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【摘 要】从技术、运行等方面分析并提出了水电厂在全网大面积停电情况下如何进行黑启动及黑启动过程中的重点和难点。
【关键词】水电厂；全厂停电；黑启动
1、引言
电力生产的特点是生产、输送、使用同时完成并不断处于平衡状态，其中任何一个部分发生故障，都会带来一系列连锁反应，重则将致使生产设备严重损坏及电网大范围停电，更可能造成电网瓦解的灾难性后果。对于发电企业来说，全厂（站）停电事故是最为恶略、严重的，故预防发电厂全厂（站）停电事故是发电企业的首要任务之一。
2、电网大范围或全厂停电的危害
在发生电网大范围或电厂全厂停电事故时，若从未指定相关措施，必将使系统恢复正常的时间大为增长，甚至在恢复系统时无从入手，带来的后果必将是造成国民经济的重大损失。
2.1定义。常见的造成电力系统大面积停电的因素：发生主系统的非同步运行；发生频率崩溃；发生电压崩溃等。在原则上，首先应当尽一切可能防止主系统出现事故扩大化。对于主系统的稳定的破坏，如果处理不当或者因继电保护等不正确动作，都可能导致系统大面积长期停电的事故，再加上近年来电力设备智能化水平和电力技术的不断提高，发生电网大面积停电的概率减小，当发生大面积停电时的措施，往往会被一些基层管理者和技术人员所忽视，因此，考虑电力系统可能出现的最坏情况，从最坏处着眼，建立应对电网大面积停电的技术措施，也是保证电力系统和国民经济的最后一道防线。
2.1.1黑启动的概念。电网在大范围失电后采取措施自恢复的过程被称为“黑启动”。“黑启动”是指整个系统因故障停运后，系统全部停电（包括事故后小电网孤立运行）不依赖其他电力网络，通过系统中具备自启动能力的发电机组启动后带动其他机组正常运行，之后逐步恢复直至全系统正常。黑启动电源点的选择是成功黑启动的首要条件，水轮发电机组与其他形式机组相比较，因其具有启动时间短、技术要求低、參与人员少、设备配置及操作简单而成为黑启动电源点的首选。水电厂的黑启动是指在无厂用电的情况下，仅仅利用现有设备及能量（油压及直流电源），完成机组启动，恢复厂内设备，同时作为电源点逐步恢复电网正常运行。现今，我国电力系统的黑启动形式主要有：水电站和电网两个层面。本篇文章主要阐述水电厂黑启动遇到的问题。
3、水电厂黑启动的关键方面
3.1水轮机的调速系统。水电厂黑启动的成功与否主要是在失去厂用电时是否能满足一次开机过程中必须的操作压力（油、风）。其水轮机导叶操作及控制系统的压力，需满足机组在运行中可能发生的最不利运行情况，包括开机过程导叶开关、机组事故、过转速等等。在满足压力要求的同时也需注意油、气比例的协调，防止调速系统进气，导致操作失败。
3.2发电机的励磁系统。在黑启动时由于发电机组励磁系统地特性，为保证机组顺利建压，一般考虑励磁系统在手动运行，同时应注意，在失去厂用电时，励磁功率柜所带风机不能投入，所以应监视功率柜温度。发现异常及时处理。
3.3厂用机组辅助设备。为了黑启动能成功进行，对于辅助设备包括：供、排水系统，机组温度及工况的在线监测系统，都应考虑厂用电消失后正常运行的技术要求。同时在要求，至少有一台机组工作闸门在提，需要时可立即开机。
3.4直流系统及通讯联络系统。直流系统是黑启动时电源依靠，是励磁、保护、监控、自动装置正常工作的先决条件，直流系统应考虑能够给黑启动时提供足够长时间的电源支持。保障畅通的通讯联络也是黑启动成功的条件之一，对外通讯应至少有2种以上的方式，并定期试验维护。
3.5水电厂一般黑启动步骤。水电厂的黑启动要完成2个任务：对内要恢复厂用电，对外要配合调度恢复电网运行。机组开机有手动和自动2种方式，但在黑启动时，由于没有交流电，自动开机的某些条件可能不能满足，故多采用手动开机方式。对内恢复厂用电的主要步骤：
3.5.1检查确认机组符合黑启动的条件。检查黑启动的机组压油回路有足够的油压，压油装置油位能够满足黑启动的要求，检查启动的机组主阀在全开状态，机组的开机回路完好。
3.5.2检查确认机组与事故系统隔离。在黑启动过程中确认机组与事故系统已隔离，保证黑启动顺利进行的前提条件，若未隔离或隔离不完善会导致黑启动失败，甚至会扩大事故范围。
3.5.3黑启动的机组投入冷却系统。保证机组黑启动过程中各轴承各轴瓦的温度要正常，并要加强监视，避免机组再次故障或事故，保证机组顺利启动。
