魯布革水電站（魯布革水力發(fā)電廠）隸屬于中國南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司，是南網(wǎng)總調(diào)直調(diào)電廠，魯布革電廠處于南方電網(wǎng)重要的電氣物理位置，研究該電廠的黑起動對于大電網(wǎng)的安全穩(wěn)定有著極為重要的意義，文章主要通過分析總結(jié)黑起動在水電廠合理科學(xué)的程序以及起動過程中的注意事項。

1 電廠概述

魯布革水電站（魯布革水力發(fā)電廠），隸屬于中國南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司調(diào)峰調(diào)頻發(fā)電公司，位于云南省羅平縣，負(fù)責(zé)運行管理位于云南省與貴州省交界的黃泥河上的魯布革水電站，是珠江上游南盤江左岸支流黃泥河上的最后一座梯級電站。

電站具有高堆石壩、高水頭、長引水隧道和全地下廠房等特點，電站總裝機容量60萬kW（4×150MW），年平均發(fā)電量27.5億kW·h。魯布革電站是我國在20世紀(jì)80年代初首次利用世界銀行貸款并實行國際招投標(biāo)，引進國外先進設(shè)備和技術(shù)建設(shè)的電站，被譽為中國水電基本建設(shè)工程對外開放的“窗口”。

2 關(guān)于黑起動簡述

大面積停電后的系統(tǒng)自恢復(fù)通俗地稱為黑起動。所謂黑起動，是指整個系統(tǒng)因故障停運后，系統(tǒng)全部停電(不排除孤立小電網(wǎng)仍維持運行)，處于全“黑”狀態(tài)，不依賴別的網(wǎng)絡(luò)幫助，通過系統(tǒng)中具有自起動能力的發(fā)電機組起動，帶動無自起動能力的發(fā)電機組，逐漸擴大系統(tǒng)恢復(fù)范圍，最終實現(xiàn)整個系統(tǒng)的恢復(fù)。

黑起動的關(guān)鍵是電源點的起動，水輪發(fā)電機組與火電、核電機組相比，具有輔助設(shè)備簡單、廠用電少，起動速度快等優(yōu)點，理所當(dāng)然成為黑起動電源的首選。

水電站的黑起動是指在無廠用交流電的情況下，僅僅利用電廠儲存的兩種能量——直流系統(tǒng)蓄電池儲存的電能量和液壓系統(tǒng)儲存的液壓能量，完成機組自起動，對內(nèi)恢復(fù)廠用電，對外配合電網(wǎng)調(diào)度恢復(fù)電網(wǎng)運行。機組具有黑起動功能不僅是電站在全廠失電情況下安全生產(chǎn)自救的必要措施，也是電網(wǎng)發(fā)展的需要。

在電網(wǎng)大面積停電后，采取電網(wǎng)黑起動措施，將大大減少電網(wǎng)停電時間，盡快恢復(fù)電網(wǎng)的正常運行。魯布革電廠作為南方電網(wǎng)重要的調(diào)峰調(diào)頻電廠以保證電網(wǎng)的安全穩(wěn)定為己任，為確保所屬機組在電網(wǎng)需要時“開得起、調(diào)得出、停得下”，因此研究該廠的黑起動有著重要意義。

3 魯布革水電廠主接線方式（如圖1）

魯布革電廠裝機60萬kW，單機15萬kW，四回220kV出線，其中魯馬Ⅰ、Ⅱ線與南方電網(wǎng)主網(wǎng)連接，魯羅Ⅰ、Ⅱ線與南方電網(wǎng)下屬云南電網(wǎng)相聯(lián)，該廠10kV廠用電共三段，Ⅰ、Ⅱ段分別于#4主變#2主變相聯(lián)，Ⅲ段由#5主變（聯(lián)變）低壓側(cè)聯(lián)接。

