安全文化網 www.zltai.com （摘要）電網安全的意義非同一般，一旦發生全停電事故后，建立電網安全恢復供電的防線就更加重要。水電站是電網安全恢復首選的電網黑啟動電源。從控制系統過電壓的角度出發，對電網安全恢復操作過程中的過電壓控制范圍進行分析，給出估算公式，以提高電網恢復供電的安全可靠性。
〔關鍵詞〕電網安全；黑啟動；低電壓恢復
　　
　　在電網發生大面積或全網停電的情況下，如果沒有任何黑啟動措施，將使得停電時間大大延長，甚至對電網安全恢復無從入手，不知所措，并由此造成國民經濟的重大損失。水電站(包括抽水蓄能電站)的水輪發電機組是電網安全恢復首選的黑啟動電源，與火電、核電機組相比，水輪發電機結構簡單，沒有復雜的輔機系統，廠用電少，啟動速度快，是安全、理想、方便的電網安全恢復工具之一，筆者根據在電力系統穩定分析的多年實踐，認為電網安全恢復采用黑啟動低電壓恢復不僅速度快，而且安全可靠。
　　
　　1　電網安全穩定的要求
　　
　　電力系統穩定性定義包含3個內容：不發生主系統的非同步運行；不發生頻率崩潰；不發生電壓崩潰。在原則上，首先應當盡一切可能防止主系統出現穩定破壞事故。對于主系統的穩定破壞，如果處理不當或者因繼電保護等不正確動作，都可能導致系統大面積長期停電的事故，因此，考慮電力系統可能出現的最壞情況，從最壞處著眼，建立應對電網失去穩定性的措施，確實是保證電力系統安全穩定運行的最后一道防線。
　　
　　黑啟動的實質是指在電網發生大面積或全網停電的情況下，電網利用內部部分發電機組(即電源)自身或外來的動力資源使發電機組啟動達到額定轉速并建立正常電壓，有步驟地對電網進行充電，恢復電網運行和用戶供電。
　　
　　目前，電力系統的黑啟動主要分為電網黑啟動和水電站黑啟動兩個層面。
　　
　　1.1　電網黑啟動
　　
　　電網黑啟動是指系統全部停電后(不排除獨立小電網仍維持運行)，迅速恢復電網供電的方式。電網恢復的基本方法有串行恢復和并行恢復兩種。
　　
　　(1)串行恢復
　　
　　串行恢復是在大多數發電機并網前對整個(或局部)網絡進行充電。在電網局部和子系統恢復時常被電網所采用。
　　
　　串行恢復存在的主要問題是：高壓輸電系統充電時系統產生的無功常常超出實施充電的發電機的無功吸收能力，可能導致系統端出現過電壓。
　　
　　(2)并行恢復
　　
　　并行恢復是將系統分成幾個子系統同時恢復，各子系統同步后進行同期并列將整個網絡連接起來。在系統全黑情況下或沒有任何外部互聯情況時，因子系統同步恢復能顯著縮短恢復時間，因而此方案通常被全電網所采用。
　　
　　1.2　水電站黑啟動
　　
　　水電站黑啟動是指機組在無400V廠用電情況下，依DC220V電源迅速完成機組自啟動，對內恢復廠用電，并配合調度對電網安全恢復。
　　
　　水電站黑啟動的基本任務為：對內恢復廠用電；對電網安全恢復，即用機組自啟動后并對電網進行充電。
　　
　　2　水電站黑啟動的分析
　　
　　對于對內恢復廠用電，水電站能否自啟動的關鍵是開機操作時導水機構的油壓維持時間(一般在半個小時左右)和蓄電池(含UPS)的供電維護時間。對于對外恢復電網即在機組自啟動后對電網進行充電。而水電站一般經長距離高壓線路接入系統，當電網發生大面積停電事故后，在黑啟動機組實施對電網充電過程中，存在的突出問題是對高壓輸電系統充電時，導致系統出現嚴重過電壓。為此如何對充電過程中的過電壓進行控制是水電站黑啟動中的另一個關鍵問題。
　　
　　下面結合實際探討水電站黑啟動實施的兩個主要任務。
　　
　　2.1　對內恢復廠用電
　　
　　電網全停事故后，具有黑啟動電源的水電廠(站)現場運行人員在直流電源消失前和確認設備正常后，遵循以下原則對內恢復廠用電：
　　
　　(1)運行人員應自行拉開所有220kV(110kV)出線開關；
　　
　　(2)自動或手動啟動機組至“空轉”，將勵磁裝置切至“逆變”狀態；
　　
　　(3)合上發電機開關，而后對10kV母線(或主變)快速另升；
　　
　　(4)恢復廠用400V電源。
　　
　　眾所周知，水電站自啟動要立足“快”字，這是決定后續電網黑啟動恢復的關鍵步驟。如2001-05-20伊朗電網停電事故發生后約16min電網就開始恢復送電。這得益于電網中個別機組甩負荷后成功實現帶廠用電運行，否則廠用電停電時間越長黑啟動恢復就越被動。
　　
　　2.2　對電網安全恢復的方法選用
　　
　　就具體某個電站而言，在黑啟動進程中，必須對空載或輕載長輸電線路充電。由于分布電容的存在，勢必產生大量無功，造成電網電壓抬高。如何選擇對外恢復電網的方法，應根據電站主接線的結構和設備來定，不能一概而論。
　　
　　從理論上講，對電網恢復一般有3種方法：①采用低電壓對電網安全恢復(以下簡稱低電壓恢復)；②采用全電壓對電網安全恢復；③采用另起升壓對電網安全恢復。
　　
　　不論何種方式投入，都將面臨過電壓的威脅。采用全電壓對電網安全恢復，充電恢復過程中的過電壓接近3倍相電壓，雖一般不會威脅絕緣，但會造成發電機過電壓保護和避雷器動作；采用另起升壓恢復，雖能很好控制過電壓倍數，但時間較長，操作緩慢；而采用低電壓恢復不僅可以彌補以上兩種方法的不足，而且可以避免損壞設備或避雷器動作而重復停電等異常。因此從安全和實踐角度考慮，為了控制恢復過程中過電壓的威脅，以低電壓恢復更為合理。
　　
　　3　低電壓恢復
　　
　　低電壓恢復是采用發電機運行在低電壓情況下，對供電區域內的系統進行充電。低電壓恢復要注意的兩個問題是：確定發電機實施充電的低電壓安全工作范圍；限制操作過程中的過電壓在合理的控制范圍內。
　　
　　如何確定發電機實施充電的低電壓安全工作范圍？鑒于電網系統過渡過程的復雜性，從被實施充電的組成系統角度出發，通過設計標準、繼電保護、電能質量三者對空載線路合閘控制過電壓的標準要求分析，得出恢復操作中過電壓可能出現的最大倍。 安全文化網 www.zltai.com