3.5.4将导叶开至空载开度，监视转速达到额定转速。当机组转速上升过程中，要注意监视机组的压油系统压力正常，监视机组各部运行的工况情况是否正常。
3.5.5投入励磁系统，监视发电机机端电压正常。监视发电机定子、转子各参数正常，励磁系统工作正常，如发现异常，应及时中止操作。
3.5.6投入厂用变压器，恢复厂用电系统。恢复厂内设备时，应优先考虑为机组黑启动较为重要的负荷及电源送电，以尽量少操作为前提，简化黑启动过程，避免发生人员误操作。
3.5.7对外恢复电网供电：可采用全电压充电、低电压充电和零起升压3种方式，具体方式由电网恢复方式而定。
在对外恢复电网供电时，应与调度人员积极配合，依据调度命令，全面考虑电网上的薄弱环节及危险点，避免影响电网的运行。
4、存在的常见问题
由于各电力生产企业的具体情况并不相同，如系统的主接线方式、投入的生产设备以及设备的自动化程度、生产人员应对突发事件及事故紧急处理能力等因素不同在对黑启动过程中也不尽相同。主要有以下几点：
4.1设备多样化，黑启动方式选择多样。黑启动方案选择根据厂内设备不同，需考虑成本与运行可靠性相结合，选择较为安全经济的方式。也可同时指定多种方案，根据当时事故情况选择最优。如利用如直流蓄电池、柴油发电机、外来电源等。
4.2机组健康程度不同，选择方式多样。考虑以健康状况良好的机组作为黑启动机组，减小因机组本身缺陷导致黑启动失败的情况发生。
4.3水电厂主接线及运行方式不同。已最为迅速处理事故的方式考虑，当同时应兼顾不能将事故扩大化。在水电厂内部黑启动时不得影响电网安全。
4.4在事故处理中，人员的素质在一定程度上起决定作用。不同人有不同处理思路，操作人员的业务水平也决定了黑启动是否能够顺利及时的完成，操作人员能力不够过硬，很可能在黑启动过程中发生误操作，组织措施混乱，同时也会造成黑启动时事倍功半，这些都会造成事故扩大，所以应增加对黑启动的实战演习，开展有针对性的操作能力培训，组织调度的演练，以提高水电站黑启动的处理能力。
各个水电厂的黑启动工作要在注重设备实际、把握实质、灵活应用有限设备、认真应对的基础上，根据具体情况制定各自恢复方案，利用自身优势，通过进一步对电网安全恢复的探索和实践，提高水电站黑启动实际快速响应能力。作为应对电网失去稳定性的措施，保证电力系统安全稳定运行，水电站的准确、快速黑启动对电网恢复供电具有深远的意义。
【关键词】水电厂；全厂停电；黑启动
1、引言
电力生产的特点是生产、输送、使用同时完成并不断处于平衡状态，其中任何一个部分发生故障，都会带来一系列连锁反应，重则将致使生产设备严重损坏及电网大范围停电，更可能造成电网瓦解的灾难性后果。对于发电企业来说，全厂（站）停电事故是最为恶略、严重的，故预防发电厂全厂（站）停电事故是发电企业的首要任务之一。
2、电网大范围或全厂停电的危害
在发生电网大范围或电厂全厂停电事故时，若从未指定相关措施，必将使系统恢复正常的时间大为增长，甚至在恢复系统时无从入手，带来的后果必将是造成国民经济的重大损失。
2.1定义。常见的造成电力系统大面积停电的因素：发生主系统的非同步运行；发生频率崩溃；发生电压崩溃等。在原则上，首先应当尽一切可能防止主系统出现事故扩大化。对于主系统的稳定的破坏，如果处理不当或者因继电保护等不正确动作，都可能导致系统大面积长期停电的事故，再加上近年来电力设备智能化水平和电力技术的不断提高，发生电网大面积停电的概率减小，当发生大面积停电时的措施，往往会被一些基层管理者和技术人员所忽视，因此，考虑电力系统可能出现的最坏情况，从最坏处着眼，建立应对电网大面积停电的技术措施，也是保证电力系统和国民经济的最后一道防线。
2.1.1黑启动的概念。电网在大范围失电后采取措施自恢复的过程被称为“黑启动”。“黑启动”是指整个系统因故障停运后，系统全部停电（包括事故后小电网孤立运行）不依赖其他电力网络，通过系统中具备自启动能力的发电机组启动后带动其他机组正常运行，之后逐步恢复直至全系统正常。黑启动电源点的选择是成功黑启动的首要条件，水轮发电机组与其他形式机组相比较，因其具有启动时间短、技术要求低、參与人员少、设备配置及操作简单而成为黑启动电源点的首选。水电厂的黑启动是指在无厂用电的情况下，仅仅利用现有设备及能量（油压及直流电源），完成机组启动，恢复厂内设备，同时作为电源点逐步恢复电网正常运行。现今，我国电力系统的黑启动形式主要有：水电站和电网两个层面。本篇文章主要阐述水电厂黑启动遇到的问题。
