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摘要：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。文章根据实际运行经验，阐述了黑启动的释义和作用，分析了黑启动过程中的频率和电压控制和存在的缺点，提出黑启动过程中的改进方法和电网孤网运行的步骤。
关键词：发电厂；黑启动；孤网运行
作者简介：粟伟志（1976-），男，广西桂林人，国电永福发电有限公司，工程师。（广西 桂林 541805）
中图分类号：TM732 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2011）30-0103-01
黑启动是在故障停电后，不依赖外部网络，通过具有自启动功能的系统单元进行机组的启动，并逐步扩大系统恢复供电的范围，最终恢复整个系统的运行。电厂黑启动作为区域电网主要的提高系统互连能力的措施应用已经越来越普遍。电力系统的运行、操作、维修的复杂性为大停电事故的发生增加了潜在危险，这方面并不缺乏惨痛的教训，其不仅给国民经济带来了巨大的损失，也给人们的生活造成极大的损害。本文主要对电厂孤网运行与黑启动进行了研究。
一、黑启动的定义和作用
1.黑启动的定义
通常情况下，采用如下的定义来解释黑启动：如果出现电厂的三相厂用交流电同时消失，交流电的辅助设备停运，只有直流电池电源供电的情况下，使用主机驱动压力，打开水箱残压球并由直流电源驱动阀门，通过涡轮导向叶片，使得重要的辅助设备（如从顶部的推力轴承高压油泵）或UPS电源（如电源和控制电源监控系统）工作，同时将各个部分的轴承润滑油进行冷却处理，然后再启动相关的发电机组，使转速尽快提高到额定转速，直至电压达到稳定的值，最后将电压切换至发电机的出口端，这样就还原了电厂的正常运行，同时还可以使电厂恢复向所连接的电网提供电力的能力，以达到逐步恢复电网正常运行的目的。
2.黑启动的作用
发电厂的黑启动通常应用于以下两种情况：一方面来源于电力需求侧的开始，电网崩溃导致大规模的停电，需要启动大量的机组，进行黑启动以逐步恢复热电厂和整个电网的连接，使整个网络逐渐运行起来。另一方面来自发电厂，如果是地面的蓄能电站厂，在亏损大量外部电源的前提下，地下的厂房的照明情况将会非常糟糕，同时有大量来自自来水厂的地下渗水将不能按照正常情况排出，必然会造成水浸工厂事故。为了确保电厂安全运行，开始时的黑启动机组可为辅助电源以及排水照明和通信和其他设备供电，以防止洪水造成的工厂事故。
二、黑启动中频率电压控制
由于带厂用电负荷的一个单机黑启动是一个简单的系统，然后过渡到一个双机系统存在部分负载，因此应注意调整该负载。为了在启动时保持在最低负荷稳定运行的功率水平，并持续稳定在一个合适的电压等级上，需要及时启动适当的负载直到连接到一定的能力，然后再添加少量的负载。对于最大负载允许的访问，不应该使系统频繁地下降。国外的经验是增加每次的负荷时机组不应超过5％的发电能力，以确保其工作在频率允许的合理范围内，保持积极的平衡。
在黑启动过程中，无功功率的平衡也是一个非常重要的问题，应该控制无功负荷的大小，以防止空载时电压过高而负载时机端电压过低这一情况的发生。可以采取一定的措施如预负荷控制发电机，通过调节励磁调节器调整适应负荷特性以适应负荷的变化，使机组运行稳定。
三、黑启动过程的改进方法
1.传统黑启动过程中的缺点
（1）不正确的同期方式。黑启动是恢复电网正常运行的第一个阶段，此时系统必然没有外电源的供电，机组启动时需运行在孤立的方式下，因此不需要按照正常方式下规定的同期并列的方式進行调节。比较切合实际的做法是：黑启动准备工作完成时立即合上开关为电网送电，这样才能保证黑启动机组的正常运行。
