铁川桥水电站黑启动方案及试验

技术交流SMALL HYDRO POWER 2017!".$，Total No. 198铁川桥水电站黑启动方案及试验
钟堰辉
(大唐云南发电有限公司宾川分公司，云南楚雄675400)
摘要：黑启动能力关系到水电站在全厂失压后能否迅速恢复厂用电，同时也关系到电网的安全稳定运行。

在介绍铁 川桥水电站黑启动方案的基础上，详细阐明了黑启动过程中电站相关系统注意事项和操作步骤，并对黑启动方案进行了试验验证，检验了该黑启动方案的可行性。

表3个。

关键词：水电站；黑启动；方案；试验
〇引言
水电站黑启动是指在整个或局部电网故障，导致全厂失压时，厂用交流电消失的情况下，无法通 过其他电网协助，仅利用水电站部分机组完成机组 的启动和建压，同时恢复厂用交流电源，并对外配 合调度恢复区域电网送电，使局部电网系统逐渐恢 复正常运行。

铁川桥水电站装有2台单机21 MW的立轴混流 式水轮机，总装机容量42 MW，总库容2 643万m3,是丽江电网中装机最大的水电站，也是惟一拥有调 节能力的水电站。

根据云南电网公司有关规定和要 求，在发生电网大面积停电或者全停事故时，铁川 桥水电站在无法依靠外部供电恢复厂用电条件下，应具备通过调速系统自身储能或启动柴油发电机，迅速恢复全厂厂用电以及对电网送电的黑启动能 力。

因此，为保证厂用电重要负荷正常工作，保障 电网安全稳定运行，铁川桥水电站必须具备黑启动 能力。

1概述
1.1电厂概况
电厂主接线型式采用单元接线，发电机额定电 压为10.5 kV，2台机组分别经共箱封闭母线送至2
收稿日期：2017-10-11
作者简介：钟堰辉（1985 %),男，工程师，主要从事水电 站生产技术及现场管理工作。

E-mail：370708320@ 台主变，经2台主变升压后向110 kV母线送电；110 kV高压侧设备为SF6断路器、隔离开关、电流 互感器、电压互感器、氧化锌避雷器等，接线方案
采用单母线接线，有一回110 kV出线，送至期纳变 电站。

厂用电系统采用400 V—级电压供电，坝区均 配有柴油发电机。

厂内供电系统共设3台厂用变压
器，分别接自1、2号发电机电压配电装置上的厂
用电回路10 kV开关柜及备用电源10 kV开关柜。

400 V母线分3段，分别接自2台厂用变压器和1台备用变压器的低压侧，3段母线通过母联断路器
连接。

厂内负荷分别由第I段和第"段母线供电，正常运行时，母联断路器和外来备用电源断路器断 开，第I段、第"段母线分段运行，由1号和2号厂用变压器分别带各段母线上的负荷运行。

当第I 段或第"段母线失电时，通过母联断路器备自投，由另一台厂用变压器带全厂I类和#类负荷运行。

当2台厂用变压器同时故障时，由厂用备用变压器
带第I段和第"段母线上的全厂I类和#类负荷 运行。

1.2 黑启动方式
通常，水电站黑启动方式可分为备用电源启动
(如柴油发电启动）和调速系统自身储能启动。

铁
川桥水电站调速器型号为南瑞SAFR—2000H，油压 装置配有4个囊式储能器，系统额定工作压力为 16 MPa，主阀油压装置配有2个囊式储能器，系统 额定工作压力为16 MPa;同时配有重锤，确保紧急 情况下能够关闭。

本次黑启动方案及试验均采用调
•44 •
小水电2017年第6期（总第198期）技术交流
速系统自身储能启动方式进行。

1.3试验前单体性能试验
1.3.1主阀启闭试验
目的是验证铁川桥水电站在全厂失电、且发生 停机关主阀的情况下，主阀在油泵无法启动时，快 速、稳定的开启能力，并记录相关时间。

