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摘要：现代生产生活对电网供电的可靠性要求越来越高，一旦发生全停电事故后，需要电网能及时恢复供电。水电站是停电事故时，电网安全恢复首选的黑启动电源。结合黄柏河流域水电站的实际情况，分析了黄柏河流域水电站作为黑启动电源的条件，制定黑启动的意义及黑启动的设计控制流程，并介绍了黑启动实施的具体步骤（主要以天福庙水电站为例）。
关键词：水电站；黑启动；厂用电；直流系统
作者简介：汪俊杰（1976-），男，湖北宜昌人，宜昌市三峡中等专业学校，讲师。（湖北 宜昌 443100）
中图分类号：TM612 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2011）30-0070-02
一、宜昌黄柏河流域小型水电站情况概述
宜昌黄柏河流域现有小水电站5座，总装机31740kW，顺流域为：玄庙观水电站（2×2500kW）、天福庙一级站（3×1250kW）、天福庙二级站（3×630kW+1×400kW）、西北口水电站（3×6300kW）、尚家河水电站（1×800kW+2×500kW）。
流域现有供电线路5条：35kV天棠线、35kV尚棠线、35kV棠西线、110kV西金线、110kV玄西线。
流域现有上网关口两处：一是从西北口经110kV西金线至黄金卡并网，设计容量50000kW；二是从玄庙观经35kV庙玄线在庙儿岗并网，设计容量5000kW。
二、设计黄柏河流域黑启动方案的目的和意义
通过编制流域黑启动方案，可以在大电网发生大面积停电、系统瓦解时，便于流域调度、运行人员能做到准确、有序、迅速地恢复流域小电网运行，确保流域的防汛和厂用电源的使用需要。而且，必要时可以支持大电网黑启动，以尽快恢复电网的正常运行。流域黑启动方案的启用，主要用于实现流域内各水电站快速恢复厂用电，保持通讯畅通，以确保流域的防汛和生产安全。
三、黑启动方案启用的条件
全流域所有发电机组全部跳闸，厂用电源消失；
全流域所有输电线路全部失压，且能确认大电网已停电；
全流域所有用户都已停止供电。
四、实施黑启动的要求
流域各站迅速启动本站处于热备用或冷备用状态的第一台機组，调整机组进入待并状态，恢复本站厂用电，将油、气系统泵至压力上限值，并做好其他机组启动的准备工作，及时上报调度。
执行“黑启动”方案是处理系统全停电事故的需要，时间紧，任务重，各站可按事故处理规程及现场操作相关规定执行，但一定要作好相关的调度记录，所有电话必须录音。
为有效防止空载发电机上网发生过励磁或自励磁及线路过电压，要求各电站“黑启动”的第一台机组直接上网运行时，上网先调控机端电压为0.85Ue，网内各受电电站，加负荷和增加发电机出力要按调度命令反复交叉、循环进行，绝不能操之过急，猛加出力或加投大负荷开关，以防小网频率崩溃及电压崩溃，导致流域“黑启动”失败，给系统带来更大的损失。在给线路试充电前，本站第二台机组应开启并运行正常，以防试送不成功造成本站再次失压。
发电机并网，一律按调度命令执行，严防非同期。
系统全停电处理过程中，一切电器设备都视为带电设备，不得随意进行任何操作，防止人身伤亡事故的发生。
五、实施黑启动的注意事项
实施黑启动的基本原则是网络中有自起动能力的电站优先实施“黑启动”方案。由“黑启动”机组先给流域内各电站供给厂用电。同时注意，实行“黑启动”方案时天福庙水电站应首先切除附近所有供电线路。
1.具体组建顺序和原则
第一步方案：天福庙一级电站具有较强的自启动能力，由天福庙一级电站首先建立厂用电，然后给尚家河和西北口分别送电；
第二步方案：尚家河也具有较强的自启动能力，当天福庙出现故障，无法启动方案一时，由尚家河建立厂用电，然后给天福庙和西北口分别送电；
