張溪河水電站機(jī)組作為河北南部電網(wǎng)黑啟動(dòng)機(jī)組的特點(diǎn)

張溪河水電站機(jī)組作為河北南部電網(wǎng)黑啟動(dòng)機(jī)組的特點(diǎn)

0機(jī)組并網(wǎng)電線張灣引水蓄能站位于河北省石家莊市井義縣測(cè)魚市甘陶河支流。離石家莊53公里，公路77公里，距井義縣45公里。電站廠房為地下式,裝設(shè)4臺(tái)單機(jī)容量為250MW的單級(jí)混流可逆式水泵水輪機(jī)組,屬于新型抽水蓄能電站,于2002年底開工建設(shè),預(yù)計(jì)2008年底第4臺(tái)機(jī)組并網(wǎng)發(fā)電。電站建成后將并入冀南電網(wǎng),擔(dān)任系統(tǒng)調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、調(diào)相及事故備用任務(wù)。張河灣水電站500kV側(cè)采用1/2四角形氣體絕緣金屬封閉開關(guān)(GIS)接線,經(jīng)一回500kV架空線接至電網(wǎng)。發(fā)電電動(dòng)機(jī)與主變壓器采用單元接線,機(jī)組同期和換相在主變低壓側(cè)進(jìn)行。機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)采用自并勵(lì)靜止晶閘管整流勵(lì)磁,其電源分別取自各機(jī)組主變低壓側(cè),經(jīng)勵(lì)磁變降壓后向其勵(lì)磁系統(tǒng)供電。廠高變直接從主變的低壓側(cè)取電,在機(jī)組停機(jī)或故障的情況下能不間斷地從系統(tǒng)倒送電,從而保證廠用電正常供電。同時(shí),還設(shè)置一臺(tái)柴油發(fā)電機(jī),作為全廠停電時(shí)機(jī)組黑啟動(dòng)的電源和消防保安電源。張河灣水電站在設(shè)計(jì)時(shí)就考慮作為河北南部電網(wǎng)黑啟動(dòng)時(shí)的電源。機(jī)組黑啟動(dòng)時(shí)啟動(dòng)條件較為惡劣,因此,具有黑啟動(dòng)能力的機(jī)組應(yīng)具備特殊的要求。本文簡(jiǎn)要介紹了張河灣水電站機(jī)組作為河北南部電網(wǎng)黑啟動(dòng)機(jī)組的特殊要求,以及黑啟動(dòng)的步驟。1機(jī)組黑啟動(dòng)問題抽水蓄能機(jī)組的特殊性在于機(jī)組響應(yīng)快、調(diào)節(jié)能力強(qiáng)、單機(jī)容量大、開機(jī)條件容易滿足,從開機(jī)到帶滿負(fù)荷僅需2min,是理想的黑啟動(dòng)電源。張河灣水電站是純抽水蓄能電站,與其他水電站相比,其上、下庫(kù)庫(kù)容相對(duì)穩(wěn)定,不受天然來水和季節(jié)的影響,沒有豐水期和枯水期,且上庫(kù)可調(diào)節(jié)庫(kù)容為715萬(wàn)m3,能確保在電網(wǎng)發(fā)生事故時(shí)以最快的速度使機(jī)組發(fā)電,實(shí)現(xiàn)廠用電自救及向電網(wǎng)供電,盡快恢復(fù)電網(wǎng)運(yùn)行。張河灣水電站相對(duì)靠近負(fù)荷中心,在河北南部電網(wǎng)中起到調(diào)峰填谷、擔(dān)負(fù)整個(gè)電網(wǎng)緊急事故備用的重任,是事故后系統(tǒng)恢復(fù)的首選。但要完成黑啟動(dòng),機(jī)組的硬件和軟件均需滿足相應(yīng)的要求,以張河灣水電站為例,蓄能機(jī)組主要設(shè)備的設(shè)計(jì)和參數(shù)應(yīng)滿足表1所示的要求。表1的機(jī)組參數(shù)考慮了在系統(tǒng)故障的情況下未能在很短時(shí)間內(nèi)恢復(fù),還考慮了啟動(dòng)失敗后2次啟動(dòng)的時(shí)間要求?？梢钥闯?要滿足全黑啟動(dòng)的要求是比較困難的,特別是機(jī)組的軸承設(shè)計(jì)、制造、安裝必須滿足機(jī)組黑啟動(dòng)時(shí)啟動(dòng)失敗帶來的風(fēng)險(xiǎn),滿足15min內(nèi)無(wú)冷卻溫升的要求。