电气设备;接地;接零;应用
摘要：通过对天龙湖电站机组黑启动能力进行的分析，经过试验，获得了天龙湖电站具备黑启动能力的结论。
关键词：机组黑启动；分析；试验方案；天龙湖电站
1引言
为了防范各种人为及自然灾害或电网设备故障等意外因素造成电网大面积停电，同时造成水电站全站失压时，迅速启动水电站机组，恢复电站厂用交流电，并实现对电网有序的送电，最大程度降低电网停电造成的损失。各电网公司及发电企业均在摸索和开展电站黑启动试验。
水电站黑启动是指在厂用交流电消失的和进水闸门开启的情况下，利用水电站机组的特点完成机组自启动。或利用水电站事故备用电源（如柴油发电机等）开启进水闸门并恢复一台或多台机组的厂用交流电，继而完成机组的启动、建压、恢复机组自带厂用交流电并对外配合调度恢复电网送电。
天龙湖水电站位于四川省阿坝州岷江上游茂县境内。该电站安装3台6万kW机组，总装机容量18万kW，电站保证出力4.81万kW，年利用小时数5530小时，年发电量9.956亿kW.h，具有周、季调剂性能。电站大坝为1933年叠溪地震所形成小海子的天然堰塞坝，取水口位于小海子海口上游150m处，沿岷江右岸经长约6.7km的有压隧洞引水至小寨沟上游建厂发电，尾水直接接入下游金龙潭水电站无压引水隧洞。电站出线两回，1回220kV输电线路接入金龙潭电站并入茂县500kV变电站，另1回110kV输电线路至110kV川主寺变电站。
天龙湖电站地处电网末端，且110kV出线送电至110kV川主寺变电站后输电至黄龙机场和藏牧区，所以电厂的稳定送电对保证机场用电和少数民族地区安定团结具有特殊的政治意义。加之周围地区电站也多不具备黑启动能力，如果天龙湖电站能够顺利黑启动，成功送电至110kV川主寺变电站和金龙潭电站、茂县500kV开关站，将能够很快恢复周围电站及电网送电能力，整个电网的黑启动也能够在较短的时间内实现。因此，天龙湖电站的黑启动对于自身和系统的安全运行都具有重大的实际意义。
2天龙湖电站黑启动可行性分析及试验
天龙湖电站采用单元接线方式，冷却水为水泵供水，球阀和调速器为油压操作，厂房渗漏水较小，机组自动开机至空转一般不超过3min。制约机组黑启动因素主要有：（1）黑启动时，球阀及调速器油压、油位是否满足要求，会否引发事故低油压；（2）球阀及调速器控制系统是否能脱离交流正常运行；（3）机组轴承在开机过程中无水泵供应冷却水的情况下能否满足时间需求；（4）黑启动试验失败后，能否马上利用柴油发电机恢复厂用电，避免引发事故。
针对上述问题，首先对3#机组（3#机组带2#厂用变压器）做机组及辅助设备性能试验。
（1）球阀低油压静水启闭试验
在机组停机、球阀关闭的状态下，切除球阀油压装置油泵，手动排油，调节油压到3.60MPa，同时注意保证油压装置的油位值维持在球阀接力器不会进气的油位值以上。手动操作开启球阀，记录球阀从全关到全开的时间和至全开时的油压值；球阀全开后，保持球阀油压装置油泵在切除状态，观察记录球阀油压装置压力降低至2.90MPa的时间，能否保证在30分钟以上；
在机组停机、球阀开启的状态下，切除球阀油压装置油泵，手动排油，调节油压到2.90MPa，同时注意保证油压装置的油位值维持在球阀接力器不会进气的油位值以上。手动操作关闭球阀，记录球阀从全开到全关的时间和全关时的油压值；球阀低油压静水启闭试验试验结果见下表
（2）油压装置的油压和油位特征值
在机组满负荷工况下（60MW）、调整机组油压装置和球阀油压装置油压到3.6MPa，机组油压装置油位在正常范围，球阀油压装置油位在正常范围内，切除机组油压装置两台油泵和球阀压油装置两台油泵。采取必要安全措施后，在上位机将3F机组负荷减至“0”。并发停机令同时现地操作球阀关闭按钮。观察并记录调速器油压值和球阀油压值。当机组停机、球阀全关时记录机组油压装置油压、油位值，和球阀油压装置油压、油位值；机组维持停机状态下15分钟后，分别记录机组、球阀油压和油位值后，开机至空载工况，分别记录机组、球阀油压和机组、球阀油压装置油位。以上过程中，监视油压装置油压不能低于事故低油压整定值（3.2MPa），油位不得低于低油位报警值，否则手动启动油泵维持油压和油位。
（3）模拟机组黑启动时，励磁风机报警和机组事故低油压试验。在3#机动力电源正常的情况下，切除机组及球阀油压装置油泵，调节油压装置油压到3.60MPa，按照黑启动的步骤开机至空转，再至空载，在机组空载工况下，调速器油压维持在事故低油压值之上和励磁可控硅温度及报警保护的历时时间（能否在30分钟以上）；若一切正常，先切除球阀油压装置油泵，调节球阀油压装置压力在3.1MPa，再断开调速器油压装置控制柜工作电源，监视调速器压油罐上压力表，同时调节调速器油压到事故低油压动作值，观察记录机组事故低油压动作情况，记录事故低油压整定值和停机后的调速器油压值、机组停机时间和球阀关闭时间。恢复调速器油压装置控制柜工作电源，恢复球阀及机组油压装置油泵至自动方式。
