電壓平安工作范圍；限制操作過程中的過電壓在合理的掌握范圍內(nèi)。如何確定