冰灾期间郴州电网黑启动分析

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  【摘 要】 介绍了郴州电网冰灾期间的三次黑启动情况,分析了三次黑启动的特点,总结了三次黑启动成功的经验,并对灾难天气导致电网大面积停电后的黑启动,提出了应对措施。
  【关键词】 电力网 黑启动 冰灾 经验 措施
  
  “黑启动”是指整个电网因故障崩溃停运后,系统全部停电,处于全“黑”状态,此时通过系统中具有自启动能力机组的启动和外来电源,带动无自启动能力的机组,逐步扩大系统的恢复范围,最终实现整个系统的恢复和供电。
  2008年1月13日至2月6日,湖南郴州遭遇历史罕见冰灾。从1月25日开始,郴州电网出现大面积倒杆断线,供电范围逐步缩小。1月30日零时15分,220kV大东江一城前岭线路故障跳闸,包括郴州市城区在内的郴州地区大面积停电,郴州电网处于全“黑”状态,成为全国关注的“电力孤岛”。在郴州地调的指挥下,电网成功实现三次黑启动。
  
  1 三次黑启动情况介绍
  
  1.1 事先编制的黑启动方案受阻
  按照《2008年郴州电网黑启动方案》的要求,郴州电网黑启动路径分两路,分别由花木桥电站和小东江电站黑启动成功、并列后同时向220kV塘溪变和220kV城前岭变逐步恢复重要用户供电。然而,冰灾的不断恶化,电网设施受损极其严重,花木桥电站黑启动路径因220kV福冲-外沙线、110kV外沙-杨梅山线和110kV外沙-瑶岗仙线覆冰倒杆故障被阻断,小东江电站黑启动路径因110kV小东江-秀水线、小东江-桥口线、塘溪-高湾线相继故障而受阻,同时黑启动方案中其它相关110kV线路均出现不同情况的故障,原拟制的黑启动方案无法实施,郴州电网陷入极端被动状态。
  郴州电网黑启动前电网接线如图1所示。
  


  
  1.2 第一次黑启动
  1月30日零时15分,220kV东城线故障跳闸,郴州电网全“黑”。此时,黑启动的通道只剩一条,即小东江的启动电源通过110kV小东江-桥口线、塘溪-桥口线,塘溪110kV母线、塘溪主变升压至220kV母线,通过220kV塘溪-城前岭线,经城前岭主变降压至11OkV母线,再经11OkV城前岭-高湾线供郴州市区重要负荷。3时50分,220kV塘溪变#1主变610断路器送电正常,标志着郴州电网第一次黑启动取得成功。调度指挥电源、市委市政府、郴州火车站信号电源等重要用户恢复供电,最高负荷近50MW。因小东江电站(郴州地调调度)是大东江电站(湖南省调调度)的反调节电站,而大东江电220kV出线全部故障停运无法开机,小东江发电用水需要大东江从溢洪道放水,郴州地调向湖南省调反映情况后,得到省调的大力支持,大东江放水由地调根据负荷情况决定。22时43分,因220kV塘溪一城前岭线的架空地线断裂故障跳闸,郴州电网第一次黑启动成功运行8h53min再次崩溃。包括郴州市城区在内的郴州全地区再度停止供电。
  郴州电网黑启动路径如图2所示。
  


  
  1.3 第二次黑启动
  2008年2月1日,220kV塘溪一城前岭线故障紧急处理完毕,郴州电网实施第二次黑启动。20时43分小东江发电机组开机经11OkV小东江一桥口线、110kV塘溪一桥口线、220kV塘溪一城前岭线、110kV城前岭-高湾线黑启动成功,郴州市区部分负荷复电,最高负荷40MW。22时35分因500kV线路倒塌导致220kV塘溪一城前岭线故障,郴州电网第二次黑启动成功运行2h7min后再次失压。
  
  1.4 第三次黑启动
  因前两次黑启动成功后,都需要大东江电站大量放水,已危及大东江电站水工建筑物的安全,为了减轻大东江电站放水的压力,地调决定启动鲤鱼江火电厂。2008年2月3日,220kV塘溪一城前岭线抢修期间,地调成功利用小东江电站启动了鲤鱼江火电厂的#8G(65MW),鲤鱼江火电厂的#8G启动后,110kV小东江-桥口线、小东江-秀水线、塘溪-桥口线均先后倒杆断线,第一、二次黑启动路径成为绝路。此时,发现一条新路径,即小东江通过10kV秀东线(东江电站生活区备用电源)经秀水10kV母线、秀水主变、110kV团山-秀水线、110kV鲤鱼江-团山线,与鲤鱼江电厂#8G并列。220kV塘溪-城前岭线紧急抢修完毕,郴州电网实施第三次黑启动。22时31分,鲤鱼江#8G经220kV鲤鱼江-塘溪线、塘溪-城前岭线、110kV城前岭-高湾线送至郴州城区,黑启动成功,恢复负荷30MW。23时35分,鲤鱼江#8G故障解列停机,郴州电网第三次黑启动成功运行lh4min后再次失压。至此,郴州电网所有黑启动路径全部瘫痪。第二次黑启动路径见图3。
  