全黑啟動(dòng)的機(jī)組對(duì)直流系統(tǒng)的要求很高,除了滿足起勵(lì)要求外,還必須滿足事故照明2h的要求。調(diào)速器系統(tǒng)及球閥操作系統(tǒng)的油壓及保護(hù)必須滿足機(jī)組至少啟、停1次的需求,這2個(gè)系統(tǒng)還關(guān)系到廠房和機(jī)組的安全,在設(shè)計(jì)中還應(yīng)滿足更高的保安要求。在機(jī)組黑啟動(dòng)過程中,對(duì)啟、停機(jī)組的流程均有特殊的設(shè)計(jì)要求,例如,各輔助系統(tǒng)開機(jī)條件的檢測(cè)和判斷,各熱工保護(hù)在啟動(dòng)時(shí)閉鎖跳機(jī),各系統(tǒng)壓力和流量的檢測(cè)及閉鎖等。在全廠電動(dòng)發(fā)電機(jī)停機(jī)、500kV和10kV外來電源均失去且柴油發(fā)電機(jī)啟動(dòng)失敗的情況下,監(jiān)控系統(tǒng)仍能保證機(jī)組以發(fā)電工況啟動(dòng),滿足黑啟動(dòng)要求。不同電廠對(duì)黑啟動(dòng)的定義可能存在較大的區(qū)別,只要滿足現(xiàn)有的設(shè)計(jì)就可以了。下面介紹張河灣水電站黑啟動(dòng)過程中各系統(tǒng)設(shè)計(jì)的技術(shù)參數(shù)及實(shí)現(xiàn)方式。2黑啟動(dòng)過程中的主要問題和主要技術(shù)1黑啟動(dòng)時(shí)機(jī)組的運(yùn)行條件張河灣水電站發(fā)電機(jī)為半傘式,有推力、上導(dǎo)、下導(dǎo)三大軸承,其中推力和下導(dǎo)共用一個(gè)油槽。上導(dǎo)、推力和下導(dǎo)均利用電機(jī)的自泵式油循環(huán)系統(tǒng)作用使油進(jìn)行外循環(huán),外部加裝冷卻器;水導(dǎo)采用強(qiáng)迫油外循環(huán)水冷。在柴油發(fā)電機(jī)不可用時(shí),水導(dǎo)軸承油泵不能運(yùn)行使油循環(huán),機(jī)組各軸承沒有冷卻水,機(jī)組軸承運(yùn)行條件變差。但在黑啟動(dòng)情況下,機(jī)組的軸承能夠在沒有冷卻水的情況下運(yùn)行15min而不發(fā)生損壞,而張河灣水電站機(jī)組正常啟動(dòng)時(shí)間只有2min,可以在機(jī)組開啟成功后帶廠用電負(fù)荷。黑啟動(dòng)時(shí)直流注油泵投入運(yùn)行,高壓油通過軸瓦中心孔射出,在推力瓦與鏡板間強(qiáng)制形成潤(rùn)滑油膜。主變冷卻方式是強(qiáng)迫油循環(huán)水冷。在柴油發(fā)電機(jī)不可用時(shí),則利用主變自身的允許溫升能力(當(dāng)冷卻系統(tǒng)故障,全部冷卻器退出運(yùn)行后,主變?cè)试S在額定負(fù)荷下運(yùn)行20min),待機(jī)組開啟成功帶廠用電后,冷卻主變。2持調(diào)速器油壓法機(jī)組壓油系統(tǒng)是提供機(jī)組液壓操作動(dòng)力的裝置。在黑啟動(dòng)情況下,柴油發(fā)電機(jī)不可用,張河灣水電站機(jī)組要依靠?jī)?chǔ)氣罐和壓力油罐氣壓維持調(diào)速器油壓及球閥油壓,以開關(guān)導(dǎo)葉和球閥。張河灣水電站設(shè)置一個(gè)額定壓力為8MPa、體積為5m3的儲(chǔ)氣罐,加上調(diào)速器(球閥)壓力油罐氣壓(調(diào)速器油罐設(shè)計(jì)時(shí),滿足調(diào)速器油泵不啟動(dòng)的情況下,導(dǎo)葉接力器在正常下限工作油壓經(jīng)3次接力器全行程動(dòng)作后,油壓仍高于許可的最低操作油壓),足以維持調(diào)速器(球閥)6.4MPa的油壓,保障調(diào)速器和球閥的操作不受影響。3黑啟動(dòng)時(shí)勵(lì)磁電源問題正常情況下,機(jī)組開機(jī)時(shí)的起勵(lì)電源取自主變低壓側(cè)的勵(lì)磁變壓器,即從系統(tǒng)取電。