摘要：本文研究了碗米坡水电站的黑启动方案。在确定黑启动电源的基拙上，分别对不同电源的黑启动方案进行了研究，总结出最优黑启动实施方案。实践证明了该方案的可行性，可为大面积停电事故下迅速恢复系统供电提供保障。

    黑启动（Black-start）是指整个系统因故障停运后，不依赖其它系统，通过自身系统中具有自启动能力的机组带动无自启动能力的机组，逐步恢复系统供电，最终实现整个系统的正常运行。本文通过对碗米坡水电站主接线及厂用电系统结构分析，确定碗米坡水电站黑启动方式，为电网安全运行提供有力的技术保障。

    1 碗米坡水电站主接线系统介绍
    碗米坡水电站装机容量为240MW （3×80MW），多年平均发电量为7.92亿kW·h，保证出力为18. 6MW，年发电利用小时数为3 300h，属不完全季调节电站。该水电站以220kV电压等级接入电力系统，2回出线（碗岩I线和碗岩11线）均接入保靖县岩人坡220kV变电站。2回出线线路长度均为25km，导线型号均为LGJ-400，最大输送有功功率均为240MW。  2004年8月，3台机组全部投产发电。2010年11月该水电站发电运行监控工作接入远在长沙的五凌电力发电集控中心。
    碗米坡水电站发变组采用单元接线，发电机与变压器通过断路器和隔离刀闸联成一个单元接线，发电机通过变压器低压侧断路器与电网并列。单元接线的优点是接线简单、无发电机电压母线、发电机和主变压器低压侧的短路电流有所减小、操作简便。

    2 黑启动条件及处置措施

    碗米坡水电站黑启动启动条件为：3台发电机组全停；湖南电网220kV系统发生故障，引起2回出线均失压，且全站400V交流电源同时失压，导致厂用电源消失，全站停电。
    碗米坡水电站黑启动处置措施如下：
    （1）当碗米坡水电站全站失压时，远程集控运行人员立即在监控系统上拉开所有碗米坡水电站220kV开关，防止因系统突然来电对碗米坡水电站220kV母线、主变造成冲击而损坏设备，启动黑启动应急预案。
    （2）远程集控运行人员联系现场人员核实所有碗米坡水电站220kV开关、400V厂用电开关确已断开，并将400V开关控制方式切至“切除”位置，防止开关自动装置误动作。
    （3）退出频率电压紧急控制柜上3台机组的低频自启动、加负荷连片，防止系统稳措误动作。
    （4）将全站滤水器切停，减少渗漏集水井来水量。
    （5）确认事故信息及应急处置措施执行情况，组织制定黑启动操作方案。
    （6）黑启动成功后，为防止重合闸保护装置误动作，应将碗岩I、 II线高频保护屏上重合闸方式切换开关1QK切至“停用”位置，退出碗岩I、 11线高频保护屏上启动重合闸连片LP6；碗岩I、 II光纤差动保护屏上重合闸方式切换开关SW4切至“停用”位置，退出碗岩I、 11线光纤差动保护屏上单跳启动重合闸连片LP22。

    3 存在的问题
    碗米坡水电站黑启动时重点考虑以下问题：
    （1）电站直流系统供电能力。碗米坡水电站直流系统共2段母线，分段运行，每段母线由400V交流整流及蓄电池并联供电，每组蓄电池容量为490A·h，在交流电源消失情况下可对全站重要直流负荷连续供电2h。
    （2）通信系统是否能正常运行。碗米坡水电站通信直流系统由2组蓄电池并联运行，每组蓄电池供电能力为300A·h，在通信交流电源中断的情况下可持续供电10h。
    （3）计算机监控系统能否正常运行。碗米坡水电站计算机监控系统正常情况下由2台UPS电源供电，互为热备用，可自动切换，而UPS装置具有400V交流、220V直流2路电源，在交流电源消失时将自动切换至直流电源供电。
    （4）厂区、渗漏集水井来水量是否正常。通过长期进行的辅助设备运行分析可知，厂区排水泵只有在厂区下暴雨情况下才会启动，渗漏排水泵在汛期4h启动一次，非汛期6h启动一次，若将全站滤水器切停，其启动间隔还将延长。
    综上所述，黑启动的一系列处理必须控制在2h内完成，这就要求电厂对所有黑启动方案进行分析。
    4 黑启动方案分析
    碗米坡水电站共有以下黑启动方案：
    方案一：外来电源通过坝顶配电母线送电。本方案必备条件是35kV洞吉变电站有压，具备送电能力。首先通过35kV洞吉变向碗米坡水电站外来变47B送电；正常后再逐步恢复碗米坡水电站400V系统和机组自用电系统供电；再通过机组带主变、厂用变零起升压，恢复系统供电。
    方案二：由岩人坡变电站送电。本方案必备条件是220kV岩人坡变电站有压，具备送电能力。首先同期合上碗岩I线、II线602、 604开关；母线供电正常后，各机变组零升正常后通过高压侧开关同期并网，正常后恢复厂用电系统供电。
    方案三：通过柴油发电机向坝顶配电母线送电。本方案必备条件是防汛柴油发电机良好，具备352kW的送电能力。柴油发电机额定出力为352kW，因此在恢复厂用电系统供电时，要优先考虑机组自用电、渗漏排水系统等重要用电负荷，控制负荷不超过352kW。启动柴油发电机后，优先保证选定启动机组的辅助设备供电，然后通过机组带主变、厂用变零起升压，恢复系统供电。
    方案四：1台机变残压启励。本方案必备条件是机组无事故，机组调速器压油槽油压正常，满足机组能自动开机、自“空载”状态。碗米坡水电站发电机组具有残压起励（晶闸管控制型）和软起励（直流电源起励）两种方式。因启动过的发电机机组转子中存在剩磁，故发电机开机空转后机端便有残压。当残压大于转子回路压降时给残压起励信号，即给晶闸管以连续的触发脉冲，使其导通，用残压给发电机转子供电充磁，达到残压起励的目的。当发电机电压升至一定数值时，残压起励自动退出，机组通过自动励磁调节升压至额定值。当残压起励失败时，励磁系统将自动切换至软起励方式，由220V直流电源向机组转子供电建压。即当碗米坡水电站全站停电后，可通过监控系统直接发令进行机组零起升压操作，这将大大减少黑启动处理时间。
    在选择方案四时，碗米坡水电站要优先考虑＃2机变残压起励方式，因为生活区办公用电取自＃2主变低压侧，完成黑启动后，倒换厂用电运行方式，恢复生产和生活正常用电。
    综上所述，方案一、方案二均需与调度联系，还要进行一系列的操作，过程繁琐，且在电力系统故障情况下，两方案均有可能不具备送电条件。对于方案三，因柴油发电机供电能力有限，只能满足厂内部分设备供电，也需进行一系列操作才能恢复厂用电系统。对于方案四，无需与调度联系，开始也不需进行厂用电倒换操作，可在监控系
统直接进行机组零起升压操作，正常后再恢复厂内设备及系统的供电。方案四从机组开机至升压正常，只需1min左右，加上后续操作，1h内即可恢复厂内设备供电，并且在2008年冰灾过程中通过实践认证，其效果良好，处理简单迅速，是首选黑启动方案。
    5 结束语
    黑启动是保证电网安全、稳定运行的重要手段。成功的黑启动，可减少电网大面积停电时间，在最短时间内恢复发电厂及电网正常运行。近几年来，国内外大面积停电事故不断发生，在积极预防的同时更要从技术和心理上对大面积停电事故有所准备，因此研究发电厂黑启动方案很有必要。