  2 三次黑启动的特点
  
  2.1 成功利用火电机组作启动电源
  三次黑启动,取用了不同的电源,前两次均利用小东江电站作启动电源,第三次成功利用小东江电站启动鲤鱼江火电厂的#8G,鲤鱼江火电厂的#8G启动后,小东江电站并网的110kV线路倒塌,220kV鲤鱼江-塘溪线、塘溪-城前岭线修复后,鲤鱼江火电厂的电力成功送至城区。
  
  2.2 黑启动的路径不确定
  三次黑启动,不同的路径,并且事先都无法确定。冰灾发展速度太快,1小时前可用的线路,过了1小时就无法确定是否可用了。第三次黑启动时,甚至利用了东江电站的备用生活用电线路。这条线路能将小东江的电力经东江电厂的生活区送至秀水变电站的1OkV母线,这条路径事先大家都不清楚,对第三次黑启动成功起了关键作用。
  
  2.3 黑启动方案指导三次黑启动成功
  事先精心编制的黑启动方案虽然不可用,但黑启动的理论起了关键指导作用。三次黑启动都很顺利,都成功了。虽然运行时间都不长,但是,能启动本身就是一种成功。
  
  2.4 黑启动提高了郴州人民决战冰灾的信心
  三次成功的黑启动,当电送至郴州城区时,所有人员都欢欣鼓舞,当地媒体也都作了报道。对处于“黑暗”中的抢修人员和居民来说,大大提高了决战冰灾的信心。
   
  3 郴州电网黑启动成功的经验。
  
  3.1 黑启动电源选择正确
  《郴州电网11OkV主网黑启动方案》黑启动电源是在六个相对条件较好,即有一定库容量、机组自调性能好、打开导叶的油压保持时间较长的电厂(花木桥、小东江、欧阳海、青山垅、石壁山、过船轮)中,经过逐厂、逐台机组试验筛选出来的优中选优的黑启动电源:小东江、花木桥电厂。由于指定黑启动电源的电厂、机组的试验数据均在黑启动方案中,增加了调度员的信心。郴州电网全停时,立即指令小东江电站#4机组开机,而没有在选择哪台机组上浪费时间。郴州电网编制的黑启动方案均下达到黑启动电源电厂,并要求每年对机组进行维修。特别对黑启动机组的检修必须经地调批准,使其长期特别是自然灾害易发期保持良好运行或备用状态。以应对电网突然停 电时,立即启动。
  由此可见黑启动电源试验、挑选、检修维护管理是黑启动能否成功的基础。
  
  3.2 黑启动理论正确指挥了黑启动成功
  冰灾造成郴州电网输电线路故障与黑启动方案预想不一致。但黑启动理论指导了调度员按照实际电网情况进行黑启动工作。电源的启动、恢复、组网、带负荷,以及各环节需要注意事项照样实用,减少了盲目性和心中无数带来失败风险。如:黑启动方案中,根据黑启动电源机组性能计算出,每次增加负荷不超过4MW,而且每次加负荷前必须将频率提高到50.5~51Hz,保证了三次黑启动过程中电网平稳迅速恢复,而没有跨网。黑启动方案中计算出防止发电机自励磁,空载线路送电长度控制;以及防止零序保护误动,每次送电的变压器台数控制等理论有效指导了黑启动。
  
  3.3 多台机组运行。增加小电网稳定性
  在黑启动过程或黑启动成功组成小电网运行,一个电厂尽可能将所有机组开出,无论是负荷的波动或是小电网承受故障线路冲击,多台机组承受能力较强。水电机组带负荷稳定区限值很小,而且调速性能相当好,适应性极强。如:花木桥电厂0~15MW负荷变化,两台机组没问题,一台机组就稳不住。因此,只要每台机组所带负荷超过稳定区,哪怕每台机组带不满负荷,均要开出所有机组。
  
