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【摘要】水力发电厂具备“黑启动”的能力对发电设备及电网的安全具有重要意义。本文介绍了缅甸伊洛瓦底江（简称：伊江）上游水电站施工电源电站在孤网系统运行条件下，利用柴油发电机组提供的厂用及蓄电池直流系统的能量自启动机组，恢复用电；分析了在“黑启动”中的相关问题及采取的措施。
【关键词】黑启动；孤网运行；电源电站；伊洛瓦底江
1.概述
电源电站位于缅北克钦邦其培市附近，伊洛瓦底江（IrrawadyRiver）（以下简称：伊江）上游干流恩梅开江（NmaiHka）一级支流其培河（ChipwiHka）交汇区域，是伊江密支那以上流域七级水电项目的施工电源。电源电站为引水式电站，工程由大坝、引水系统和厂房等组成。大坝正常蓄水位EL740m，最大坝高47.5m，坝址多年平均流量40.1m3/s，电站装机容量3×33MW。大坝位于其培河上南乌村，距其培镇约12km；电站厂房位于恩梅开江左岸，距上游其培镇约9km，距离下游密松水电站约62km，距离上游其培水电站约20km。电站为地面式厂房，共布置三台套立式冲击式水轮发电机组，机组单机容量33MW，送出电压等级为110kV。值得一提的是，电站初期运行方式为孤网运行，如果电源电站停电，整个系统只能依靠800kW的厂用柴油发电机提供零时电源供电启动机组，恢复系统供电。[1]
本文以缅甸伊江项目施工电源电站孤网运行为背景，对孤网运行电厂成功取得“黑启动”方案进行和采取的措施进行分析，为类似电厂运行工况提供借鉴。
2.电厂“黑启动”的指导思想
电源电站机组停电后，整个缅北132kV系统电网停电，电源电站厂用电系统全部消失，为了尽快回复供电，确保用电设备及人身安全，电源电站运行值班人员即启动机组“黑启动”程序。启动程序1：即启动厂用柴油发电机，恢复厂用400V电源，利用恢复的厂用400V电源及220V直流系统启动发电机组。启动程序2：即全厂外来电源全部消失后，利用机组压油装置系统所储存的液压能量和厂内220V直流系统电源，选择自启动条件相对较好的发电机组开机，使厂用400V电源电源系统恢复供电，为电网系统的恢复供电创造先决条件。
3.“黑启动”相关设备问题及其措施
3.1调速系统
调速器油压装置系统是提供水轮机组液压操作动力的装置。在400V厂用电消失以后，程序2中水轮发电机组的启动操作仅依靠油压装置压力油罐储存的能量来操作水轮机调速器装置，因此调速器油压装置储存的压力油能量能否满足调速器动作要求，是水轮发电机组“黑启动”能否成功启动的关键。缅甸伊江电源电站油压装置系统压油罐容积600l，额定工作压力6.3MPa，其正常工作油位范围由压油罐配置的自动补气装置来保障。油压装置系统配置2台输油量为1.4L/s压油泵，两台压油泵互为备用，自动运行控制方式由油压装置系统配置的GE公司的可编程控制器PLC来实现，该油压装置系统控制程序流程考虑了机组“黑启动”的要求。调速器控制系统采用交流和直流直流双回路电源供电，在交流电源消失后由厂内直流220V系统电源保持正常运行。在无网频信号的情况下“黑启动”机组时，调速器控制系统将自动由跟踪网频状态转为跟踪机组给定的50HZ的给定频率状态，防止调速器由于检测不到网频而失稳。
3.2励磁系统
电源电站采用广州电器科学研究院/广州擎天电气控制实业有限公司开发的第四代微机励磁系统EXC9000型全数字式静态励磁系统，其主要特点是功能软件化、系统数字化[1]。该励系统采用机组残压起励和外部辅助电源两种方式起励，在机组残压起励过程中，在晶闸管整流桥的输入端仅需要约10V～20V的电压即可正常工作，在10秒内残压起励失败时，励磁系统可以自动起动外部辅助电源供电的起励回路，外部辅助采用直流电源起励方式，整流柜风机随机组黑启动时励磁建压启动，确保孤网“黑启动”功能实现。
3.3220V直流系统
电源电站厂用400V交流电源消失后，厂内事故照明、主要控制系统和重要操作电源只能依靠厂内220V直流系统供电，因此，“黑启动”对直流系统的蓄电池容量有较高的要求。电源电站220V直流系统采用双母线分段运行方式运行，共设有2组以浮充电方式运行的蓄电池装置。电源电站单组蓄电池组容量为490Ah，失去交流电源以后，单组蓄电池正常运行可满足厂内供电2h以上，电源电站220V直流系统可满足“黑启动”要求。
3.4监控系统
3.4.1系统电源
系统配备专用的UPS电源系统和监控专用蓄电池组。在厂用400V电源消失工况时，监控系统蓄电池组（15KVA，持续供电2个小时以上）能自动切换为UPS供电，保证监控系统在“黑启动”过程中该系统稳定运行。针对电源电站孤网运行特点，在系统设计和设备选型等方面都注意孤网负荷特点，并满足“黑启动”要求。