试验结果：
满负荷至空载工况油压值：3.47MPa；
满负荷至空载工况油位值：405mm；
空载至停机工况油压值：3.43MPa；
空载至停机工况油位值：317mm；
停机状态15分钟后油压值：3.29MPa；
停机状态15分钟后油位值：255mm；
停机至空载工况油压值：3.22MPa；
停机至空载工况油位值：135mm。
试验结果表明：假定机组在满负荷运行，调速器油压装置油压处于正常低限油压（工作泵启动压力值）时，系统事故，全厂失压，此时机组在没有动力电源的条件下事故停机，且在停机后，进行15分钟的巡视检查后重新开机至空载建压，恢复厂用电和调速器油压装置是可行的。
（4）机组清水池冷却水断水试验
关闭3#机组清水池技术供水阀门（3２００２），同时关闭发电机空气冷却器供水阀（3２００９）和主变冷却水供水阀（3２０２８）。机组在备用状态开机至空载，测试推力轴承及各导轴承油温和瓦温上升情况，确定顶盖技术供水满足机组黑启动的要求；
（5）渗漏集水井
切除渗漏集水井排水泵，记录并计算集水井水位上升速率，确保黑启动在集水井水位达到报警值前恢复厂用电，以免造成水淹厂房的事故。
经试验，集水井水位上升速率：828mm/H，满足黑启动要求；
（6）直流系统
试验前根据电厂实际直流系统负载计算出蓄电池正常供电的时间长度，同时测试蓄电池的内阻值，均满足要求。
（7）机组水机及电气保护
试验机组水机保护、发－变组保护、厂高变保护投入正常，自动化元件、自动装置工作正常。同时考虑到机组的黑启动是在一种非正常状态下的紧急启动方式，在机组的机械保护、电气保护方面充分考虑其对机组黑启动的影响，必要时需要闭锁一些保护并降低机组启动的要求。使机组能够快速安全启动。
（8）事故备用电源
做好事故备用电源（柴油发电机）的维护，在机组不满足黑启动条件的情况下，通过柴油发电机快速完成机组启动带厂用电的工作，确保厂房和机组的安全。
根据上述试验结果，证明天龙湖电站3#机组具备黑启动条件，在准备好各项预备工作和安全措施后，安排各操作、监视及记录人员全部到位，正式对3#机组进行了进行黑启动试验。
试验结果：
试验结果表明：
（1）黑启动试验从开启球阀到恢复厂用电历时11分23秒92，黑启动能力强，启动过程安全可靠，各种保护正常投入。
（2）从试验结果看，调速器压油罐压力为3.35MPa时，机组黑启动成功，事故低油压保护未动作。
（3）试验过程中关闭了3#机组清水池技术供水阀，同时关闭了发电机空气冷却器供水阀和主变冷却水供水阀。机组采用顶盖技术供水，推力轴承及各导轴承油温和瓦温正常，机组顶盖供水能够满足机组黑启动的要求；
（4）3#机组在带本机厂用电时，其频率和电压合格。
（5）对励磁装置的试验证明，机组启励后，在励磁风机停运的30分钟以内，励磁可控硅的温度保持在安全范围内，励磁装置仅有报警信号，没有事故停机保护出口。
（6）由于黑启动机组为非正常运行方式，鉴于水电站自动化水平较高、日常值班人员较少，为了在事故情况下有效实现黑启动，同时又不扩大事故，应在全厂计算机监控系统中，针对机组的黑启动条件和方式（包括开机条件、参数限制值及保护闭锁等），增加机组的黑启动流程。
（7）黑启动本身是安全可行的，不会对机组及其辅助设备造成损坏。为了保证机组在事故情况下的快速安全黑启动，应把黑启动试验作为正常的事故预演项目，加强运行值班人员培训和事故时黑启动的处理能力。
3天龙湖电站黑启动注意事项
（1）为尽量缩短开机带厂用电时间，降低机组无冷却水运行时间，开机前应将系统运行方式准备充分完善，把厂用电备自投恢复，一旦厂用电恢复成功，则可自动恢复、启动机组调整器压油泵、技术供水泵、渗漏排水泵等重要厂用电负荷；
（2）黑启动失败后要尽快利用柴油发电机恢复厂用电，避免引发重大事故；
（3）110kV、220kV线路充电时，应将重合闸退出。
4结论
2008年５月１２日发生汶川大地震后，位于震中地区的天龙湖水电站生产经营情况受到严重影响，电站与外界中断51个小时，信息隔绝，陷入“孤岛”。
经过紧张抢修，完成受损设备修复和系统测试工作，电站已具备发电能力，2008年5月24日，按照黑启动方案，成功恢复厂用电，并通过110kV天川线经川主寺变电站顺利实现向黄龙机场及松潘地区供电，天龙湖电站成为灾区首个恢复向电网送电的单位，为灾区恢复生产、抗震救灾提供了最强有力的保障。
水电站一般远离城市，受自然灾害影响导致全厂失电的风险很大，一旦出现水淹厂房等重大事故，后果将非常严重。故，水电站开展黑启动试验，准备好黑启动方案并经常演练是非常有必要的，也是在电网出现重大事故后，尽快恢复社会生产、秩序的有力保证。