第三步方案：玄庙观电站比西北口自启动能力强，当前两种方案无法实现时，由玄庙观建立厂用电，然后给西北口和其他电站送电；
第四步方案：当前三种方案均无法实现时，由西北口建立厂用电，然后给其他电站送电。
2.注意事项
（1）如果天福庙、尚家河在需要实施“黑启动”方案时本身具有较好的自启动条件，应迅速建立厂用电待命。
（2）考虑到110kV线路感抗和容抗较大，组建小网电压高，一般情况下玄庙观应力保自身厂用电。
（3）西北口自身建立厂用电是在所有电站无法尽快给其提供厂用电时实施，因其励磁调节器电源为交流220V电源，在实施前应将励磁调节器电源改为永磁机电源，并保证接线正确。
（4）所有电站在有厂用电以后，必须将油气装置用手动泵至压力最高值，提高安全保障系数。
六、流域各水电站直流系统情况一览表
电站名称 电站直流系统
容量 能维持的最长时间
尚家河电站 20AH/110V 1小时
西北口电站 200AH/220V 2小时
棠垭变电站 100AH/220V 1小时
天福庙一级站 20AH/110V 1小时30分钟
玄庙观电站 100AH/220V 3小时
七、黑启动具体实施方案（以天福庙水电站为例）
1.天福庙（一级站）发电供网电过程
确认系统失压，所有开关均处于断开状态。
开启热备用机组，恢复厂用电（不得超过15分钟）。
接受调度命令：准备启动“黑启动”方案，且确认棠31、棠32、棠33、尚31、西31、西53、西54开关、西55开关均处于断开状态。天35、天36、天34、天37开关处于断开状态。玄32、玄51开关处于断开状态。
接受调度命令，合上天34开关，给天棠线送电。
西北口电站在全站失压后，经确认机组开关01DL、02DL、03DL均处于断开状态时，棠垭变电站合上棠33、棠32、西31开关，给西北口送电。
天福庙二级站检查天37开关处于断开状态。若已自建厂用电，报告调度进入待命状态；若要引用天棠线电作厂用电，检查本站机组天二01、天二02、天二03、天二10开关均处于断开状态，联系调度后合上天37开关，引天棠线电作为厂用电，随后迅速开启机组至空载待并状态。
尚家河电站检查尚31开关处于断开状态。若已自建厂用电，报告调度进入待命状态；若要引用天棠线电作厂用电，检查本站机组尚200、尚204、尚208开关均处于断开状态，联系调度合上棠31开关，引天棠线电作为厂用电，随后迅速开启机组至空载待并状态。
玄庙观电站确认玄51、玄32开关断开后，若已自建厂用电的，报告调度进入待命状态；若需由小网供厂用电的，联系调度合上西53开关，由棠西线经玄西线向玄庙观电站供电，随后玄庙观迅速开启机组至空载待并状态待命。
2.天褔庙一级站“黑启动”方案的具体实施过程
（1）网电失电，厂用电源消失，事故照明电源自动投入。
直流系统，本站蓄电池容量：20AH，110V；全站直流电源正常负载电流：1.8A；事故照明电源负荷：0.63kW；厂用电源消失情况下，直流电源负载电流约为4.6A；本站室内01、02、03、04、05高压开关均为电磁操作机构，合闸电流191A，室外34、35、36高压开关均为弹簧储能操作机构，储能电机负载电流10A，厂用电源消失不宜超过1小时30分钟，直流电源电压不得低于95V；若事故发生在白天，应将事故照明电源切除，关闭冷备用机组的直流供电电源，延长蓄电池正常工作时间。
监控系统配有蓄电池－UPS组备用电源，给上位机主机、操作票专用主机、前置机供电，容量为1kVA，电池容量24AH，厂用电源消失后应人为正常关闭操作票专用机，上位机及前置机可继续工作1小时30分钟，如在1小时内不能恢复厂用电应人为正常关闭上位机，如在1小时30分钟内不能恢复厂用电应关闭UPS电源开关；中控室专用调度电话可继续工作3至4小时。
