電氣設(shè)備;接地;接零;應(yīng)用
摘要：通過對(duì)天龍湖電站機(jī)組黑啟動(dòng)能力進(jìn)行的分析，經(jīng)過試驗(yàn)，獲得了天龍湖電站具備黑啟動(dòng)能力的結(jié)論。
關(guān)鍵詞：機(jī)組黑啟動(dòng)；分析；試驗(yàn)方案；天龍湖電站
1引言
為了防范各種人為及自然災(zāi)害或電網(wǎng)設(shè)備故障等意外因素造成電網(wǎng)大面積停電，同時(shí)造成水電站全站失壓時(shí)，迅速啟動(dòng)水電站機(jī)組，恢復(fù)電站廠用交流電，并實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)有序的送電，最大程度降低電網(wǎng)停電造成的損失。各電網(wǎng)公司及發(fā)電企業(yè)均在摸索和開展電站黑啟動(dòng)試驗(yàn)。
水電站黑啟動(dòng)是指在廠用交流電消失的和進(jìn)水閘門開啟的情況下，利用水電站機(jī)組的特點(diǎn)完成機(jī)組自啟動(dòng)�；蚶盟娬臼鹿蕚溆秒娫矗ㄈ绮裼桶l(fā)電機(jī)等）開啟進(jìn)水閘門并恢復(fù)一臺(tái)或多臺(tái)機(jī)組的廠用交流電，繼而完成機(jī)組的啟動(dòng)、建壓、恢復(fù)機(jī)組自帶廠用交流電并對(duì)外配合調(diào)度恢復(fù)電網(wǎng)送電。
天龍湖水電站位于四川省阿壩州岷江上游茂縣境內(nèi)。該電站安裝3臺(tái)6萬kW機(jī)組，總裝機(jī)容量18萬kW，電站保證出力4.81萬kW，年利用小時(shí)數(shù)5530小時(shí)，年發(fā)電量9.956億kW.h，具有周、季調(diào)劑性能。電站大壩為1933年疊溪地震所形成小海子的天然堰塞壩，取水口位于小海子�？谏嫌�150m處，沿岷江右岸經(jīng)長(zhǎng)約6.7km的有壓隧洞引水至小寨溝上游建廠發(fā)電，尾水直接接入下游金龍?zhí)端娬緹o壓引水隧洞。電站出線兩回，1回220kV輸電線路接入金龍?zhí)峨娬静⑷朊h500kV變電站，另1回110kV輸電線路至110kV川主寺變電站。
天龍湖電站地處電網(wǎng)末端，且110kV出線送電至110kV川主寺變電站后輸電至黃龍機(jī)場(chǎng)和藏牧區(qū)，所以電廠的穩(wěn)定送電對(duì)保證機(jī)場(chǎng)用電和少數(shù)民族地區(qū)安定團(tuán)結(jié)具有特殊的政治意義。加之周圍地區(qū)電站也多不具備黑啟動(dòng)能力，如果天龍湖電站能夠順利黑啟動(dòng)，成功送電至110kV川主寺變電站和金龍?zhí)峨娬�、茂縣500kV開關(guān)站，將能夠很快恢復(fù)周圍電站及電網(wǎng)送電能力，整個(gè)電網(wǎng)的黑啟動(dòng)也能夠在較短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)。因此，天龍湖電站的黑啟動(dòng)對(duì)于自身和系統(tǒng)的安全運(yùn)行都具有重大的實(shí)際意義。
2天龍湖電站黑啟動(dòng)可行性分析及試驗(yàn)
天龍湖電站采用單元接線方式，冷卻水為水泵供水，球閥和調(diào)速器為油壓操作，廠房滲漏水較小，機(jī)組自動(dòng)開機(jī)至空轉(zhuǎn)一般不超過3min。制約機(jī)組黑啟動(dòng)因素主要有：（1）黑啟動(dòng)時(shí)，球閥及調(diào)速器油壓、油位是否滿足要求，會(huì)否引發(fā)事故低油壓；（2）球閥及調(diào)速器控制系統(tǒng)是否能脫離交流正常運(yùn)行；（3）機(jī)組軸承在開機(jī)過程中無水泵供應(yīng)冷卻水的情況下能否滿足時(shí)間需求；（4）黑啟動(dòng)試驗(yàn)失敗后，能否馬上利用柴油發(fā)電機(jī)恢復(fù)廠用電，避免引發(fā)事故。