正常情況下，10kV廠用Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段廠用電分段運行，Ⅰ、Ⅱ段互為手動備用，Ⅲ段為Ⅰ、Ⅱ段的暗備用電源，具有單向自投功能，即Ⅲ段向Ⅰ段、Ⅲ段向Ⅱ段單向自投。

圖1 魯布革水力發(fā)電廠主接線圖

4 確保黑起動成功必須具備的條件

1）配備一臺柴油發(fā)電機組設(shè)備，該柴油發(fā)動機組主要參數(shù)如表1。

表1 柴油發(fā)動機組主要參數(shù)

2）接線方式及起動條件：系統(tǒng)400V開關(guān)編號說明：H001、H002、H003、H004、H005

如圖2，開關(guān)H001為柴油發(fā)電機本體開關(guān)；開關(guān)H002為黑起動電源配電盤（OBMA01盤）進線開關(guān)；開關(guān)H003為#2發(fā)電機組400V黑起動電源開關(guān)，接于#2機400V機組自用電A段；開關(guān)H004為#4發(fā)電機組400V黑起動電源開關(guān)，接于#4機400V機組自用電B段；開關(guān)H005為400V公用II段黑起動電源開關(guān)。

圖2 魯布革水力發(fā)電廠黑起動電源接線圖

3）蓄電池直流通信系統(tǒng)正常，檢查必要的直流系統(tǒng)正常，以確保系統(tǒng)安全起動。

4）由于黑起動系統(tǒng)提供的負(fù)荷有限．有必要將廠用電負(fù)載進行分類，以保證機組黑起動的順利。

一類，直流充電設(shè)備、廠房排水設(shè)備(地下廠房須考慮)等。

二類，涉及機組起動的必要設(shè)備，如冷卻水設(shè)備、潤滑設(shè)備、操作氣設(shè)備、操作油設(shè)備、閘門操作設(shè)備(應(yīng)急部分)、適當(dāng)?shù)恼彰髟O(shè)備等。

三類，通風(fēng)空調(diào)設(shè)備、部分照明設(shè)備、辦公生活用電等除一、二類的用電負(fù)載。

一類負(fù)載無論何時，都必須保證供電；二類負(fù)載要求在機組黑起動前必須保證供電；三類負(fù)載應(yīng)在機組黑起動成功后盡快恢復(fù)供電，以保證全廠的設(shè)備正常運行。。

5）柴油發(fā)電機系統(tǒng)正常，柴油機若不能正常運行則柴油發(fā)電機組故障的征兆和可能的原因見表2。

表2 柴油發(fā)電機組故障的征兆和可能的原因

表格說明：

• 1-蓄電池充電不足；
• 2-接頭松動/線路斷開；
• 3-主電源開關(guān)斷開；
• 4-接線盒中的熔斷器熔斷；
• 5- 起動開關(guān)鎖故障；
• 6-主繼電器故障；
• 7-起動馬達繼電器故障；
• 8-起動馬達/電磁線圈故障；
• 9-無燃油：a 燃油閥關(guān)閉，b 燃油箱無油或燃油箱油管接錯；
• 10-燃油濾清器/粗濾器堵塞（因污物或低溫下燃油中石蠟?zāi)Y(jié)）；
• 11-燃油系統(tǒng)中有空氣；
• 12-燃油中有水/污物；
• 13-噴油器故障；
• 14-發(fā)動機進氣空氣不足：a 空氣濾清器阻塞，b 增壓器和發(fā)動機進氣歧管間漏氣，c 渦輪增壓器的；壓氣機被阻塞，d 渦輪增壓器故障，e 發(fā)動機機房通風(fēng)不良；
• 15-冷卻液溫度過高；
• 16-冷卻液溫度偏低；
• 17-潤滑油油位偏低；
• 18-冷卻液液位太低；
• 19-冷卻液系統(tǒng)中有空氣；
• 20-循環(huán)泵故障；
• 21-節(jié)溫器故障；
• 22-中冷器堵塞；
• 23-潤滑油油位過高；
• 24-充電發(fā)電機傳動皮帶打滑；
• 25-發(fā)動機汽缸內(nèi)進水；
• 26-排氣系統(tǒng)內(nèi)背壓過高；
• 27-潤滑油溫度過高；
• 28-增壓空氣溫度過高。

