大同电网利用小火电机组黑启动方案

　　1大同电网简介
　　
　　大同电网位于华北500kV环网框架的西部，山西电网的北部，是山西电网连接京、津、唐及内蒙古电网的枢纽。目前已形成220kV品字型单环网及110kV直配的网络结构，如图1所示。　　大同电网作为山西电网并入华北电网主通道（500kV大房双回线）上的一个地区电网，包括大同二电厂（1号～6号机组，总装机容量1200MW）、大同一电厂（2号、3号、7号、8号、9号机组，总装机容量91MW）、大同热电公司（10号、11号机组，总装机容量100MW）、广灵电厂（1号～4号机组，总装机容量15MW），总装机容量1406MW，而主力电源仅为大同二电厂。全网8座220kV变电站几乎均接于大同二电厂220kV母线上，所带负荷占全网的80％，历*发生在大同二电厂的几次事故表明，电网发生全停的概率极大。因此，结合大同电网的实际情况，尽快研究大同电力系统事故后的恢复问题（即黑启动问题），制定大同电网的黑启动调度预案，在系统全停情况下迅速、准确、有序地恢复电网运行和对重要用户的供电，有其必要性和现实意义。
　　
　　2黑启动电源的选择
　　
　　进行黑启动，首先应保证有可靠的启动电源。通过大量深入细致的调查、分析和研究，认为在大同电网电源均为火电机组的情况下，当电网发生全停，所辖发电厂失去厂用电时，具备自启动能力的机组为广灵电厂3号和4号机炉。
　　
　　广灵电厂3号和4号链条炉在突然失去厂用电后仍能继续燃烧，并可以在一定时间内（30min～60min）向汽轮机提供正常参数的蒸汽，从而得以再次热态冲机，使3号和4号机组恢复运行。这种自启动能力曾在实际事故中得到成功检验。为提高广灵电厂自启动成功率，应利用属于同一母管制的3号和4号炉先共同启动1台机（选择当时汽轮机真空度高者），带起厂用电之后，再恢复另一台机。
　　
　　3大同电网黑启动调度预案
　　
　　结合大同电网黑启动方案研究制定的大同电网黑启动调度预案可分为5个阶段：
　　
　　a.在大同电网系统全停后，各电厂和变电站自行操作，转为预先设定的黑启动初始可控状态；
　　
　　b.广灵电厂机组黑启动成功且大同一电厂热态并机；
　　
　　c.黑启动电源成功启动并列后，给大同热电公司送厂用电，给各变电站送站用电；
　　
　　d.大同热电公司机组启动成功后，恢复对重要用户的供电；
　　
　　e.大同二电厂机组或220kV万赵线及220kV七浑线恢复供电，大同电网并人省网后，恢复大同电网正常运行，开放所有负荷。
　　
　　其中，阶段a的操作由各厂站按照预先制定的黑启动预案自行操作，其余阶段则须在大同地调的统一指挥下依次操作。
　　
　　另外，根据大同电网的网架结构，并为方便调度操作，可将大同电网分为8个局部供电系统，分别是：西万庄—大同一电厂—大热供电系统、高山供电系统、北郊供电系统、马军营供电系统、官堡供电系统、阳高供电系统、浑灵广供电系统、开源路供电系统。大同电网的黑启动调度预案由这8个供电系统的黑启动预案构成。
　　
　　4黑启动步骤及路径
　　
　　4.1广灵电厂黑启动步骤
　　
　　a.令汽机人员立即查看3号和4号汽轮机真空表，选择真空度高的一台机进行自启动。
　　
　　b.打开所选机的自动主汽门以启动该机。
　　
　　c.迅速恢复至少一段厂用电，然后逐渐恢复全厂厂用电，并维持电压在6.3kV。
　　
　　d.汽机须在厂用电恢复后立即启动循环泵，再启动凝结水泵，以建立汽机真空，zui后恢复给水泵，防止锅炉干锅。