（2）换向刀闸的合闸时间被拖延。黑启动过程中核心的问题就是没有交流电源，因此也必然没有冷却循环水作为支撑，黑启动过程中的开机控制的程序必须能够满足维持这种状态下的操作时间和相应的交流电源值。在黑启动的过程中，当机组所发出的交流的电流值大于0时可立刻对相应的启动机组的辅助冷却系统进行设置，这也是决定黑启动能否成功的关键因素之一。一般黑启动程序所规定的都是在成功完成转动后才可合换相刀闸操作，显然这将增加机组的启动时间，会增大由于停电而造成的损失。因此，减少合换相刀闸的时间是影响黑启动能否成功的另一个因素。
2.机组设备不满足黑启动要求
（1）机组黑启动时是没有交流电源的，在这种情况下水阀门是无法打开的。通常的设计都是在操动控制阀时控制交流电源的黑启动，无法打开交流电源阀控制阀时需蓄电池的直流电源为其供电，这对黑启动也是有绝对性影响的。
（2）通讯信号的缺失。最初设计的黑启动并没有考虑到恢复的交流电源信号，因此监测系统也没有采集相关的交流信号的功能，在这种情况下黑启动机组即使成功送入交流电至发射电源，相应的辅助设备也不能被控制系统启动，这有可能造成重要设备的损坏，带来严重的经济损失。
（3）反事故措施不完善。黑启动由于众多原因未必能取得成功，如果黑启动失败，则机组的安全将无法保证，这必然会给相关设备带来极其严重的损坏。
（4）前后两次黑启动的时间受到限制，不能满足电网对黑启动可靠性的调度要求，同时也无法完成厂用电平衡以对电厂进行自保。如果电厂的厂用电不能实现自我供电，则会导致地下水上溢将厂房淹没的大事故。只有电网出现大的面积停电事故调度中心才会发出对机组黑启动的命令，此时电网很可能已经解列为若干个孤岛。若只能进行一次黑启动，如果能够成功则将恢复电网的正常运行，若不能成功则耽误了处理事故的时间，严重削弱了黑启动的理论价值。
3.改进的措施
（1）修改相应的监控程序。要改变监控程序，可改变机组在相应黑启动时的同期运行方式，以使主断路器合闸时不进行同期条件的判断。修改的主要措施是改变合换刀闸的时间，提前执行程序。
（2）改造电源。对于黑启动时控制地下自来水的问题，可以通过改进控制球阀来进行，由蓄电池作为电源进行供电，同时在400V的机组自用盘上取出交流电压信号送入至监控系统，供监控系统作为相应的判据进行判定。
（3）重新拟定组织措施并修正技术措施，以确保在黑启动进行时所有的运行人员都全程地进行学习，组织多次的现场模拟试验。制定严格的终止启动的条件，如果任何一个条件达不到则必须立即终止黑启动。
四、孤网运行的步骤
其一，应测量黑启动相关装置安装处的母线的电压、频率和其变化率。
其二，当电力系统发生因有功功率缺失造成频率下降时，电力系统的自动装置会根据频率减少的值切除不重要的电力用户，以平衡电源与系统的负荷。
其三，如果电力系统有功功率缺额较大，这就给提供加速切负荷增加了可能，在进行第一轮的切负荷时可以对第二轮进行加速，以避免频率可能发生的下降甚至崩溃的事故。
其四，如果电力系统发生由无功缺失引起的电压降低时，装置也会根据电压的降低值自动切除部分电力用户的负荷，以确保系统内无功功率的平衡，恢复系统电压为正常值。
其五，如果电力系统的电压降低的速度非常快，则必须根据dU/dt对负荷进行加速切除以尽快阻止系统电压的降低，避免相关电压崩溃事故的发生，同时使得电压恢复到允许的正常范围内。
五、结论
当电网发生大面积甚至全网大停电的事故时，如果没有任何黑启动的措施，将大大延长停电的时间，甚至电网的安全恢复将无从入手，给国民经济造成巨大的损失。电厂的孤网运行和黑启动给电网的安全运行带来了保障。
参考文献：
[1]大唐国际发电集团有限公司.火力发电厂辅助运行[M].北京:中国电力出版社,2009.