系統(tǒng)瓦解后機(jī)組無(wú)法從電網(wǎng)取得勵(lì)磁電源,張河灣水電站黑啟動(dòng)時(shí)合上發(fā)電機(jī)出口開關(guān),使勵(lì)磁變壓器連接到機(jī)端,此時(shí)采用220V蓄電池的直流電源起勵(lì),通過正反饋建立機(jī)端電壓,解決黑啟動(dòng)時(shí)勵(lì)磁電源問題。在機(jī)端電壓建立起來后,切換成通過勵(lì)磁變壓器供勵(lì)磁電源。4蓄電池容量過在事故情況下,事故照明電源由直流系統(tǒng)通過逆變供給。機(jī)組的控制和保護(hù)電源同樣也是直流系統(tǒng)供給。同時(shí),直流系統(tǒng)還需供給機(jī)組黑啟動(dòng)的勵(lì)磁電源。因此,直流系統(tǒng)中蓄電池的容量至關(guān)重要。副廠房220V直流系統(tǒng)采用母線分段運(yùn)行,設(shè)有2組閥控式密封免維護(hù)鉛酸蓄電池,每組蓄電池組104個(gè),蓄電池單體電壓為2V,蓄電池組容量為1340A·h。全廠失去交流電源后,直流高壓注油泵負(fù)荷50A,直流起勵(lì)負(fù)荷40A,直流控制系統(tǒng)負(fù)荷約為125A,事故照明逆變電源136.36A,直流系統(tǒng)最大負(fù)荷約為352A,因此,蓄電池容量為1340A·h,足以滿足黑啟動(dòng)要求。5交直接收點(diǎn)監(jiān)控系統(tǒng)配置專用的不間斷電源(UPS),由交、直流同時(shí)供電。在廠用交流中斷的情況下,該UPS實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切換,正常承載負(fù)荷,保證監(jiān)控系統(tǒng)在黑啟動(dòng)過程中正常運(yùn)行。3電廠黑啟動(dòng)操作流程在500kV系統(tǒng)和廠用電系統(tǒng)交流電源全部消失后,應(yīng)及時(shí)聯(lián)系調(diào)度,并在接到調(diào)度“黑啟動(dòng)”命令后,選擇油壓裝置油壓較高、自啟動(dòng)能力較好的機(jī)組作為黑啟動(dòng)機(jī)組,盡快開機(jī)恢復(fù)廠用電,然后在調(diào)度的安排下恢復(fù)系統(tǒng)供電。根據(jù)張河灣水電站的主接線方式、設(shè)備狀況、運(yùn)行倒班方式研究制定了一套電網(wǎng)和電廠黑啟動(dòng)操作處理流程:1)事故發(fā)生后,立刻向網(wǎng)調(diào)、省調(diào)匯報(bào)事故情況,并詢問事故情況。2)向領(lǐng)導(dǎo)匯報(bào),要求檢修人員進(jìn)廠配合處理事故。3)根據(jù)保護(hù)和自動(dòng)裝置動(dòng)作情況與網(wǎng)調(diào)聯(lián)系結(jié)果,全面判斷事故發(fā)生在廠外而不是在廠內(nèi)。4)綜合考慮,選擇一臺(tái)機(jī)組作為黑啟動(dòng)機(jī)組。5)機(jī)組選定后,合上機(jī)組出口開關(guān);立即建立一條機(jī)組主變—廠高變—10kV母線—400V配電盤—機(jī)組、全廠公用設(shè)備各負(fù)荷的通路,斷開暫時(shí)不需要的開關(guān)。6)根據(jù)調(diào)度指令,手動(dòng)開機(jī)。7)機(jī)組起勵(lì)電源正常、廠用電系統(tǒng)正常后,優(yōu)先恢復(fù)啟動(dòng)機(jī)組的輔助系統(tǒng),并迅速恢復(fù)其他機(jī)組的供電。8)根據(jù)網(wǎng)調(diào)命令將線路和主變分別并入系統(tǒng)。張河灣水電站機(jī)組黑啟動(dòng)具體流程如圖1所示。4機(jī)組啟動(dòng)能力比較在河北南部電網(wǎng)全部解列、所有發(fā)電機(jī)停運(yùn)的情況下,張河灣水電站機(jī)組可由柴油發(fā)電機(jī)緊急自動(dòng)啟動(dòng)廠用電源,1號(hào)～4號(hào)機(jī)組均可啟動(dòng)機(jī)組實(shí)現(xiàn)線路