6）從機組起動到并網(wǎng)時間正常為180s左右，響應(yīng)時間較快，能在事故初期快速起動支援大電網(wǎng)。通常在起動過程中采用自動起動方式起動機組。

7）機組主閥系統(tǒng)控制能源來自鋼管水壓，若出現(xiàn)事故情況可以快速手動關(guān)閉主閥。

8）準(zhǔn)備有正確的操作票，為了快速準(zhǔn)確的操作，必須有經(jīng)過審核的的操作票。

5 魯布革電廠黑起動恢復(fù)送電程序

當(dāng)220KV母線失壓時，當(dāng)值運行人員應(yīng)立即將設(shè)備情況報告值長，由值長先行指揮起動機組或柴油發(fā)電機恢復(fù)廠用電供電， 并立即報告調(diào)度、應(yīng)急搶險指揮部領(lǐng)導(dǎo)及生安部經(jīng)理。

應(yīng)急搶險指揮部總指揮下令起動《全廠對外停電應(yīng)急預(yù)案》，召集各工作小組進行應(yīng)急處置，確定應(yīng)急處置方案，組織各小組進行事故處理。

待廠用電恢復(fù)供電后，值長應(yīng)及時向調(diào)度匯報本廠運行方式，并與調(diào)度聯(lián)系恢復(fù)電網(wǎng)、電廠正常運行方式。以電網(wǎng)事故時用#4機作為系統(tǒng)黑起動電源為例，具體操作步驟如下：

1）當(dāng)事故情況下需要黑起動恢復(fù)電網(wǎng)時，應(yīng)向調(diào)度匯報事故情況，詢問電網(wǎng)事故情況，并根據(jù)保護和自動裝置動作情況、與調(diào)度聯(lián)系的結(jié)果以及事故發(fā)生時廠內(nèi)設(shè)備是否受到劇烈沖擊等情況，全面分析、判斷故障點確實在電網(wǎng)。

2）收到調(diào)度通知進入黑起動等待狀態(tài)。

3）選定#4機組為黑起動機組，值守長指揮操作人員對#4機機組自用電的正常供電開關(guān)441、442（441開關(guān)、442開關(guān)分別為#4機自用電A段、B段進線開關(guān)）進行隔離，將441、442開關(guān)搖至試驗位、并懸掛“禁止合閘，有人工作”標(biāo)示牌；

起動柴油發(fā)電機組，合上H004開關(guān)對#4機組自用電B段供電，合上443開關(guān)對#4機組自用電A段供電；

檢查204開關(guān)在斷開位、檢查001開關(guān)（001開關(guān)為10kV廠用Ⅰ段進線開關(guān)）在斷開位、解同期合上F04開關(guān)，檢查#4機具備自動開機條件，自動開啟#4機，機組升速至100%額定轉(zhuǎn)速檢查機組升速正常，手動投入勵磁，#4機變零起升壓，檢查升壓正常，解同期合204開關(guān)對母線充電正常。

進行對#5聯(lián)變由高壓側(cè)充電的操作，正常后恢復(fù)10kV 廠用Ⅲ段；合上10kV廠用Ⅰ段001開關(guān)對10kV廠用Ⅰ段充電正常。倒#4機組自用電為A、B段分段運行，停柴油機。

得到調(diào)度許可對110kV系統(tǒng)送電。整個過程需要加強監(jiān)視柴油機運行情況（溫度、燃油等）。

4）本恢復(fù)程序主要考慮廠用電，盡量在恢復(fù)過程中減少非必須負(fù)荷，比如技術(shù)供水泵等負(fù)荷，盡量在短時間內(nèi)以充裕的電能供給發(fā)電機起動必須負(fù)荷。

