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(fù)無從入手，不知所措，并由此造成國民經(jīng)濟(jì)的重大損失。水電站(包括抽水蓄能電站)的水輪發(fā)電機(jī)組是電網(wǎng)平安恢復(fù)首選的黑啟動電源，與火電、核電機(jī)組相比，水輪發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)簡潔，沒有簡單的輔機(jī)系統(tǒng)，廠用電少，啟動速度快，是平安、抱負(fù)、便利的電網(wǎng)平安恢復(fù)工具之一，筆者依據(jù)在電力系統(tǒng)穩(wěn)定分析的多年實(shí)踐，認(rèn)為電網(wǎng)平安恢復(fù)采納黑啟動低電壓恢復(fù)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(yùn)行；不發(fā)生頻率崩潰；不發(fā)生電壓崩潰。在原則上，首先應(yīng)當(dāng)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(dāng)或者因繼電愛護(hù)等不正確動作，都可能導(dǎo)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(yīng)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(yùn)行的最終一道防線。把平安工程師站點(diǎn)加入保藏夾黑啟動的實(shí)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(jī)組(即電源)自身或外來的動力資源使發(fā)電機(jī)組啟動達(dá)到額定轉(zhuǎn)速并建立正常電壓，有步驟地對電網(wǎng)進(jìn)行充電，恢復(fù)電網(wǎng)運(yùn)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(dú)立小電網(wǎng)仍維持運(yùn)行)，快速恢復(fù)電網(wǎng)供電的方式。電網(wǎng)恢復(fù)的基本方法有串行恢復(fù)和并行恢復(fù)兩種。(1)串行恢復(fù)串行恢復(fù)是在大多數(shù)發(fā)電機(jī)并網(wǎng)前對整個(或局部)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行充電。在電網(wǎng)局部和子系統(tǒng)恢復(fù)時常被電網(wǎng)所采納。串行恢復(fù)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(shí)施充電的發(fā)電機(jī)的無功汲取力量，可能導(dǎo)致系統(tǒng)端消失過電壓。(2)并行恢復(fù)并行恢復(fù)是將系統(tǒng)分成幾個子系統(tǒng)同時恢復(fù)，各子系統(tǒng)同步后進(jìn)行同期并列將整個網(wǎng)絡(luò)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(fù)能顯著縮短恢復(fù)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(jī)組在無400V廠用電狀況下，依DC220V電源快速完成機(jī)組自啟動，對內(nèi)恢復(fù)廠用電，并協(xié)作調(diào)度對電網(wǎng)平安恢復(fù)。水電站黑啟動的基本任務(wù)為：對內(nèi)恢復(fù)廠用電；對電網(wǎng)平安恢復(fù)，即用機(jī)組自啟動后并對電網(wǎng)進(jìn)行充電。2水電站黑啟動的分析對于對內(nèi)恢復(fù)廠用電，水電站能否自啟動的關(guān)鍵是開機(jī)操作時導(dǎo)水機(jī)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(hù)時間。對于對外恢復(fù)電網(wǎng)即在機(jī)組自啟動后對電網(wǎng)進(jìn)行充電。而水電站一般經(jīng)長距離高壓線路接入系統(tǒng)，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生大面積停電事故后，在黑啟動機(jī)組實(shí)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(dǎo)致系統(tǒng)消失嚴(yán)峻過電壓。為此如何對充電過程中的過電壓進(jìn)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(shí)際探討水電站黑啟動實(shí)施的兩個主要任務(wù)。2.1對內(nèi)恢復(fù)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(yùn)行人員在直流電源消逝前和確認(rèn)設(shè)備正常后，遵循以下原則對內(nèi)恢復(fù)廠用電：(1)運(yùn)行人員應(yīng)自行拉開全部220kV(110kV)出線開關(guān)；(2)自動或手動啟動機(jī)組至空轉(zhuǎn)，將勵磁裝置切至逆變狀態(tài)；(3)合上發(fā)電機(jī)開關(guān)，而后對10kV母線(或主變)快速另升；(4)恢復(fù)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(fù)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(fù)送電。這得益于電網(wǎng)中個別機(jī)組甩負(fù)荷后勝利實(shí)現(xiàn)帶廠用電運(yùn)行，否則廠用電停電時間越長黑啟動恢復(fù)就越被動。2.2對電網(wǎng)平安恢復(fù)的方法選用就詳細(xì)某個電站而言，在黑啟動進(jìn)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(fù)電網(wǎng)的方法，應(yīng)依據(jù)電站主接線的結(jié)構(gòu)和設(shè)備來定，不能一概而論。從理論上講，對電網(wǎng)恢復(fù)一般有3種方法：①采納低電壓對電網(wǎng)平安恢復(fù)(以下簡稱低電壓恢復(fù))；②采納全電壓對電網(wǎng)平安恢復(fù)；③采納另起升壓對電網(wǎng)平安恢復(fù)。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(fù)，充電恢復(fù)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(jī)過電壓愛護(hù)和避雷器動作；采納另起升壓恢復(fù)，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(fù)不僅可以彌補(bǔ)以上兩種方法的不足，而且可以避開損壞設(shè)備或避雷器動作而重復(fù)停電等特別。因此從平安和實(shí)踐角度考慮，為了掌握恢復(fù)過程中過電壓的威逼，以低電壓恢復(fù)更為合理。3低電壓恢復(fù)低電壓恢復(fù)是采納發(fā)電機(jī)運(yùn)行在低電壓狀況下，對供電區(qū)域內(nèi)的系統(tǒng)進(jìn)行充電。低電壓恢復(fù)要留意的兩個問題是：確定發(fā)電機(jī)實(shí)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