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1、电网安全与水电站黑启动在电网发生大面积或全网停电的情况下，如果没有任何黑启动措施，将使得停电时间大大延长，甚至对电网安全恢复无从入手，不知所措，并由此造成国民经济的重大损失。水电站(包括抽水蓄能电站)的水轮发电机组是电网安全恢复首选的黑启动电源，与火电、核电机组相比，水轮发电机结构简单，没有复杂的辅机系统，厂用电少，启动速度快，是安全、理想、方便的电网安全恢复工具之一，笔者根据在电力系统稳定分析的多年实践，认为电网安全恢复采用黑启动低电压恢复不仅速度快，而且安全可靠。 1电网安全稳定的要求 电力系统稳定性定义包含3个内容：不发生主系统的非同步运行；不发生频率崩溃；不发生电压崩溃。在原则上，首先
2、应当尽一切可能防止主系统出现稳定破坏事故。对于主系统的稳定破坏，如果处理不当或者因继电保护等不正确动作，都可能导致系统大面积长期停电的事故，因此，考虑电力系统可能出现的最坏情况，从最坏处着眼，建立应对电网失去稳定性的措施，确实是保证电力系统安全稳定运行的最后一道防线。 黑启动的实质是指在电网发生大面积或全网停电的情况下，电网利用内部部分发电机组(即电源)自身或外来的动力资源使发电机组启动达到额定转速并建立正常电压，有步骤地对电网进行充电，恢复电网运行和用户供电。 目前，电力系统的黑启动主要分为电网黑启动和水电站黑启动两个层面。 1.1电网黑启动 电网黑启动是指系统全部停电后(不排除独立小电网仍
3、维持运行)，迅速恢复电网供电的方式。电网恢复的基本方法有串行恢复和并行恢复两种。 (1)串行恢复 串行恢复是在大多数发电机并网前对整个(或局部)网络进行充电。在电网局部和子系统恢复时常被电网所采用。 串行恢复存在的主要问题是：高压输电系统充电时系统产生的无功常常超出实施充电的发电机的无功吸收能力，可能导致系统端出现过电压。 (2)并行恢复 并行恢复是将系统分成几个子系统同时恢复，各子系统同步后进行同期并列将整个网络连接起来。在系统全黑情况下或没有任何外部互联情况时，因子系统同步恢复能显著缩短恢复时间，因而此方案通常被全电网所采用。 1.2水电站黑启动 水电站黑启动是指机组在无400V厂用电情况
4、下，依DC220V电源迅速完成机组自启动，对内恢复厂用电，并配合调度对电网安全恢复。 水电站黑启动的基本任务为：对内恢复厂用电；对电网安全恢复，即用机组自启动后并对电网进行充电。 2水电站黑启动的分析 对于对内恢复厂用电，水电站能否自启动的关键是开机操作时导水机构的油压维持时间(一般在半个小时左右)和蓄电池(含UPS)的供电维护时间。对于对外恢复电网即在机组自启动后对电网进行充电。而水电站一般经长距离高压线路接入系统，当电网发生大面积停电事故后，在黑启动机组实施对电网充电过程中，存在的突出问题是对高压输电系统充电时，导致系统出现严重过电压。为此如何对充电过程中的过电压进行控制是水电站黑启动中的
5、另一个关键问题。 下面结合实际探讨水电站黑启动实施的两个主要任务。 2.1对内恢复厂用电 电网全停事故后，具有黑启动电源的水电厂(站)现场运行人员在直流电源消失前和确认设备正常后，遵循以下原则对内恢复厂用电： (1)运行人员应自行拉开所有220kV(110kV)出线开关； (2)自动或手动启动机组至“空转”，将励磁装置切至“逆变”状态； (3)合上发电机开关，而后对10kV母线(或主变)快速另升； (4)恢复厂用400V电源。 众所周知，水电站自启动要立足“快”字，这是决定后续电网黑启动恢复的关键步骤。如2001-05-20伊朗电网停电事故发生后约16min电网就开始恢复送电。这得益于电网中个
6、别机组甩负荷后成功实现带厂用电运行，否则厂用电停电时间越长黑启动恢复就越被动。 2.2对电网安全恢复的方法选用 就具体某个电站而言，在黑启动进程中，必须对空载或轻载长输电线路充电。由于分布电容的存在，势必产生大量无功，造成电网电压抬高。如何选择对外恢复电网的方法，应根据电站主接线的结构和设备来定，不能一概而论。 从理论上讲，对电网恢复一般有3种方法：采用低电压对电网安全恢复(以下简称低电压恢复)；采用全电压对电网安全恢复；采用另起升压对电网安全恢复。 不论何种方式投入，都将面临过电压的威胁。采用全电压对电网安全恢复，充电恢复过程中的过电压接近3倍相电压，虽一般不会威胁绝缘，但会造成发电机过电压
7、保护和避雷器动作；采用另起升压恢复，虽能很好控制过电压倍数，但时间较长，操作缓慢；而采用低电压恢复不仅可以弥补以上两种方法的不足，而且可以避免损坏设备或避雷器动作而重复停电等异常。因此从安全和实践角度考虑，为了控制恢复过程中过电压的威胁，以低电压恢复更为合理。 3低电压恢复 低电压恢复是采用发电机运行在低电压情况下，对供电区域内的系统进行充电。低电压恢复要注意的两个问题是：确定发电机实施充电的低电压安全工作范围；限制操作过程中的过电压在合理的控制范围内。 如何确定发电机实施充电的低电压安全工作范围？鉴于电网系统过渡过程的复杂性，从被实施充电的组成系统角度出发，通过设计标准、继电保护、电能质量三者对空载线路合闸控制过电压的标准要求分析，得出恢复操作中过电压可能出现的最大倍。