針對(duì)上述問題，首先對(duì)3#機(jī)組（3#機(jī)組帶2#廠用變壓器）做機(jī)組及輔助設(shè)備性能試驗(yàn)。
�。�1）球閥低油壓靜水啟閉試驗(yàn)
在機(jī)組停機(jī)、球閥關(guān)閉的狀態(tài)下，切除球閥油壓裝置油泵，手動(dòng)排油，調(diào)節(jié)油壓到3.60MPa，同時(shí)注意保證油壓裝置的油位值維持在球閥接力器不會(huì)進(jìn)氣的油位值以上。手動(dòng)操作開啟球閥，記錄球閥從全關(guān)到全開的時(shí)間和至全開時(shí)的油壓值；球閥全開后，保持球閥油壓裝置油泵在切除狀態(tài)，觀察記錄球閥油壓裝置壓力降低至2.90MPa的時(shí)間，能否保證在30分鐘以上；
在機(jī)組停機(jī)、球閥開啟的狀態(tài)下，切除球閥油壓裝置油泵，手動(dòng)排油，調(diào)節(jié)油壓到2.90MPa，同時(shí)注意保證油壓裝置的油位值維持在球閥接力器不會(huì)進(jìn)氣的油位值以上。手動(dòng)操作關(guān)閉球閥，記錄球閥從全開到全關(guān)的時(shí)間和全關(guān)時(shí)的油壓值；球閥低油壓靜水啟閉試驗(yàn)試驗(yàn)結(jié)果見下表
�。�2）油壓裝置的油壓和油位特征值
在機(jī)組滿負(fù)荷工況下（60MW）、調(diào)整機(jī)組油壓裝置和球閥油壓裝置油壓到3.6MPa，機(jī)組油壓裝置油位在正常范圍，球閥油壓裝置油位在正常范圍內(nèi)，切除機(jī)組油壓裝置兩臺(tái)油泵和球閥壓油裝置兩臺(tái)油泵。采取必要安全措施后，在上位機(jī)將3F機(jī)組負(fù)荷減至“0”。并發(fā)停機(jī)令同時(shí)現(xiàn)地操作球閥關(guān)閉按鈕。觀察并記錄調(diào)速器油壓值和球閥油壓值。當(dāng)機(jī)組停機(jī)、球閥全關(guān)時(shí)記錄機(jī)組油壓裝置油壓、油位值，和球閥油壓裝置油壓、油位值；機(jī)組維持停機(jī)狀態(tài)下15分鐘后，分別記錄機(jī)組、球閥油壓和油位值后，開機(jī)至空載工況，分別記錄機(jī)組、球閥油壓和機(jī)組、球閥油壓裝置油位。以上過程中，監(jiān)視油壓裝置油壓不能低于事故低油壓整定值（3.2MPa），油位不得低于低油位報(bào)警值，否則手動(dòng)啟動(dòng)油泵維持油壓和油位。
�。�3）模擬機(jī)組黑啟動(dòng)時(shí)，勵(lì)磁風(fēng)機(jī)報(bào)警和機(jī)組事故低油壓試驗(yàn)。在3#機(jī)動(dòng)力電源正常的情況下，切除機(jī)組及球閥油壓裝置油泵，調(diào)節(jié)油壓裝置油壓到3.60MPa，按照黑啟動(dòng)的步驟開機(jī)至空轉(zhuǎn)，再至空載，在機(jī)組空載工況下，調(diào)速器油壓維持在事故低油壓值之上和勵(lì)磁可控硅溫度及報(bào)警保護(hù)的歷時(shí)時(shí)間（能否在30分鐘以上）；若一切正常，先切除球閥油壓裝置油泵，調(diào)節(jié)球閥油壓裝置壓力在3.1MPa，再斷開調(diào)速器油壓裝置控制柜工作電源，監(jiān)視調(diào)速器壓油罐上壓力表，同時(shí)調(diào)節(jié)調(diào)速器油壓到事故低油壓動(dòng)作值，觀察記錄機(jī)組事故低油壓動(dòng)作情況，記錄事故低油壓整定值和停機(jī)后的調(diào)速器油壓值、機(jī)組停機(jī)時(shí)間和球閥關(guān)閉時(shí)間�；謴�(fù)調(diào)速器油壓裝置控制柜工作電源，恢復(fù)球閥及機(jī)組油壓裝置油泵至自動(dòng)方式。
試驗(yàn)結(jié)果：
滿負(fù)荷至空載工況油壓值：3.47MPa；