[2]胡志光.发电厂电气设备及运行[M].北京:中国电力出版社,2008.
（责任责任：刘辉）
关键词：发电厂；黑启动；孤网运行
作者简介：粟伟志（1976-），男，广西桂林人，国电永福发电有限公司，工程师。（广西 桂林 541805）
中图分类号：TM732 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2011）30-0103-01
黑启动是在故障停电后，不依赖外部网络，通过具有自启动功能的系统单元进行机组的启动，并逐步扩大系统恢复供电的范围，最终恢复整个系统的运行。电厂黑启动作为区域电网主要的提高系统互连能力的措施应用已经越来越普遍。电力系统的运行、操作、维修的复杂性为大停电事故的发生增加了潜在危险，这方面并不缺乏惨痛的教训，其不仅给国民经济带来了巨大的损失，也给人们的生活造成极大的损害。本文主要对电厂孤网运行与黑启动进行了研究。
一、黑启动的定义和作用
1.黑启动的定义
通常情况下，采用如下的定义来解释黑启动：如果出现电厂的三相厂用交流电同时消失，交流电的辅助设备停运，只有直流电池电源供电的情况下，使用主机驱动压力，打开水箱残压球并由直流电源驱动阀门，通过涡轮导向叶片，使得重要的辅助设备（如从顶部的推力轴承高压油泵）或UPS电源（如电源和控制电源监控系统）工作，同时将各个部分的轴承润滑油进行冷却处理，然后再启动相关的发电机组，使转速尽快提高到额定转速，直至电压达到稳定的值，最后将电压切换至发电机的出口端，这样就还原了电厂的正常运行，同时还可以使电厂恢复向所连接的电网提供电力的能力，以达到逐步恢复电网正常运行的目的。
2.黑启动的作用
发电厂的黑启动通常应用于以下两种情况：一方面来源于电力需求侧的开始，电网崩溃导致大规模的停电，需要启动大量的机组，进行黑启动以逐步恢复热电厂和整个电网的连接，使整个网络逐渐运行起来。另一方面来自发电厂，如果是地面的蓄能电站厂，在亏损大量外部电源的前提下，地下的厂房的照明情况将会非常糟糕，同时有大量来自自来水厂的地下渗水将不能按照正常情况排出，必然会造成水浸工厂事故。为了确保电厂安全运行，开始时的黑启动机组可为辅助电源以及排水照明和通信和其他设备供电，以防止洪水造成的工厂事故。
二、黑启动中频率电压控制
由于带厂用电负荷的一个单机黑启动是一个简单的系统，然后过渡到一个双机系统存在部分负载，因此应注意调整该负载。为了在启动时保持在最低负荷稳定运行的功率水平，并持续稳定在一个合适的电压等级上，需要及时启动适当的负载直到连接到一定的能力，然后再添加少量的负载。对于最大负载允许的访问，不应该使系统频繁地下降。国外的经验是增加每次的负荷时机组不应超过5％的发电能力，以确保其工作在频率允许的合理范围内，保持积极的平衡。
在黑启动过程中，无功功率的平衡也是一个非常重要的问题，应该控制无功负荷的大小，以防止空载时电压过高而负载时机端电压过低这一情况的发生。可以采取一定的措施如预负荷控制发电机，通过调节励磁调节器调整适应负荷特性以适应负荷的变化，使机组运行稳定。
三、黑启动过程的改进方法
1.传统黑启动过程中的缺点
（1）不正确的同期方式。黑启动是恢复电网正常运行的第一个阶段，此时系统必然没有外电源的供电，机组启动时需运行在孤立的方式下，因此不需要按照正常方式下规定的同期并列的方式進行调节。比较切合实际的做法是：黑启动准备工作完成时立即合上开关为电网送电，这样才能保证黑启动机组的正常运行。