3、水电厂黑启动的关键方面
3.1水轮机的调速系统。水电厂黑启动的成功与否主要是在失去厂用电时是否能满足一次开机过程中必须的操作压力（油、风）。其水轮机导叶操作及控制系统的压力，需满足机组在运行中可能发生的最不利运行情况，包括开机过程导叶开关、机组事故、过转速等等。在满足压力要求的同时也需注意油、气比例的协调，防止调速系统进气，导致操作失败。
3.2发电机的励磁系统。在黑启动时由于发电机组励磁系统地特性，为保证机组顺利建压，一般考虑励磁系统在手动运行，同时应注意，在失去厂用电时，励磁功率柜所带风机不能投入，所以应监视功率柜温度。发现异常及时处理。
3.3厂用机组辅助设备。为了黑启动能成功进行，对于辅助设备包括：供、排水系统，机组温度及工况的在线监测系统，都应考虑厂用电消失后正常运行的技术要求。同时在要求，至少有一台机组工作闸门在提，需要时可立即开机。
3.4直流系统及通讯联络系统。直流系统是黑启动时电源依靠，是励磁、保护、监控、自动装置正常工作的先决条件，直流系统应考虑能够给黑启动时提供足够长时间的电源支持。保障畅通的通讯联络也是黑启动成功的条件之一，对外通讯应至少有2种以上的方式，并定期试验维护。
3.5水电厂一般黑启动步骤。水电厂的黑启动要完成2个任务：对内要恢复厂用电，对外要配合调度恢复电网运行。机组开机有手动和自动2种方式，但在黑启动时，由于没有交流电，自动开机的某些条件可能不能满足，故多采用手动开机方式。对内恢复厂用电的主要步骤：
3.5.1检查确认机组符合黑启动的条件。检查黑启动的机组压油回路有足够的油压，压油装置油位能够满足黑启动的要求，检查启动的机组主阀在全开状态，机组的开机回路完好。
3.5.2检查确认机组与事故系统隔离。在黑启动过程中确认机组与事故系统已隔离，保证黑启动顺利进行的前提条件，若未隔离或隔离不完善会导致黑启动失败，甚至会扩大事故范围。
3.5.3黑启动的机组投入冷却系统。保证机组黑启动过程中各轴承各轴瓦的温度要正常，并要加强监视，避免机组再次故障或事故，保证机组顺利启动。
3.5.4将导叶开至空载开度，监视转速达到额定转速。当机组转速上升过程中，要注意监视机组的压油系统压力正常，监视机组各部运行的工况情况是否正常。
3.5.5投入励磁系统，监视发电机机端电压正常。监视发电机定子、转子各参数正常，励磁系统工作正常，如发现异常，应及时中止操作。
3.5.6投入厂用变压器，恢复厂用电系统。恢复厂内设备时，应优先考虑为机组黑启动较为重要的负荷及电源送电，以尽量少操作为前提，简化黑启动过程，避免发生人员误操作。
3.5.7对外恢复电网供电：可采用全电压充电、低电压充电和零起升压3种方式，具体方式由电网恢复方式而定。
在对外恢复电网供电时，应与调度人员积极配合，依据调度命令，全面考虑电网上的薄弱环节及危险点，避免影响电网的运行。
4、存在的常见问题
由于各电力生产企业的具体情况并不相同，如系统的主接线方式、投入的生产设备以及设备的自动化程度、生产人员应对突发事件及事故紧急处理能力等因素不同在对黑启动过程中也不尽相同。主要有以下几点：
4.1设备多样化，黑启动方式选择多样。黑启动方案选择根据厂内设备不同，需考虑成本与运行可靠性相结合，选择较为安全经济的方式。也可同时指定多种方案，根据当时事故情况选择最优。如利用如直流蓄电池、柴油发电机、外来电源等。
4.2机组健康程度不同，选择方式多样。考虑以健康状况良好的机组作为黑启动机组，减小因机组本身缺陷导致黑启动失败的情况发生。
4.3水电厂主接线及运行方式不同。已最为迅速处理事故的方式考虑，当同时应兼顾不能将事故扩大化。在水电厂内部黑启动时不得影响电网安全。
4.4在事故处理中，人员的素质在一定程度上起决定作用。不同人有不同处理思路，操作人员的业务水平也决定了黑启动是否能够顺利及时的完成，操作人员能力不够过硬，很可能在黑启动过程中发生误操作，组织措施混乱，同时也会造成黑启动时事倍功半，这些都会造成事故扩大，所以应增加对黑启动的实战演习，开展有针对性的操作能力培训，组织调度的演练，以提高水电站黑启动的处理能力。
各个水电厂的黑启动工作要在注重设备实际、把握实质、灵活应用有限设备、认真应对的基础上，根据具体情况制定各自恢复方案，利用自身优势，通过进一步对电网安全恢复的探索和实践，提高水电站黑启动实际快速响应能力。作为应对电网失去稳定性的措施，保证电力系统安全稳定运行，水电站的准确、快速黑启动对电网恢复供电具有深远的意义。