（2）厂用电源消失后应迅速将机组调速器转为纯机械手动运行方式，关闭主油阀，保持机组在额定频率运行；检查关闭冷备用机组调速器主油阀。
（3）如机组事故停机，在机组调速器转为纯机械手动运行方式后复归事故信号，如事故停机启动了关蝶阀，可采用断电复归方式复归事故信号（断合该机组直流供电电源开关）。
（4）交流电源失电，蝶阀装置不能实现电动操作，需进行手动操作开启蝶阀。
（5）机组调速器为交、直两用电源供电，厂用电消失，调速器控制柜各部件可正常工作，机组开机时调速器采用纯机械手动操作方式，根据触摸屏显示数据手动控制机组开度及频率。
（6）励磁系统调节器工作电源采用厂用电和发电机机端电源并列供电，机组达到额定转速后可在现地操作起励按钮起励建压。
（7）本站恢复厂用电后将运行机组调速器油压手动泵至最高运行油压，再切换为自动泵油方式。调速器油压正常、故障复位后将调速器切换为自动运行方式。手动开启空压机将气压泵至最高运行气压。
（8）考虑到本站机组及调速器性能特点，为了保证机组运行稳定，一般采用两台机组并列运行。在一台机组建立厂用电后，再开启另一台机组同期并入6.3kV母线。
（9）调速器手自动切换操作由熟练运行人员操作，各项操作过程中，应密切注意相关检查项目，发现异常情况应立即停机，保证人身和设备安全。
（10）开机建厂用电的过程如为事故处理则不用填写操作票，但应在交接班记录日志上做好详细记录（包括操作过程）。发电机给35kV母线充电及由35kV母线给天堂线供电操作应填写操作票。
（11）正常黑启动则应依次填写下列操作票并进行如下操作：手动开启蝶阀操作。
检查开启冷却水操作；机组纯机械手动开机空转操作；机组从空转至建压空载运行操作。
机组单机带6.3kV母线运行操作；调速器由纯机械手动运行方式转为自动运行方式操作；由6.3kV母线给35kV母线充电操作（即由主变给35kV母线充电操作）；由35kV母线给35kV天堂线供电操作。
在进行上述操作过程中，应严格按照操作票中操作项目依次逐项进行操作，每一个操作任务结束后应加强观察有无异常情况，检查设备运行正常再进行下一个操作。
（责任编辑：刘丽娜）
关键词：水电站；黑启动；厂用电；直流系统
作者简介：汪俊杰（1976-），男，湖北宜昌人，宜昌市三峡中等专业学校，讲师。（湖北 宜昌 443100）
中图分类号：TM612 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2011）30-0070-02
一、宜昌黄柏河流域小型水电站情况概述
宜昌黄柏河流域现有小水电站5座，总装机31740kW，顺流域为：玄庙观水电站（2×2500kW）、天福庙一级站（3×1250kW）、天福庙二级站（3×630kW+1×400kW）、西北口水电站（3×6300kW）、尚家河水电站（1×800kW+2×500kW）。
流域现有供电线路5条：35kV天棠线、35kV尚棠线、35kV棠西线、110kV西金线、110kV玄西线。
流域现有上网关口两处：一是从西北口经110kV西金线至黄金卡并网，设计容量50000kW；二是从玄庙观经35kV庙玄线在庙儿岗并网，设计容量5000kW。
二、设计黄柏河流域黑启动方案的目的和意义
通过编制流域黑启动方案，可以在大电网发生大面积停电、系统瓦解时，便于流域调度、运行人员能做到准确、有序、迅速地恢复流域小电网运行，确保流域的防汛和厂用电源的使用需要。而且，必要时可以支持大电网黑启动，以尽快恢复电网的正常运行。流域黑启动方案的启用，主要用于实现流域内各水电站快速恢复厂用电，保持通讯畅通，以确保流域的防汛和生产安全。
三、黑启动方案启用的条件
全流域所有发电机组全部跳闸，厂用电源消失；
全流域所有输电线路全部失压，且能确认大电网已停电；
