天生桥一级水电站黑启动分析和方案编制

天生桥一级水电站黑启动分析和方案编制

〔摘 要〕 阐述了水电站黑启动与常规启动初始条件的差异，讨论了天生桥一级水电站黑启动方式的选择，通过对黑启动路径相关设备动力要求的分析，找出不具备启动条件的部位采取相应对策，介绍了黑启动的编制、危险点分析及试验和组织中相应的注意事项。

〔关键词〕 水电站；黑启动；危险点；方案编制；试验组织

美国8·14大停电事件对我国电力行业来说是一次震动，随后各地电力企业相继开展了一系列自查活动，重点检查了电站、变电站、系统应对突发事件的能力，尤其是预防系统崩溃和系统出现大事故后的快速恢复能力。

根据电网和上级公司的要求，天生桥一级水电站制订了新的黑启动方案并进行实战演练，将电站黑启动参数，如黑启动最短时间和最长时间、最大外送容量等报电网公司。

电站对原有黑启动方案进行了全面分析和推演，发现并修正了存在的问题，获得了黑启动的关键数据，同时大胆采用自动启动方式，极大地提高了黑启动的速度和安全性。

天生桥一级水电站下游7 km处是天生桥二级水电站，由于该电站库容小，装机容量大，一级电站机组快速启动对该电站黑启动有关键作用；加上天生桥地区是西电东送的关键结点，是多条500 kV线路的起点，也是天广直流的起点，而一级电站的机组容量大，进相能力强，一级电站机组的快速启动对电网快速恢复有极其重要的作用。

1 黑启动的分析

1.1 黑启动的相关定义

准确定义黑启动是制订黑启动方案的重要前提，黑启动的定义涉及：黑启动的初始条件，黑启动成功的标志。

(1) 黑启动的初始条件：对火力或核动力电站，由于机组辅助设备动力要求较高，黑启动必须依赖于外来或厂内应急动力电源，但对于水电站，机组辅助设备对动力要求没有那么严格，因此准确而言，凡依赖原动机驱动的交流动力电源启动厂内机组的都不能作为黑启动。由此水电站黑启动初始条件是：电站没有任何交流动力电源(包括

外来电源和经倒闸即可恢复的电源)，只依赖厂内蓄能设备提供的能源如：直流系统蓄电池、UPS装置、机组油压装置和气系统储气罐等剩余能量启动机组。

(2) 黑启动成功的标志：对电站必须具备不依赖外来动力电源，靠机组维持电站连续安全运行，能启动相邻机组，并能向外供电。

1.2 黑启动路径分析

一般来说，电站机组控制方式都能满足黑启动条件下手动开机的要求，但手动开机对操作人员要求高、启动操作时间长，且现在操作人员平时多采用自动开机，手动开机锻炼较少，在应急照明和巨大的心理压力下容易发生误操作。自动启动方式对电站来说速度快、安全性好，对操作人员要求不高，操作员在黑启动操作中不需要走出控制室，符合日常使用计算机操作的习惯，因此黑启动最好能采用自动启动方式。 对黑启动路径分析先按自动开机方式进行，根据黑启动的初始条件，逐一比对自动开机流程的路径，路径走不通的，并且是不可替代的关键路径，则设法列为启动条件之一；有替代路径的，则使用替代方式操作。机组自动开机过程中操作的部分设备及其电源和在开机流程中的作用见表1，该表较实际简化。

1.3 机组黑启动路径与初始条件校合

(1) 通过对自动开机方式黑启动的路径分析，得出机组启动的条件是：出口隔离开关必须在推上位置；机组技术供水必须手动投入或采用顶盖供水方式。但以上条件在正常情况下很难达成，因按原能源部有关规定：100 MW以上机组在停机后必须拉开机组出口隔离开关。该规定主要根据刘家峡经验得来，用以防止出口断路器误合闸导致发电机意外加电压。在天生桥一级电站，该措施有效防止了断路器误合导致的设备损坏事故，因此机组停机备用时出口隔离开关是断开的。

(2) 按黑启动的初始条件，机组动力电源消失，将没有操作隔离开关的电源，这也意味着备用机组不能参与黑启动，黑启动的机组必须是电网事故时正在运行的机组。按电站的容量和系统运行方式，电站任何时候都至少有1台机组在运行，电网事故时，机组可能被直流换流站切机，如果机组能保持空载运行，那么就可以迅速恢复厂用电，也没有黑启动的问题；当机组因过电压或过速进入停机过程，则应简化事故处理程序，只要保护不出现过速、过压以外的情况，则应立即复归事故信号，对机组进行快速检查，待机组停机流程结束后，立即启动机组开机空载。