　　
　　e.锅炉在厂用电恢复并上水正常后，一次启动引送风机、给煤机、抛煤机。
　　
　　f.对所选机组进行冲机，启动成功后，将对应变压器投入运行，给35kV一段母线充电，然后合上3130开关，给35kV另一段母线充电。
　　
　　g.开启另一台6MW机组，用所对应的35kV开关与上一台机组同期并列。
　　
　　h.合上35kV广电1号线3135开关，给系统送电。
　　
　　i.为防止机组自励磁以及线路末段过电压，事先对浑城站接人部分重要负荷（浑城站10kV浑柳线1MW）。
　　
　　j.启动1号、2号机炉。
　　
　　k.为防止线路末段过电压，1号、2号机尽量运行在zui低电压水平。
　　
　　l.地调、县调及电厂密切配合，控制好增加出力和投入负荷的速度，保持孤立网内有功、无功平衡，防止频率、电压过大波动而威胁孤立小网的稳定运行。
　　
　　4.2黑启动路径
　　
　　广灵电厂自启动成功后，依照尽快启动锅炉热态保持时间短机组的原则，立即向大同一电厂送厂用电。根据大同电网的结构，确定黑启动路径为：35kV广电1号线—110kV浑广线—110kV浑城1号线—110kV万浑线—110kV万三线—110kV平三1号线，路径总长度为137.13km。先启动大同一电厂8号、9号机组中真空度较高的一台机组，当所选机组顺利启机后，再依次启动其他机组。同时，通过110kV平三2号线给大同热电公司送厂用电，启动10号、11号机组。然后，按上述电网调度预案恢复大同电网运行，在省网或华北主网恢复后与之并列。
　　
　　5黑启动中应注意的问题
　　
　　5.1黑启动各阶段的时间及相互配合
　　
　　火力机组热态启动所需的时间与厂用电中断的时间成正比，因此，尽量缩短广灵电厂自启动及黑启动供电路径的操作时间，对于保持电厂机炉的较高参数、提高机组热态启动的成功率、缩短启动时间，起着至关重要的作用。
　　
　　系统中，厂站均采用蓄电池组作为事故备用电源，其可持续供电时间有限。以西万庄站为例，该站为300A·h蓄电池组，站用负荷为0.07MW，在220V电压下折合为318A，考虑事故下站用负荷大幅降低的因素，蓄电池组的供电时间也不超过2h。一旦厂站失去操作电源而无法操作，将严重影响系统恢复。因此，在系统恢复过程中，要优先考虑给各变电站送站用电。
　　
　　5.2发电机组调节系统特性的协调
　　
　　在启动电源和被启动机组并列运行的子系统中，如果发电机组调节系统特性相差较大，可能导致发电机组并列运行子系统内部有功功率摆动，甚至不能稳定运行。因此，在本调度预案中，广灵电厂机组调速系统采用自动调节，励磁系统采用手动调节，大同一电厂、大同热电公司机组调速系统采用手动调节，励磁系统采用自动调节，以避免由于调速系统或励磁调节系统特性差异而发生功率振荡。
　　
　　5.3过电压问题
　　
　　电厂黑启动过程中遵循的原则是，在合空线和合空载高压备用变压器前，为避免出现异常过电压现象，在允许范围内应尽可能通过调节试验机组使电压保持较低值。在小系统并列和小系统并入主网前，应尽可能地调节电压和频率，以减小待并列系统电压和频率的差别。在启动容量较大的火电机组的厂用负荷时，电压降低比较严重，这种情况下，可以考虑在厂用负荷启动前，通过调节使受端电压适当升高，以减弱电压降低的严重程度。在空充电厂高压备用变压器前，应适当降低母线电压，以避免发生铁磁谐振及谐振过电压。
　　
　　5.4系统频率和有功功率平衡
　　