  3.4 实现小电源启动大电源。增强电网供电能力
  通过小东江电站黑启动成功,送出7MW负荷给鲤鱼江火电厂,启动了鲤鱼江电厂65MW机组。使得电网可供更多的用电负荷。此时的小电网实行鲤鱼江火电机组带基本负荷,小东江电站水电机组负责调频、调压相互协调运行的良好局面。
  
  3.5 关键点的无人值班站改为有人值守是黑启动能够快速实施的保证
  郴州电网85%变电站均实现了无人值班。当电网发生事故初期,调度所就要求电网中较为重要的中枢变电站派人值班。如:220kV塘溪、110kV高湾、桥口这几个变电站是黑启动的联接点,在电网停电期间通信通道中断,变电站自动化瘫痪,蓄电池电量放尽,根本无法遥控操作,幸亏有人值班,进行手动合闸,否则黑启动无法实现。
  
  3.6 省调给予大力支持
  郴州电网解网期间,郴州地调申请小网运行的220kV线路、变电站及电厂调度权下放,省调均及时下放。为黑启动电源恢复赢得了宝贵时间,也为黑启动提供物质基础。
  由于大东江电站220kV出线全部倒塌、断线停运,大东江电站不能开机放水给小东江电站。经地调申请,省调开溢洪闸放水给小东江发电,保证黑启动的能源供应。
  
  3.7 严肃的调度纪律发挥作用
  调度系统人员严肃调度纪律、准军事化管理在郴州黑启动过程中是有力的保证。鲤鱼江电厂、城前岭、塘溪变值班人员在省调下放给地调调度期间,坚决执行地调指令。鲤鱼江电厂、小东江电站值班人员严格执行地调每一项指令,果断、正确、快速、畅通,没有出现任何推诿讲价钱行为。
  
  4 对灾难天气导致电网大面积停电后黑启动的应对措施
  
  4.1 黑启动方案应该考虑大面积输电线路故障情况
  原来制定的黑启动方案仅预想脱离大网后怎样启动、恢复并入大网的情况,而没有考虑输电线路故障,黑启动路径受阻,如何去打通另外的途径来恢复。对于电网大面积输电线路故障,黑启动成功后,无法组成统一网络时,如何根据输电网故障情况,保证小区域电网运行,没有涉及。重新编制黑启动方案时,必须充分考虑。
  
  4.2 黑启动电源不能单一,要尽可能的多
  由于输电线路受自然灾害无法预料,黑启动电源多,可根据电网故障情况,以黑启动电源为中心分割成多片供电网络运行。然后根据输电线路抢修情况逐步联网合并。根据郴州电网黑启动成功经验,实际对水电厂黑启动要求可降低。当电网全停时,水电厂马上将机组空转,不并网,只带厂用电,待调度指令恢复电网,大部分水电机组均能做到。否则,时间长后,油压降低,导水叶打不开,只能等待外来电源启动,就被动了。
  
  4.3 装机容量较大的电厂应该配备柴油发电机
  在小网恢复没有并入大网前,电源是及其宝贵的。因电网故障,启动电源送不进时,若装机容量较大电厂有柴油发电机来启动,带起一片小供电区非常重要。
  
  4.4 电网要建立自然灾害预警期
  在电网易发生自然灾害期如冰冻、洪水、雷电、大雾等时期实行预警。就可安排能黑启动的电厂水库蓄一定量的水,不安排机组检修,黑启动通道厂站由无人值班改有人值班,一些大电源电厂准备一定数量的柴油发电机等一些准备工作。一旦电网受损就有应对措施。
  
  4.5 对于主要的黑启动电源通道提高建设标准
  主要黑启动电源与负荷的联络线设计标准要适当提高。在自然灾害来临时不至于受损,这才能保证重要用户的供电,不至于造成电网全停,带来社会恐慌。
  
  4.6 自动化系统要设置多供电区的频率监视点
  电网黑启动成功,往往是多个点。而形成供电区也是各自独立的,没有并成一个网前,频率都不一样。而频率是监视电网运行最关键参数。它决定负荷增减,保持发供平衡,电网稳定运行。因此要以电源形成供电区,在SCADA画面中设置不同的频率参数监视点。以便电网运行监督。
  
  4.7 发电厂人员要树立大局意识
  许多黑启动成功的电源,往往要带自己生活区用电,而不愿让出负荷给电网中更重要的用户供电。如何让电厂承担社会责任,政府教育、行政命令、非常时期紧急措施、调度指令刚性以及不执行的追究惩罚,需要电力监管部门、政府作许多工作。
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