6 黑起動過程中應(yīng)當(dāng)注意的問題

1）在處理事故的同時，必須嚴(yán)密監(jiān)視運行設(shè)備情況；

2）在廠用系統(tǒng)恢復(fù)過程中，嚴(yán)防出現(xiàn)廠用電并列運行；

3）盡可能保證運行機組及事故停機機組安全；

4）10kV廠用電正常后，及時檢查公用400V系統(tǒng)供電正常；

5）廠用電全部消失時應(yīng)注意關(guān)閉各臺主變冷卻器進水閥，如公用系統(tǒng)恢復(fù)時間過長，又未及時關(guān)閉各主變冷卻水電動閥，造成主變冷卻水池?zé)o水，經(jīng)值班廠領(lǐng)導(dǎo)批準(zhǔn)，可退出5#變冷卻系統(tǒng)事故出口壓板，合上5#變高壓或中壓側(cè)開關(guān)對5#變充電正常，倒廠用電系統(tǒng)為聯(lián)絡(luò)運行，盡快恢復(fù)公用400V系統(tǒng)運行，起動主變冷卻水供水泵將主變冷卻水池恢復(fù)正常，再進行其他恢復(fù)工作；

6)機組因機械過速動作而停機，需對機組各部進行檢查，特別是機械部件、調(diào)速器系統(tǒng)及轉(zhuǎn)子等進行檢查；機組定、轉(zhuǎn)子過壓保護動作，重點對勵磁系統(tǒng)及發(fā)電機進行檢查；機組各部無異常后，需經(jīng)值班廠領(lǐng)導(dǎo)批準(zhǔn)才能開機，開機采用勵磁手動、零啟升壓方式。

7)手動開啟機組時要注意壓力油罐壓力不得低于最低操作油壓，必要時還可以手動補入高壓氣。

8)蓄電池組容量隨著使用時間增長而下降，達不到額定容量，可能影響黑起動，應(yīng)加強維護與檢驗，定期檢驗容量。

9)當(dāng)廠用電失壓時間過久時，為節(jié)約蓄電池的電能，可切除無關(guān)緊要的直流負(fù)荷，如部分事故照明電源等。

10)柴油發(fā)電機每兩星期要定期起動一次，檢驗柴油發(fā)電機性能的可靠性，確保其在機組黑起動不成功時能起動帶上廠用電負(fù)荷。

11)調(diào)度管轄的設(shè)備未經(jīng)調(diào)度值班員的許可不得擅自操作，防止造成事故擴大。

總之，水電廠的快速起動是決定后續(xù)電網(wǎng)黑起動恢復(fù)的關(guān)鍵步驟。否則廠用電停電時間越長，黑起動恢復(fù)就越被動。因為廠用電直流電源雖有蓄電池和UPS供電，但畢竟容量有限，可通過切除不重要的大動力負(fù)荷或事故照明來提高可靠性和節(jié)約直流電能。

在恢復(fù)時應(yīng)當(dāng)先恢復(fù)廠用交流供電，特別是重要負(fù)荷供電。如集水井排水泵、壓油泵、漏油泵、空壓機、泄洪閘門等重要動力電源。同時合理安排熟練人員進行恢復(fù)操作。在需要外界提供廠用交流電源時，交流電源送達之前，提前做好交流電源的受電和機組的開機準(zhǔn)備的其他工作。

7 結(jié)論

魯布革水電廠是西電東送的窗口電廠，魯布革電廠對于大電網(wǎng)快速恢復(fù)有著重要的電氣物理地位， 保證魯布革水力發(fā)電廠作為黑起動電源的可行性、可靠性，是為大電網(wǎng)的安全穩(wěn)定提供有力保障，是確保大電網(wǎng)系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、可靠運行有重要意義。

本文編自《電氣技術(shù)》，原文標(biāo)題為“魯布革水力發(fā)電廠的黑起動研究”，作者為鄒倫森。