（2）换向刀闸的合闸时间被拖延。黑启动过程中核心的问题就是没有交流电源，因此也必然没有冷却循环水作为支撑，黑启动过程中的开机控制的程序必须能够满足维持这种状态下的操作时间和相应的交流电源值。在黑启动的过程中，当机组所发出的交流的电流值大于0时可立刻对相应的启动机组的辅助冷却系统进行设置，这也是决定黑启动能否成功的关键因素之一。一般黑启动程序所规定的都是在成功完成转动后才可合换相刀闸操作，显然这将增加机组的启动时间，会增大由于停电而造成的损失。因此，减少合换相刀闸的时间是影响黑启动能否成功的另一个因素。
2.机组设备不满足黑启动要求
（1）机组黑启动时是没有交流电源的，在这种情况下水阀门是无法打开的。通常的设计都是在操动控制阀时控制交流电源的黑启动，无法打开交流电源阀控制阀时需蓄电池的直流电源为其供电，这对黑启动也是有绝对性影响的。
（2）通讯信号的缺失。最初设计的黑启动并没有考虑到恢复的交流电源信号，因此监测系统也没有采集相关的交流信号的功能，在这种情况下黑启动机组即使成功送入交流电至发射电源，相应的辅助设备也不能被控制系统启动，这有可能造成重要设备的损坏，带来严重的经济损失。
（3）反事故措施不完善。黑启动由于众多原因未必能取得成功，如果黑启动失败，则机组的安全将无法保证，这必然会给相关设备带来极其严重的损坏。
（4）前后两次黑启动的时间受到限制，不能满足电网对黑启动可靠性的调度要求，同时也无法完成厂用电平衡以对电厂进行自保。如果电厂的厂用电不能实现自我供电，则会导致地下水上溢将厂房淹没的大事故。只有电网出现大的面积停电事故调度中心才会发出对机组黑启动的命令，此时电网很可能已经解列为若干个孤岛。若只能进行一次黑启动，如果能够成功则将恢复电网的正常运行，若不能成功则耽误了处理事故的时间，严重削弱了黑启动的理论价值。
3.改进的措施
（1）修改相应的监控程序。要改变监控程序，可改变机组在相应黑启动时的同期运行方式，以使主断路器合闸时不进行同期条件的判断。修改的主要措施是改变合换刀闸的时间，提前执行程序。
（2）改造电源。对于黑启动时控制地下自来水的问题，可以通过改进控制球阀来进行，由蓄电池作为电源进行供电，同时在400V的机组自用盘上取出交流电压信号送入至监控系统，供监控系统作为相应的判据进行判定。
（3）重新拟定组织措施并修正技术措施，以确保在黑启动进行时所有的运行人员都全程地进行学习，组织多次的现场模拟试验。制定严格的终止启动的条件，如果任何一个条件达不到则必须立即终止黑启动。
四、孤网运行的步骤
其一，应测量黑启动相关装置安装处的母线的电压、频率和其变化率。
其二，当电力系统发生因有功功率缺失造成频率下降时，电力系统的自动装置会根据频率减少的值切除不重要的电力用户，以平衡电源与系统的负荷。
其三，如果电力系统有功功率缺额较大，这就给提供加速切负荷增加了可能，在进行第一轮的切负荷时可以对第二轮进行加速，以避免频率可能发生的下降甚至崩溃的事故。
其四，如果电力系统发生由无功缺失引起的电压降低时，装置也会根据电压的降低值自动切除部分电力用户的负荷，以确保系统内无功功率的平衡，恢复系统电压为正常值。
其五，如果电力系统的电压降低的速度非常快，则必须根据dU/dt对负荷进行加速切除以尽快阻止系统电压的降低，避免相关电压崩溃事故的发生，同时使得电压恢复到允许的正常范围内。
五、结论
当电网发生大面积甚至全网大停电的事故时，如果没有任何黑启动的措施，将大大延长停电的时间，甚至电网的安全恢复将无从入手，给国民经济造成巨大的损失。电厂的孤网运行和黑启动给电网的安全运行带来了保障。
参考文献：
[1]大唐国际发电集团有限公司.火力发电厂辅助运行[M].北京:中国电力出版社,2009.
[2]胡志光.发电厂电气设备及运行[M].北京:中国电力出版社,2008.
（责任责任：刘辉）