全流域所有用户都已停止供电。
四、实施黑启动的要求
流域各站迅速启动本站处于热备用或冷备用状态的第一台機组，调整机组进入待并状态，恢复本站厂用电，将油、气系统泵至压力上限值，并做好其他机组启动的准备工作，及时上报调度。
执行“黑启动”方案是处理系统全停电事故的需要，时间紧，任务重，各站可按事故处理规程及现场操作相关规定执行，但一定要作好相关的调度记录，所有电话必须录音。
为有效防止空载发电机上网发生过励磁或自励磁及线路过电压，要求各电站“黑启动”的第一台机组直接上网运行时，上网先调控机端电压为0.85Ue，网内各受电电站，加负荷和增加发电机出力要按调度命令反复交叉、循环进行，绝不能操之过急，猛加出力或加投大负荷开关，以防小网频率崩溃及电压崩溃，导致流域“黑启动”失败，给系统带来更大的损失。在给线路试充电前，本站第二台机组应开启并运行正常，以防试送不成功造成本站再次失压。
发电机并网，一律按调度命令执行，严防非同期。
系统全停电处理过程中，一切电器设备都视为带电设备，不得随意进行任何操作，防止人身伤亡事故的发生。
五、实施黑启动的注意事项
实施黑启动的基本原则是网络中有自起动能力的电站优先实施“黑启动”方案。由“黑启动”机组先给流域内各电站供给厂用电。同时注意，实行“黑启动”方案时天福庙水电站应首先切除附近所有供电线路。
1.具体组建顺序和原则
第一步方案：天福庙一级电站具有较强的自启动能力，由天福庙一级电站首先建立厂用电，然后给尚家河和西北口分别送电；
第二步方案：尚家河也具有较强的自启动能力，当天福庙出现故障，无法启动方案一时，由尚家河建立厂用电，然后给天福庙和西北口分别送电；
第三步方案：玄庙观电站比西北口自启动能力强，当前两种方案无法实现时，由玄庙观建立厂用电，然后给西北口和其他电站送电；
第四步方案：当前三种方案均无法实现时，由西北口建立厂用电，然后给其他电站送电。
2.注意事项
（1）如果天福庙、尚家河在需要实施“黑启动”方案时本身具有较好的自启动条件，应迅速建立厂用电待命。
（2）考虑到110kV线路感抗和容抗较大，组建小网电压高，一般情况下玄庙观应力保自身厂用电。
（3）西北口自身建立厂用电是在所有电站无法尽快给其提供厂用电时实施，因其励磁调节器电源为交流220V电源，在实施前应将励磁调节器电源改为永磁机电源，并保证接线正确。
（4）所有电站在有厂用电以后，必须将油气装置用手动泵至压力最高值，提高安全保障系数。
六、流域各水电站直流系统情况一览表
电站名称 电站直流系统
容量 能维持的最长时间
尚家河电站 20AH/110V 1小时
西北口电站 200AH/220V 2小时
棠垭变电站 100AH/220V 1小时
天福庙一级站 20AH/110V 1小时30分钟
玄庙观电站 100AH/220V 3小时
七、黑启动具体实施方案（以天福庙水电站为例）
1.天福庙（一级站）发电供网电过程
确认系统失压，所有开关均处于断开状态。
开启热备用机组，恢复厂用电（不得超过15分钟）。
接受调度命令：准备启动“黑启动”方案，且确认棠31、棠32、棠33、尚31、西31、西53、西54开关、西55开关均处于断开状态。天35、天36、天34、天37开关处于断开状态。玄32、玄51开关处于断开状态。
接受调度命令，合上天34开关，给天棠线送电。
西北口电站在全站失压后，经确认机组开关01DL、02DL、03DL均处于断开状态时，棠垭变电站合上棠33、棠32、西31开关，给西北口送电。
天福庙二级站检查天37开关处于断开状态。若已自建厂用电，报告调度进入待命状态；若要引用天棠线电作厂用电，检查本站机组天二01、天二02、天二03、天二10开关均处于断开状态，联系调度后合上天37开关，引天棠线电作为厂用电，随后迅速开启机组至空载待并状态。