滿負(fù)荷至空載工況油位值：405mm；
空載至停機(jī)工況油壓值：3.43MPa；
空載至停機(jī)工況油位值：317mm；
停機(jī)狀態(tài)15分鐘后油壓值：3.29MPa；
停機(jī)狀態(tài)15分鐘后油位值：255mm；
停機(jī)至空載工況油壓值：3.22MPa；
停機(jī)至空載工況油位值：135mm。
試驗(yàn)結(jié)果表明：假定機(jī)組在滿負(fù)荷運(yùn)行，調(diào)速器油壓裝置油壓處于正常低限油壓（工作泵啟動(dòng)壓力值）時(shí)，系統(tǒng)事故，全廠失壓，此時(shí)機(jī)組在沒有動(dòng)力電源的條件下事故停機(jī)，且在停機(jī)后，進(jìn)行15分鐘的巡視檢查后重新開機(jī)至空載建壓，恢復(fù)廠用電和調(diào)速器油壓裝置是可行的。
�。�4）機(jī)組清水池冷卻水?dāng)嗨囼?yàn)
關(guān)閉3#機(jī)組清水池技術(shù)供水閥門（3２００２），同時(shí)關(guān)閉發(fā)電機(jī)空氣冷卻器供水閥（3２００９）和主變冷卻水供水閥（3２０２８）。機(jī)組在備用狀態(tài)開機(jī)至空載，測(cè)試推力軸承及各導(dǎo)軸承油溫和瓦溫上升情況，確定頂蓋技術(shù)供水滿足機(jī)組黑啟動(dòng)的要求；
�。�5）滲漏集水井
切除滲漏集水井排水泵，記錄并計(jì)算集水井水位上升速率，確保黑啟動(dòng)在集水井水位達(dá)到報(bào)警值前恢復(fù)廠用電，以免造成水淹廠房的事故。
經(jīng)試驗(yàn)，集水井水位上升速率：828mm/H，滿足黑啟動(dòng)要求；
（6）直流系統(tǒng)
試驗(yàn)前根據(jù)電廠實(shí)際直流系統(tǒng)負(fù)載計(jì)算出蓄電池正常供電的時(shí)間長(zhǎng)度，同時(shí)測(cè)試蓄電池的內(nèi)阻值，均滿足要求。
（7）機(jī)組水機(jī)及電氣保護(hù)
試驗(yàn)機(jī)組水機(jī)保護(hù)、發(fā)－變組保護(hù)、廠高變保護(hù)投入正常，自動(dòng)化元件、自動(dòng)裝置工作正常。同時(shí)考慮到機(jī)組的黑啟動(dòng)是在一種非正常狀態(tài)下的緊急啟動(dòng)方式，在機(jī)組的機(jī)械保護(hù)、電氣保護(hù)方面充分考慮其對(duì)機(jī)組黑啟動(dòng)的影響，必要時(shí)需要閉鎖一些保護(hù)并降低機(jī)組啟動(dòng)的要求。使機(jī)組能夠快速安全啟動(dòng)。
�。�8）事故備用電源
做好事故備用電源（柴油發(fā)電機(jī)）的維護(hù)，在機(jī)組不滿足黑啟動(dòng)條件的情況下，通過柴油發(fā)電機(jī)快速完成機(jī)組啟動(dòng)帶廠用電的工作，確保廠房和機(jī)組的安全。
根據(jù)上述試驗(yàn)結(jié)果，證明天龍湖電站3#機(jī)組具備黑啟動(dòng)條件，在準(zhǔn)備好各項(xiàng)預(yù)備工作和安全措施后，安排各操作、監(jiān)視及記錄人員全部到位，正式對(duì)3#機(jī)組進(jìn)行了進(jìn)行黑啟動(dòng)試驗(yàn)。
試驗(yàn)結(jié)果：
試驗(yàn)結(jié)果表明：
�。�1）黑啟動(dòng)試驗(yàn)從開啟球閥到恢復(fù)廠用電歷時(shí)11分23秒92，黑啟動(dòng)能力強(qiáng)，啟動(dòng)過程安全可靠，各種保護(hù)正常投入。
（2）從試驗(yàn)結(jié)果看，調(diào)速器壓油罐壓力為3.35MPa時(shí)，機(jī)組黑啟動(dòng)成功，事故低油壓保護(hù)未動(dòng)作。