3.4.2监控系统程序优化
（1）自动开机程序优化
电源电站计算机监控系统选用北京中水科水电科技开发有限公司的H9000V4.0系统，在全厂交流失压的情况下，系统若仍能实现自动开机将极大缩短厂用电恢复时间，为系统恢复做出贡献。电源电站自动开机程序中，能否自动开机受开机条件中两个电气故障点限制，一个是“调速器压油装置失电”，一个是“GCB交流失电”。自动开机时，这两个条件均不是重要条件，不影响机组正常开机与黑启动操作。因此在自动开机流程剔除“调速器压油装置失电”，并在GCB同期程序中“允许无压合GCB”，保留两个电气报警功能。
（2）取消事故低油压事故停机出口
监控程序中取消调速器事故低油压停机功能出口，只保留报警功能。但油压低紧急事故停机功能出口仍保留。
3.5后备电源系统
电厂按要求在厂房配置了一台800KW柴油发电机作为备用电源，并使其供电机组机旁动力屏及渗漏排水泵。若因机旁供电失压导致调速器压油系统油压低无法启动机组，则可启动柴油发电机供机组机旁动力柜，保证调速器压油泵正常运行，以确保机组黑启动成功。
此外，电厂按要求在大坝配电室配置了一台柴油发电机作为备用电源，并使其单独供大坝配电母线，确保防汛需要。
3.6通讯系统
通讯系统具备程控等通讯方式，并设置专用的UPS电源，蓄电池容量300Ah，可持续供电40小时，以确保在各种极端事故情况下通讯畅通。
3.7值班人员
机组“黑启动”操作方式为非正常启动方式，要求电厂对运行值班人员定期进行“黑启动”事故演练，增强机组“黑启动”过程中的业务流程，使运行人员熟练掌握，以便较少“黑启动”时间，实现在系统失电后能及时准确地完成机组启动升压带厂用电的全过程，并确保两个值守人员能独立在上位机完成。此外，组织编制黑启动标准操作卡，针对不同的机组黑启动时均有相应标准操作卡，用以指导黑启动操作，避免忙中出错，确保无误操作事件发生。
4.成功案例
2011年9月至11月期间，电源电站机组首次在启动柴油发电机组作为外来电源成功启动多次，厂用电恢复正常运行时间较迅速。
5.结束语
鉴于缅甸电源电站机组全停后，整个110kV送出系统将失去电源，为能迅速在系统失电情况下迅速启动机组恢复供电，电源电站在设计时从设备选型、电源供电方式等采取了一系列的技术措施保证实现机组“黑启动”。经过实践，在电源电站能成功实现机组“黑启动”，并保证在没有任何外来电源的情况下，顺利迅速启动机组，恢复厂用电源。
【关键词】黑启动；孤网运行；电源电站；伊洛瓦底江
1.概述
电源电站位于缅北克钦邦其培市附近，伊洛瓦底江（IrrawadyRiver）（以下简称：伊江）上游干流恩梅开江（NmaiHka）一级支流其培河（ChipwiHka）交汇区域，是伊江密支那以上流域七级水电项目的施工电源。电源电站为引水式电站，工程由大坝、引水系统和厂房等组成。大坝正常蓄水位EL740m，最大坝高47.5m，坝址多年平均流量40.1m3/s，电站装机容量3×33MW。大坝位于其培河上南乌村，距其培镇约12km；电站厂房位于恩梅开江左岸，距上游其培镇约9km，距离下游密松水电站约62km，距离上游其培水电站约20km。电站为地面式厂房，共布置三台套立式冲击式水轮发电机组，机组单机容量33MW，送出电压等级为110kV。值得一提的是，电站初期运行方式为孤网运行，如果电源电站停电，整个系统只能依靠800kW的厂用柴油发电机提供零时电源供电启动机组，恢复系统供电。[1]
本文以缅甸伊江项目施工电源电站孤网运行为背景，对孤网运行电厂成功取得“黑启动”方案进行和采取的措施进行分析，为类似电厂运行工况提供借鉴。
2.电厂“黑启动”的指导思想
电源电站机组停电后，整个缅北132kV系统电网停电，电源电站厂用电系统全部消失，为了尽快回复供电，确保用电设备及人身安全，电源电站运行值班人员即启动机组“黑启动”程序。启动程序1：即启动厂用柴油发电机，恢复厂用400V电源，利用恢复的厂用400V电源及220V直流系统启动发电机组。启动程序2：即全厂外来电源全部消失后，利用机组压油装置系统所储存的液压能量和厂内220V直流系统电源，选择自启动条件相对较好的发电机组开机，使厂用400V电源电源系统恢复供电，为电网系统的恢复供电创造先决条件。
3.“黑启动”相关设备问题及其措施
3.1调速系统
