摘要：在电网事故中，容易造成水电厂电源的大面积消失，在一定的时间内无法恢复正常进行自救，因此，为了确保水电厂的安全和生产，需要利用直流系统为机组提供电源，从而恢复厂用电，使厂内的机械设备正常运行，这一过程就是机组黑启动。本文首先介绍了黑启动的概念、机组实施可行性等内容，并提出了避免水电厂黑启动的控制对策。
关键词：水电厂；蓄能机组；黑启动
近些年来，国外多次出现电网大面积停电事故，给当地的经济造成巨大的影响和损失，为了此类事件采取电网黑启动措施势在必行。一旦事故发生，黑启动能够缩短电网停电的时间，使电网恢复运行。
一、黑启动概述
抽水蓄能机组具有运行方式较多，工况转换频繁等特点，同时还需在一次设备安装换相开关、抽水启动装置和启动母线等设施，但这些安装设施在一定程度上给继电保护功能增加了困难。而水电站的黑启动在大面积停电后，黑启动具有自动恢复系统的能力，具体是指在厂内不存在交流电的前提下，仅仅利用电厂内存储于液压系统中的液压能力和存储于直流系统蓄电池中的电能量，实现机组的自启动，使厂用电在最短的时间内得到恢复，同时能够对外配合电网的调度，有利于恢复电网运行。抽水蓄能机组拥有黑启动功能，是在全厂大面积停电时，安全生产的自救措施，符合电网发展的需求。
（一）黑启动的概念
黑启动是指系统因故障停止运行后，造成的大面积停电或全部停电（存在孤立小电网仍维持正常运行的情况），处于全黑的状态下，在尚未实施网络修复的情况下，触发系统中拥有自启动能力的发电机组，启动后，将会带动不具有自启动功能的其他发电机组，并逐渐将系统的恢复范围扩大，最终起到恢复整个系统的目的。电源点的启动是黑启动正常运行的关键点，水轮发电机组与火电、核电机组相比，具有启动速度快、厂用电少等优势，所以，黑启动电源是抽水蓄能机组保护的首选。
（二）黑启动的基本条件
从机组安全启动和恢复厂用电方面的综合考量，黑启动必须要具备以下条件：第一，机组启动前90%额定转速以下，高压顶轴油泵能投入运行：第二，启动运行时，确保发电机组合轴承和水导轴承润滑油流正常；第三，确保操作时油压的可靠性；第四，机组能够起励建压。
（三）水电厂机组实施黑启动的可行性
以湖北洞坪水电厂为例，湖北洞坪水电厂是湖北电网的重要调峰电厂之一，其水电厂的装机容量为2X55MW，接入湖北电网的单回线路为220KV，厂用用电有3回电源，1回由35KV线路接入，另2回分别来自两台发电机出口的10.5KV的电压母线，并利用0.4KV的备用电源自动投入装置实现2回电源的切换操作。
实施黑启动方案的可行性依据如下：当3个水电厂所使用的交流电源消失且无法在规定的时间内恢复时，可利用存储在220kv直流系统中的电能和存储在机组压油系统中的液压能，并选取1台具备实施黑启动开机升压条件的机组，首先为水电厂内提供电源，确保整个水电厂设备的正常运行和安全，在一定程度上为电网恢复的创造有利条件。
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二、水电厂需要黑启动的特殊情况
（一）进水阀关闭后无法打开
水电厂机组发生甩负荷现象，主要是由电网发生故障所引起的，有时因速度过快而引起的蝴蝶阀关闭或进水口快速闸门关闭。当电网发生故障后，蝴蝶阀有时会出现卡涩，压力油罐操作油压过低等情况，容易出现进水口快速闸门因无操作电源而出现无法打开的情况。进水阀关闭后无法打开直接影响抽水蓄能机组能够正常启动，一旦机组无法按时启动，厂用电无法恢复，操作机组也就无法运行，这时水电厂就需要黑启动。
（二）蓄电池电压过低
当水电厂厂用电消失时，厂内的一些列设备都需要依靠蓄电池提供，比如，事故照明电源、控制系统等。大部分的水电厂在这种情况下，大多采用蓄电池浮充的运行方式，这种方式对蓄电池容量有较高的要求。若没有对蓄电池进行科学、合理的维护，因故障问题导致大面积停电事故时，蓄电池的容量和电压将会降低，许多设备无法应用。因此，水电厂只有依靠外来电源，才能恢复正常运行。
三、避免水电厂黑启动的控制对策
黑启动是水电机组的启动电源，通常情况下，当电网发生故障时，需要自救恢复厂用电，若无法在有效的时间内实现自救，也就是说，水电厂厂用电在一段时间内无法恢复正常，电网未能及时挽救，将会造成严重水淹厂房事故的发生。所以，当水电厂发生故障时，尽量避免黑启动，可应用以下对策：
（一）提高运行人员处理事故的能力
在发生电网事故时，运行人员要有正确的判定和处理问题的能力。电网事故的处理方法和技巧与运行人员的工作有关，方法使用的正确、有效，对水电厂而言，是一个巨大的助力，有时在危机时刻，能使水电厂化险为夷。比如，当操作油压过低时，可打开补气阀门将压缩空气冲入压力油罐内，加强压力油罐的压力，并合理的使用存储在压缩空气罐中能量，操作机组的导叶和起动机组。因此，要想提高运行人员处理事故的能力，必须要加强对运行人员的素质培训工作，比如，可采用反事故演习、情景模拟、技术问答等形式的培训活动，使运行人员深入了解水电厂的技术要求、设备的工作原理等内容，一旦发生事故，能够制定有效的应急预案和处理措施。
（二）加强设备的维护
水电厂属于技术密集型企业，厂内拥有大量的机械设备，这些设备是保证水电厂生产安全的重要物质基础。因此，要想保证机械设备的正常使用功能，首要任务就是做好设备的检修和维护工作。若设备维护工作落实不到位，就会有较高的事故发生率，比如，蝴蝶阀操作油压过低的情况，正是维护工作不到位的后果。蝴蝶阀是一种阻断工具，在机组的速度过快或设备检修时用它将进入的水实施阻断，机组正常运行时几乎没有需要动它的情况。对蝴蝶阀的维护工作，需要制定定期进行开、闭阀的制度，保持蝴蝶阀的灵活性。蓄电池可采取定期充电和放电的维护工作，一旦发现损坏的电池或陈旧的电池，需要及时进行更换处理，确保事故发生时蓄电池的容量充足。
总结：
随着我国抽水蓄能保护技术的进一步发展，人们对抽水蓄能机组保护的认知越来越深入。黑启动是水电厂发生事故的最后一道保障，同时也是在特殊情况下采取的有效运行方式。水电厂存在使用黑启动的可能性，因此，需要加强对水电厂的黑启动的重视程度。
参考文献：
[1]彭煜民. 大型抽水蓄能发电机组黑启动系统控制与通讯研究及设计[D].华南理工大学，2010.
[2]孙世勋. 辽宁东部电网黑启动机组恢复策略研究[D].华北电力大学，2016.
论文作者:候伟,周亚
论文发表刊物:《电力设备》2017年第32期
论文发表时间:2018/4/12
标签：水电厂论文; 机组论文; 电网论文; 事故论文; 蓄电池论文; 电源论文; 发生论文; 《电力设备》2017年第32期论文;