尚家河电站检查尚31开关处于断开状态。若已自建厂用电，报告调度进入待命状态；若要引用天棠线电作厂用电，检查本站机组尚200、尚204、尚208开关均处于断开状态，联系调度合上棠31开关，引天棠线电作为厂用电，随后迅速开启机组至空载待并状态。
玄庙观电站确认玄51、玄32开关断开后，若已自建厂用电的，报告调度进入待命状态；若需由小网供厂用电的，联系调度合上西53开关，由棠西线经玄西线向玄庙观电站供电，随后玄庙观迅速开启机组至空载待并状态待命。
2.天褔庙一级站“黑启动”方案的具体实施过程
（1）网电失电，厂用电源消失，事故照明电源自动投入。
直流系统，本站蓄电池容量：20AH，110V；全站直流电源正常负载电流：1.8A；事故照明电源负荷：0.63kW；厂用电源消失情况下，直流电源负载电流约为4.6A；本站室内01、02、03、04、05高压开关均为电磁操作机构，合闸电流191A，室外34、35、36高压开关均为弹簧储能操作机构，储能电机负载电流10A，厂用电源消失不宜超过1小时30分钟，直流电源电压不得低于95V；若事故发生在白天，应将事故照明电源切除，关闭冷备用机组的直流供电电源，延长蓄电池正常工作时间。
监控系统配有蓄电池－UPS组备用电源，给上位机主机、操作票专用主机、前置机供电，容量为1kVA，电池容量24AH，厂用电源消失后应人为正常关闭操作票专用机，上位机及前置机可继续工作1小时30分钟，如在1小时内不能恢复厂用电应人为正常关闭上位机，如在1小时30分钟内不能恢复厂用电应关闭UPS电源开关；中控室专用调度电话可继续工作3至4小时。
（2）厂用电源消失后应迅速将机组调速器转为纯机械手动运行方式，关闭主油阀，保持机组在额定频率运行；检查关闭冷备用机组调速器主油阀。
（3）如机组事故停机，在机组调速器转为纯机械手动运行方式后复归事故信号，如事故停机启动了关蝶阀，可采用断电复归方式复归事故信号（断合该机组直流供电电源开关）。
（4）交流电源失电，蝶阀装置不能实现电动操作，需进行手动操作开启蝶阀。
（5）机组调速器为交、直两用电源供电，厂用电消失，调速器控制柜各部件可正常工作，机组开机时调速器采用纯机械手动操作方式，根据触摸屏显示数据手动控制机组开度及频率。
（6）励磁系统调节器工作电源采用厂用电和发电机机端电源并列供电，机组达到额定转速后可在现地操作起励按钮起励建压。
（7）本站恢复厂用电后将运行机组调速器油压手动泵至最高运行油压，再切换为自动泵油方式。调速器油压正常、故障复位后将调速器切换为自动运行方式。手动开启空压机将气压泵至最高运行气压。
（8）考虑到本站机组及调速器性能特点，为了保证机组运行稳定，一般采用两台机组并列运行。在一台机组建立厂用电后，再开启另一台机组同期并入6.3kV母线。
（9）调速器手自动切换操作由熟练运行人员操作，各项操作过程中，应密切注意相关检查项目，发现异常情况应立即停机，保证人身和设备安全。
（10）开机建厂用电的过程如为事故处理则不用填写操作票，但应在交接班记录日志上做好详细记录（包括操作过程）。发电机给35kV母线充电及由35kV母线给天堂线供电操作应填写操作票。
（11）正常黑启动则应依次填写下列操作票并进行如下操作：手动开启蝶阀操作。
检查开启冷却水操作；机组纯机械手动开机空转操作；机组从空转至建压空载运行操作。
机组单机带6.3kV母线运行操作；调速器由纯机械手动运行方式转为自动运行方式操作；由6.3kV母线给35kV母线充电操作（即由主变给35kV母线充电操作）；由35kV母线给35kV天堂线供电操作。
在进行上述操作过程中，应严格按照操作票中操作项目依次逐项进行操作，每一个操作任务结束后应加强观察有无异常情况，检查设备运行正常再进行下一个操作。
（责任编辑：刘丽娜）