�。�3）試驗(yàn)過程中關(guān)閉了3#機(jī)組清水池技術(shù)供水閥，同時(shí)關(guān)閉了發(fā)電機(jī)空氣冷卻器供水閥和主變冷卻水供水閥。機(jī)組采用頂蓋技術(shù)供水，推力軸承及各導(dǎo)軸承油溫和瓦溫正常，機(jī)組頂蓋供水能夠滿足機(jī)組黑啟動(dòng)的要求；
�。�4）3#機(jī)組在帶本機(jī)廠用電時(shí)，其頻率和電壓合格。
�。�5）對(duì)勵(lì)磁裝置的試驗(yàn)證明，機(jī)組啟勵(lì)后，在勵(lì)磁風(fēng)機(jī)停運(yùn)的30分鐘以內(nèi)，勵(lì)磁可控硅的溫度保持在安全范圍內(nèi)，勵(lì)磁裝置僅有報(bào)警信號(hào)，沒有事故停機(jī)保護(hù)出口。
�。�6）由于黑啟動(dòng)機(jī)組為非正常運(yùn)行方式，鑒于水電站自動(dòng)化水平較高、日常值班人員較少，為了在事故情況下有效實(shí)現(xiàn)黑啟動(dòng)，同時(shí)又不擴(kuò)大事故，應(yīng)在全廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中，針對(duì)機(jī)組的黑啟動(dòng)條件和方式（包括開機(jī)條件、參數(shù)限制值及保護(hù)閉鎖等），增加機(jī)組的黑啟動(dòng)流程。
（7）黑啟動(dòng)本身是安全可行的，不會(huì)對(duì)機(jī)組及其輔助設(shè)備造成損壞。為了保證機(jī)組在事故情況下的快速安全黑啟動(dòng)，應(yīng)把黑啟動(dòng)試驗(yàn)作為正常的事故預(yù)演項(xiàng)目，加強(qiáng)運(yùn)行值班人員培訓(xùn)和事故時(shí)黑啟動(dòng)的處理能力。
3天龍湖電站黑啟動(dòng)注意事項(xiàng)
�。�1）為盡量縮短開機(jī)帶廠用電時(shí)間，降低機(jī)組無冷卻水運(yùn)行時(shí)間，開機(jī)前應(yīng)將系統(tǒng)運(yùn)行方式準(zhǔn)備充分完善，把廠用電備自投恢復(fù)，一旦廠用電恢復(fù)成功，則可自動(dòng)恢復(fù)、啟動(dòng)機(jī)組調(diào)整器壓油泵、技術(shù)供水泵、滲漏排水泵等重要廠用電負(fù)荷；
�。�2）黑啟動(dòng)失敗后要盡快利用柴油發(fā)電機(jī)恢復(fù)廠用電，避免引發(fā)重大事故；
�。�3）110kV、220kV線路充電時(shí)，應(yīng)將重合閘退出。
4結(jié)論
2008年５月１２日發(fā)生汶川大地震后，位于震中地區(qū)的天龍湖水電站生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)情況受到嚴(yán)重影響，電站與外界中斷51個(gè)小時(shí)，信息隔絕，陷入“孤島”。
經(jīng)過緊張搶修，完成受損設(shè)備修復(fù)和系統(tǒng)測(cè)試工作，電站已具備發(fā)電能力，2008年5月24日，按照黑啟動(dòng)方案，成功恢復(fù)廠用電，并通過110kV天川線經(jīng)川主寺變電站順利實(shí)現(xiàn)向黃龍機(jī)場(chǎng)及松潘地區(qū)供電，天龍湖電站成為災(zāi)區(qū)首個(gè)恢復(fù)向電網(wǎng)送電的單位，為災(zāi)區(qū)恢復(fù)生產(chǎn)、抗震救災(zāi)提供了最強(qiáng)有力的保障。
水電站一般遠(yuǎn)離城市，受自然災(zāi)害影響導(dǎo)致全廠失電的風(fēng)險(xiǎn)很大，一旦出現(xiàn)水淹廠房等重大事故，后果將非常嚴(yán)重。故，水電站開展黑啟動(dòng)試驗(yàn)，準(zhǔn)備好黑啟動(dòng)方案并經(jīng)常演練是非常有必要的，也是在電網(wǎng)出現(xiàn)重大事故后，盡快恢復(fù)社會(huì)生產(chǎn)、秩序的有力保證。