调速器油压装置系统是提供水轮机组液压操作动力的装置。在400V厂用电消失以后，程序2中水轮发电机组的启动操作仅依靠油压装置压力油罐储存的能量来操作水轮机调速器装置，因此调速器油压装置储存的压力油能量能否满足调速器动作要求，是水轮发电机组“黑启动”能否成功启动的关键。缅甸伊江电源电站油压装置系统压油罐容积600l，额定工作压力6.3MPa，其正常工作油位范围由压油罐配置的自动补气装置来保障。油压装置系统配置2台输油量为1.4L/s压油泵，两台压油泵互为备用，自动运行控制方式由油压装置系统配置的GE公司的可编程控制器PLC来实现，该油压装置系统控制程序流程考虑了机组“黑启动”的要求。调速器控制系统采用交流和直流直流双回路电源供电，在交流电源消失后由厂内直流220V系统电源保持正常运行。在无网频信号的情况下“黑启动”机组时，调速器控制系统将自动由跟踪网频状态转为跟踪机组给定的50HZ的给定频率状态，防止调速器由于检测不到网频而失稳。
3.2励磁系统
电源电站采用广州电器科学研究院/广州擎天电气控制实业有限公司开发的第四代微机励磁系统EXC9000型全数字式静态励磁系统，其主要特点是功能软件化、系统数字化[1]。该励系统采用机组残压起励和外部辅助电源两种方式起励，在机组残压起励过程中，在晶闸管整流桥的输入端仅需要约10V～20V的电压即可正常工作，在10秒内残压起励失败时，励磁系统可以自动起动外部辅助电源供电的起励回路，外部辅助采用直流电源起励方式，整流柜风机随机组黑启动时励磁建压启动，确保孤网“黑启动”功能实现。
3.3220V直流系统
电源电站厂用400V交流电源消失后，厂内事故照明、主要控制系统和重要操作电源只能依靠厂内220V直流系统供电，因此，“黑启动”对直流系统的蓄电池容量有较高的要求。电源电站220V直流系统采用双母线分段运行方式运行，共设有2组以浮充电方式运行的蓄电池装置。电源电站单组蓄电池组容量为490Ah，失去交流电源以后，单组蓄电池正常运行可满足厂内供电2h以上，电源电站220V直流系统可满足“黑启动”要求。
3.4监控系统
3.4.1系统电源
系统配备专用的UPS电源系统和监控专用蓄电池组。在厂用400V电源消失工况时，监控系统蓄电池组（15KVA，持续供电2个小时以上）能自动切换为UPS供电，保证监控系统在“黑启动”过程中该系统稳定运行。针对电源电站孤网运行特点，在系统设计和设备选型等方面都注意孤网负荷特点，并满足“黑启动”要求。
3.4.2监控系统程序优化
（1）自动开机程序优化
电源电站计算机监控系统选用北京中水科水电科技开发有限公司的H9000V4.0系统，在全厂交流失压的情况下，系统若仍能实现自动开机将极大缩短厂用电恢复时间，为系统恢复做出贡献。电源电站自动开机程序中，能否自动开机受开机条件中两个电气故障点限制，一个是“调速器压油装置失电”，一个是“GCB交流失电”。自动开机时，这两个条件均不是重要条件，不影响机组正常开机与黑启动操作。因此在自动开机流程剔除“调速器压油装置失电”，并在GCB同期程序中“允许无压合GCB”，保留两个电气报警功能。
（2）取消事故低油压事故停机出口
监控程序中取消调速器事故低油压停机功能出口，只保留报警功能。但油压低紧急事故停机功能出口仍保留。
3.5后备电源系统
电厂按要求在厂房配置了一台800KW柴油发电机作为备用电源，并使其供电机组机旁动力屏及渗漏排水泵。若因机旁供电失压导致调速器压油系统油压低无法启动机组，则可启动柴油发电机供机组机旁动力柜，保证调速器压油泵正常运行，以确保机组黑启动成功。
此外，电厂按要求在大坝配电室配置了一台柴油发电机作为备用电源，并使其单独供大坝配电母线，确保防汛需要。
3.6通讯系统
通讯系统具备程控等通讯方式，并设置专用的UPS电源，蓄电池容量300Ah，可持续供电40小时，以确保在各种极端事故情况下通讯畅通。
3.7值班人员
机组“黑启动”操作方式为非正常启动方式，要求电厂对运行值班人员定期进行“黑启动”事故演练，增强机组“黑启动”过程中的业务流程，使运行人员熟练掌握，以便较少“黑启动”时间，实现在系统失电后能及时准确地完成机组启动升压带厂用电的全过程，并确保两个值守人员能独立在上位机完成。此外，组织编制黑启动标准操作卡，针对不同的机组黑启动时均有相应标准操作卡，用以指导黑启动操作，避免忙中出错，确保无误操作事件发生。
4.成功案例
2011年9月至11月期间，电源电站机组首次在启动柴油发电机组作为外来电源成功启动多次，厂用电恢复正常运行时间较迅速。
5.结束语
鉴于缅甸电源电站机组全停后，整个110kV送出系统将失去电源，为能迅速在系统失电情况下迅速启动机组恢复供电，电源电站在设计时从设备选型、电源供电方式等采取了一系列的技术措施保证实现机组“黑启动”。经过实践，在电源电站能成功实现机组“黑启动”，并保证在没有任何外来电源的情况下，顺利迅速启动机组，恢复厂用电源。