（摘要）電網(wǎng)安全的意義非同一般，一旦發(fā)生全停電事故后，建立電網(wǎng)安全恢復(fù)供電的防線就更加重要。水電站是電網(wǎng)安全恢復(fù)首選的電網(wǎng)黑啟動電源。從控制系統(tǒng)過電壓的角度出發(fā)，對電網(wǎng)安全恢復(fù)操作過程中的過電壓控制范圍進(jìn)行分析，給出估算公式，以提高電網(wǎng)恢復(fù)供電的安全可靠性。
〔關(guān)鍵詞〕電網(wǎng)安全；黑啟動；低電壓恢復(fù)
在電網(wǎng)發(fā)生大面積或全網(wǎng)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(wǎng)安全恢復(fù)無從入手，不知所措，并由此造成國民經(jīng)濟(jì)的重大損失。水電站(包括抽水蓄能電站)的水輪發(fā)電機(jī)組是電網(wǎng)安全恢復(fù)首選的黑啟動電源，與火電、核電機(jī)組相比，水輪發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，沒有復(fù)雜的輔機(jī)系統(tǒng)，廠用電少，啟動速度快，是安全、理想、方便的電網(wǎng)安全恢復(fù)工具之一，筆者根據(jù)在電力系統(tǒng)穩(wěn)定分析的多年實踐，認(rèn)為電網(wǎng)安全恢復(fù)采用黑啟動低電壓恢復(fù)不僅速度快，而且安全可靠。
1 電網(wǎng)安全穩(wěn)定的要求
電力系統(tǒng)穩(wěn)定性定義包含3個內(nèi)容：不發(fā)生主系統(tǒng)的非同步運行；不發(fā)生頻率崩潰；不發(fā)生電壓崩潰。在原則上，首先應(yīng)當(dāng)盡一切可能防止主系統(tǒng)出現(xiàn)穩(wěn)定破壞事故。對于主系統(tǒng)的穩(wěn)定破壞，如果處理不當(dāng)或者因繼電保護(hù)等不正確動作，都可能導(dǎo)致系統(tǒng)大面積長期停電的事故，因此，考慮電力系統(tǒng)可能出現(xiàn)的最壞情況，從最壞處著眼，建立應(yīng)對電網(wǎng)失去穩(wěn)定性的措施，確實是保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的最后一道防線。 把安全工程師站點加入收藏夾
黑啟動的實質(zhì)是指在電網(wǎng)發(fā)生大面積或全網(wǎng)停電的情況下，電網(wǎng)利用內(nèi)部部分發(fā)電機(jī)組(即電源)自身或外來的動力資源使發(fā)電機(jī)組啟動達(dá)到額定轉(zhuǎn)速并建立正常電壓，有步驟地對電網(wǎng)進(jìn)行充電，恢復(fù)電網(wǎng)運行和用戶供電。
目前，電力系統(tǒng)的黑啟動主要分為電網(wǎng)黑啟動和水電站黑啟動兩個層面。
1.1 電網(wǎng)黑啟動
電網(wǎng)黑啟動是指系統(tǒng)全部停電后(不排除獨立小電網(wǎng)仍維持運行)，迅速恢復(fù)電網(wǎng)供電的方式。電網(wǎng)恢復(fù)的基本方法有串行恢復(fù)和并行恢復(fù)兩種。
(1)串行恢復(fù)
串行恢復(fù)是在大多數(shù)發(fā)電機(jī)并網(wǎng)前對整個(或局部)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行充電。在電網(wǎng)局部和子系統(tǒng)恢復(fù)時常被電網(wǎng)所采用。
串行恢復(fù)存在的主要問題是：高壓輸電系統(tǒng)充電時系統(tǒng)產(chǎn)生的無功常常超出實施充電的發(fā)電機(jī)的無功吸收能力，可能導(dǎo)致系統(tǒng)端出現(xiàn)過電壓。
(2)并行恢復(fù)
并行恢復(fù)是將系統(tǒng)分成幾個子系統(tǒng)同時恢復(fù)，各子系統(tǒng)同步后進(jìn)行同期并列將整個網(wǎng)絡(luò)連接起來。在系統(tǒng)全黑情況下或沒有任何外部互聯(lián)情況時，因子系統(tǒng)同步恢復(fù)能顯著縮短恢復(fù)時間，因而此方案通常被全電網(wǎng)所采用。
1.2 水電站黑啟動
水電站黑啟動是指機(jī)組在無400V廠用電情況下，依DC220V電源迅速完成機(jī)組自啟動，對內(nèi)恢復(fù)廠用電，并配合調(diào)度對電網(wǎng)安全恢復(fù)。
水電站黑啟動的基本任務(wù)為：對內(nèi)恢復(fù)廠用電；對電網(wǎng)安全恢復(fù)，即用機(jī)組自啟動后并對電網(wǎng)進(jìn)行充電。