此外，为保证安全，需验证主阀的关闭能力，并记录相关 时间。

1.3.2调速器低油压启闭接力器试验
目的是检验调速系统油压装置在油泵无法启动 的情况下，发生全厂失电，其剩余压力应保证可靠 操作导叶至少进行一次全开全关操作，并观察油位 变化，防止压力油罐油位被拉空，空气回流。

1.3.3渗漏集水井试验
目的是验证在长时间无法恢复厂用交流电，渗 漏排水泵无法正常启动的情况下，渗漏集水井的集 水能力；确保在集水井水位达到报警值前恢复厂用 电，以免造成水淹厂房的事故，记录并计算集水井 水位上升速率。

1.4黑启动注意事项
1.4.1调速系统保压
为确保调速器在厂用电消失后，至少能完成1次开停机操作，需关闭调速器油压装置进油总阀，尽量保持储能器内的油压，避免因阀组滴漏油导致 的压力下降。

1.4.2启励电源
在黑启动过程中，机组启励通常有残压启励和 直流电源启励磁。

铁川桥水电站机组采用手动启励 建压，启励电源来自直流系统，直流系统容量为 300 Ah (10 h率额定容量），满足要求。

1.4.3励磁系统参数临时设置
因实际试验时，发电机带主变及110 kV母线零 起升压，且建压后手动逐步缓慢增压，需临时在励 磁系统控制单元参数设置面板中修改快速零起升压 值！+至较低值，以适应手动增磁的需要。

1.4.4手动启励失败的解决办法
在试验中若手动启励失败，需检查是否由发电 机输出断路器常闭接点导致，可通过将发电机输出 断路器常闭接点对应端子与公共端短接解决此问 题，确保启励建压成功。

1.5黑启动操作步骤
1.5.1试验前状态确认
确认1号机组处于停机状态，主阀处于关闭状 态，检查无影响机组启动的缺陷和故障；检查1号机组调速系统、励磁系统、主阀系统各设备运行正 常；检查低压气系统工作正常，低压气罐压力正 常；检查直流系统充电装置、蓄电池组、绝缘监测 装置等运行正常，记录直流母线电压值；检查厂房 内渗漏集水井水位正常，如有必要手动启动深井泵 进行排水；检查计算机监控系统及UPS电源正常；检查高压电气设备运行正常，1号发变组保护及水 机保护等正常投入。

黑启动试验开始前，还需要断开铁川桥水电站 出线开关，将站内110 kV母线、主变和发电机均 转为热备用状态。

1.5.2 黑启动过程主要操作步骤
厂用电停电操作！手动开启技术供水！手动退 出机组蠕动报警装置！手动退出机组空气围带！手 动开启机组蝶阀！手动退出1号机风闸制动装置！ 手动开启调速器导叶开度至空转开度，检查机组在 空转态！手动操作1号发电机同期装置无压合闸！ 上位机发令，合上1号主变高压侧断路器！手动启 励建压，并逐步增压至机组电压达到额定值！恢复 厂用电。

2危险点及防范措施
2.1危险点1:厂用电合环运行
防范措施：试验小组全面分析讨论并梳理操作 流程，明确需要退出至试验位置的断路器，电厂根 据运行操作要求提前办理操作票；试验过程所有操 作必须由电厂指定的运行人员完成；倒闸操作前，应认真确认核实各断路器（特别是厂用400 V各进 线断路器和联络断路器）、隔离开关状态，严格按 照操作票逐项进行，操作过程监护到位；操作项目 完成后应复查操作设备的状态和位置，避免环网运 行的情况发生。

2.2危险点2:厂内渗漏集水井水位异常
防范措施：试验前，检查确认厂房渗漏排水系 统排水泵及控制柜工作正常，检查渗漏集水井水位 上升速度在允许范围内；试验前可将集水井水位排 至停泵水位；试验过程渗漏排水系统保持正常供
•45 •
技术交流SMALL HYDRO POWER 2017No. 6, Total No. 198
电，但渗漏排水泵控制方式切为手动（模拟失电），安排专人密切关注渗漏集水井水位情况，并根据水 位情况，人工启停水泵。