　　大同热电公司机组成功启动并恢复对重要用户供电时，大同热电公司为大同电网的调频厂。要求大同热电公司时刻监视系统频率并与地调，根据负荷投入的情况，随时调整发电出力，维持有功功率平衡和频率稳定。地调调度员应根据全网及用户的日负荷曲线，掌握负荷的变化趋势，在系统恢复过程中做到心中有数，合理安排。对于装有低频低压减载装置的重要用户，应投入低频低压减载压板，依赖自动装置来控制负荷，实现有功、无功的平衡。在系统恢复的全过程中，地调调度员和电厂值班员必须密切配合，确保电网稳定运行。
　　
　　5.5电压控制和无功功率平衡
　　
　　黑启动电源成功启动并列后，在给大同热电公司送厂用电、给各变电站送站用电的过程中，容性电流较大。为防止发电机自励磁和线路末端过电压，发电机可运行在允许的低电压水平，可以通过调整变压器分接头降低母线电压。在大同热电公司机组启动成功并恢复对重要用户的供电时，感性电流大大增加，系统电压水平势必下降。为了保持系统无功功率平衡，改善无功电流分布，降低有功、无功及电压损耗，防止恶性循环导致电压崩溃，可根据系统电压情况，将部分厂站的电容器投入运行。
　　
　　5.6防止和消除铁磁谐振
　　
　　在送厂用电和站用电的过程中，可利用使发电机运行在允许的低电压水平以及调整变压器分接头以降低母线电压的方法，来防止空充变压器时发生铁磁谐振。发生铁磁谐振的厂站可通过拉合母联开关或送出空载线路的方法改变系统参数，破坏谐振条件，实现消除铁磁谐振。
　　
　　5.7有关自动装置的问题
　　
　　为了缩短系统恢复的时间，对一些涉及无人值班变电站的开关（如110kV南樊线111开关），可在备自投装置运行的状态下，直接通过遥控合开关；在恢复过程中，应确保电厂的低周解列装置投入运行，以保证在频率急剧下降时，电厂能与系统解列孤立运行；对于装有低频低压减载装置的重要用户，应投入低频低压减载压板，依赖自动装置来控制负荷，实现有功、无功的平衡。
　　
　　5.8划分供电区域以进行系统恢复
　　
　　根据大同电网的结构，将系统划分为8个供电子系统，同步恢复发电厂厂用电及变电站站用电，然后依次恢复重要负荷，以方便对负荷和电压的控制，实现有功和无功功率平衡，也有利于调度指挥处理系统全停事故，加速全系统的恢复。
　　
　　5.9直流备用电源供电能力
　　
　　许多遥测、遥控的直流备用电源能力不超过1h～2h，停电时间过长，就会影响遥测数据及遥控能力。这就要求集控中心站操作队全体操作人员在事故处理过程中随时待命，如发生无人站开关遥控失败，应立即去站内手动操作开关。
　　
　　5.10保证通信畅通
　　
　　保证通信畅通是系统恢复至关重要的环节，只有通信畅通才能确保调度命令的及时下达和执行。各厂（站）均应有全厂（站）停电时保证通信畅通的措施，如配置无线等。
　　
　　5.11正确安排操作程序
　　
　　对于在恢复过程中可能遇到的、特别是影响设备安全和系统恢复的各种问题和困难，必须事*行全面的分析和研究，以保证规定的操作顺序正确无误，避免遗漏和颠倒重要程序。做到在保证系统设备安全的前提下，顺利地执行系统恢复的任务。
　　
　　6结语
　　
　　本方案为大同电网各级调度、运行部门处理系统全停事故提供了指导作用。一旦大同电网发生系统全停事故，各级调度部门和各厂（站）依据大同电网黑启动预案，可以在zui短的时间内使系统恢复带负荷的能力，并能尽快恢复对大同电网重要负荷的供电。同时，本文也对无水电区域电网的黑启动研究进行了积极、有益的探索。