2 水電站黑啟動的分析
對于對內(nèi)恢復(fù)廠用電，水電站能否自啟動的關(guān)鍵是開機(jī)操作時導(dǎo)水機(jī)構(gòu)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(hù)時間。對于對外恢復(fù)電網(wǎng)即在機(jī)組自啟動后對電網(wǎng)進(jìn)行充電。而水電站一般經(jīng)長距離高壓線路接入系統(tǒng)，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生大面積停電事故后，在黑啟動機(jī)組實施對電網(wǎng)充電過程中，存在的突出問題是對高壓輸電系統(tǒng)充電時，導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)嚴(yán)重過電壓。為此如何對充電過程中的過電壓進(jìn)行控制是水電站黑啟動中的另一個關(guān)鍵問題。
下面結(jié)合實際探討水電站黑啟動實施的兩個主要任務(wù)。
2.1 對內(nèi)恢復(fù)廠用電
電網(wǎng)全停事故后，具有黑啟動電源的水電廠(站)現(xiàn)場運行人員在直流電源消失前和確認(rèn)設(shè)備正常后，遵循以下原則對內(nèi)恢復(fù)廠用電：
(1)運行人員應(yīng)自行拉開所有220kV(110kV)出線開關(guān)；
(2)自動或手動啟動機(jī)組至“空轉(zhuǎn)”，將勵磁裝置切至“逆變”狀態(tài)；
(3)合上發(fā)電機(jī)開關(guān)，而后對10kV母線(或主變)快速另升；
(4)恢復(fù)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(xù)電網(wǎng)黑啟動恢復(fù)的關(guān)鍵步驟。如2001-05-20伊朗電網(wǎng)停電事故發(fā)生后約16min電網(wǎng)就開始恢復(fù)送電。這得益于電網(wǎng)中個別機(jī)組甩負(fù)荷后成功實現(xiàn)帶廠用電運行，否則廠用電停電時間越長黑啟動恢復(fù)就越被動。
2.2 對電網(wǎng)安全恢復(fù)的方法選用
就具體某個電站而言，在黑啟動進(jìn)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(chǎn)生大量無功，造成電網(wǎng)電壓抬高。如何選擇對外恢復(fù)電網(wǎng)的方法，應(yīng)根據(jù)電站主接線的結(jié)構(gòu)和設(shè)備來定，不能一概而論。
從理論上講，對電網(wǎng)恢復(fù)一般有3種方法：①采用低電壓對電網(wǎng)安全恢復(fù)(以下簡稱低電壓恢復(fù))；②采用全電壓對電網(wǎng)安全恢復(fù)；③采用另起升壓對電網(wǎng)安全恢復(fù)。
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(wǎng)安全恢復(fù)，充電恢復(fù)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(fā)電機(jī)過電壓保護(hù)和避雷器動作；采用另起升壓恢復(fù)，雖能很好控制過電壓倍數(shù)，但時間較長，操作緩慢；而采用低電壓恢復(fù)不僅可以彌補以上兩種方法的不足，而且可以避免損壞設(shè)備或避雷器動作而重復(fù)停電等異常。因此從安全和實踐角度考慮，為了控制恢復(fù)過程中過電壓的威脅，以低電壓恢復(fù)更為合理。
3 低電壓恢復(fù)
低電壓恢復(fù)是采用發(fā)電機(jī)運行在低電壓情況下，對供電區(qū)域內(nèi)的系統(tǒng)進(jìn)行充電。低電壓恢復(fù)要注意的兩個問題是：確定發(fā)電機(jī)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(nèi)。
如何確定發(fā)電機(jī)實施充電的低電壓安全工作范圍？鑒于電網(wǎng)系統(tǒng)過渡過程的復(fù)雜性，從被實施充電的組成系統(tǒng)角度出發(fā)，通過設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、繼電保護(hù)、電能質(zhì)量三者對空載線路合閘控制過電壓的標(biāo)準(zhǔn)要求分析，得出恢復(fù)操作中過電壓可能出現(xiàn)的最大倍。