2.3危险点3：大坝水位异常
防范措施：试验前如水库水位偏高，申请2号机组运行，拉低水库水位；启动坝区柴油发电机，检查是否运行正常；试验期间电厂指定专人值守，密切关注水库水位变化情况，遇到异常状况及时报 告试验组长，紧急情况下可开启泄洪闸门。

2.4危险点4：调速器油压装置油压下降过快，事故低油压动作
防范措施：试验前完成调速器导叶启闭试验和 事故低油压试验，掌握油压装置油压下降规律及事 故低油压动作逻辑，评估调速系统是否满足黑启动 试验的要求；试验期间若事故低油压保护动作，应 立即停止试验，同时检查确认机组紧急停机动作流 程是否正常，保证机组顺利停机。

3黑启动试验
2016年11月14日，铁川桥水电站1号机组进 行黑启动试验，试验开始前，单体性能试验结果如 下所示（见表1、表2)。

表1蝶阀油压装置油压、油位记录
名称油压/MPa油位/mmi备注
操作前12.1-压力罐及
蝶阀全开9.7-回油箱无
蝶阀全关8.6-油位监测
表"调速器油压装置油压、油位记录
名称油压/MPa油位/mm备注
操作前14.62165
导叶全开13.83164
导叶全关13.05162
由表1可知，蝶阀储能可以满足一次蝶阀全开 全关；由表2可知，调速器储能至少可以满足一次 导叶全开和全关；单体性能试验均满足黑启动试验要求。

当班人员和试验人员明确分工后，即按照上述 黑启动方案操作步骤开始黑启动试验，试验关键事 件的时间如下所示（见表3)。

表3铁川桥水电站1号机组黑启动关键点时间记录序号项 目时间
1黑启动试验开始时间1320自
储2厂用交流电消失时的时间1320
能3执行手动开机时间1415
启
动4机组达到额定转速的时间1418
5发电机机端建压时的时间1453
6自用交流电源恢复的时间1501为了评价实际全网失电，机组带厂用电及空线 路孤网运行情况下调速系统的调节品质，在机组带 厂用电运行后对频率、导叶开度等信号进行观察。

导叶开度波动范围在12.98% ~ 17.403左右，频率 波动范围在49.77 ~ 50.17 Hz左右，此频率波动范 围基本满足机组自动准同期并网要求。

本次黑启动试验成功后，还通过线路开关自动 同期装置与带电线路进行并网操作，并网成功，线路、母线电压频率正常，1号机组发电运行正常。

4结论
交流供电消失后，整个黑启动过程中，直流系 统电压保持在217.6 ~ 235.7 V左右，未发生较大 变化。

从模拟孤网试验结果可以看出，调速系统目 前对孤网方式下的响应逻辑与调节品质基本能够满 足后续机组自动准同期并网的要求。

经试验验证，铁川桥水电站1号机组具备黑启动能力，在铁川桥 水电站恢复厂用电的同时，将实现水电站机组的正 常运行，最终具备向电网进行送电的能力。

参考文献：
[1]胡文伟.水电站的黑启动方案[J]，云南水力发电，2005,
21(4)54-56.
[2]杨为民.天生桥一级水电站黑启动分析和方案编制
[J],电力安全技术，2006,8(2): 10-12.
[3]杨占财.小峡水电站黑启动预案编制及现场试验[J]
水电与新能源，2013(1) 54-56.
[4]江峰.关于水电厂机组的黑启动剖析[J]水电站机
电技术，2012,35(1): 17-18.
[5]朱海峰，苏孙海.惠州蓄能水电厂黑启动程序流程浅析
[J]，水电与新能源，2015(11)：33-39.
■
责任编辑吴昊
•46 •。