(3) 黑启动机组在启动过程中，只能使用直流电源，因此凡是有交直流供电的设备，日常运行方式中都应投入直流方式运行，如励磁的起励方式应采用直流方式；逆变电源在交直流切换时逆变管容易过载烧损，则将直流逆变作为常用方式。

1.4 黑启动危险点分析

黑启动是一种特殊条件下的运行方式，与平常的运行方式差别极大，运行人员缺少相应运行经验，在紧急情况下，缺乏对危险因素的预见能力，因此必须在黑启动的预案中充分预计到可能的危险因素，并给予明确的提示。

(1) 交流电源消失时，部分电气装置的闭锁逻辑可能失效，导致运行人员在高度紧张情况下因考虑不周而发生误操作，如10 kV开关闭锁采用无压方式，在正常操作时不存在问题，但在事故情况下，可能导致厂用电误投使发电机意外加电压。应将操作路径上可能涉及的电气装置进行排查，检查在交流电源消失时，其功能、特性是否发生改变。

(2) 继电保护的运行方式方面，正常由系统对线路充电改为电站对线路充电。

(3) 人员运动路径不同，如正常使用电梯，而黑启动时必须步行。

(4) 通讯方面，在黑启动中，操作人员必须按检查设备的要求快速移动，常规的电话、广播等手段均不起作用，必须使用对讲机等移动通讯设备，且考虑通讯盲区和禁区问题。

(5) 黑启动时，电站只有事故照明可用，应考虑到应急照明对直流系统容量的影响等。

(6) 考虑到人员在高度紧张的条件下，一般习惯采用熟悉的方式进行操作，黑启动必须全面考虑电站可能的运行方式和运行人员的操作习惯是否有发生误操作的可能。

每个电厂必须根据电站的实际情况充分考虑各种可能的情况。

2 黑启动方案编制

对黑启动进行全面分析后，根据分析的结果，就可以着手编制相应的预案，预案一般分为定义、操作、要求、注意事项等部分，危险点提示可以在预案集中单列，也

可以在操作步骤中提示，主要取决于操作人员的习惯。对于黑启动对运行方式的要求，应在日常运行中就进行规定，以免在实际操作时被遗漏。

编制要求必须充分照顾运行人员在黑启动时高度紧张的心理状态，操作流程要符合日常操作习惯，避免过于复杂的操作路径；预案应避免过于全面，以免太复杂导致难以编写也难以阅读清楚。

黑启动方案还必须考虑到启动过程中系统环境发生的变化，如系统已经部分恢复时，电站完全可以使用系统电源进行启动，加快启动速度，因此黑启动方案必须包括在此情况下特殊的厂用电倒闸和运行方式，并充分考虑厂用电运行方式与机组启动的协调，并进行相应的路径分析和危险点分析。

由于方案编制时考虑情况都比较复杂，可操作性肯定受到影响，如果可能的话，应编制黑启动操作票，操作票按不同黑启动路径设置不同操作任务及操作步骤，操作票必须是一机一票，不能照抄典型票将设备编号空出。黑启动操作票应按危险点分析的结果，将可能发生异常的操作步骤在票中以显眼方式标出。操作票格式应与典型操作票或常规操作票有明显区别，必要时每份操作票都应与一份黑启动方案副本一起装订，放在值班人员易于取用的地方。

3 黑启动试验

3.1 试验要求

(1) 任何黑启动预案都要进行实际操作检验，以发现方案、人员、组织、环境、设备等是否存在考虑不周的地方，试验的首要目的不应该是确保预案演练成功，而是尽量发现问题。例如，天生桥一级水电站黑启动试验中就发现了数字式压力表使用交流电源，不适合黑启动操作监视的问题。

(2) 由于电站运行环境的限制，试验条件不可能非常完备，应本着一次检验有限条件和步骤，每次试验尽量只检验预案的部分内容，逐步改进。

(3) 组织试验时，必须考虑确保生产设备的安全运行，做好试验设备的隔离，尽量模拟黑启动的真实情况，主要检验预案是否符合现场实际。

3.2 黑启动环境模拟

(1) 黑启动环境模拟必须首先模拟黑启动的电气环境，即必须断开用于试验机组的交流动力电源，只保留直流电源和UPS电源。电气隔离措施做好后，应全面检查是否有威胁运行机组安全的情况，隔离是否到位。

(2) 对其他可以模拟的情况也尽量进行模拟，如调速器压油装置的剩余压力、关闭全厂照明等。

(3) 条件许可时，如黑启动方案经过检验已经比较成熟，可以安排一些其他的环境模拟，如调度环境的模拟等。

3.3 黑启动的试验组织

(1) 组织试验前，同样必须对试验进行分析，编制试验方案，组织参加试验的人员进行充分的讨论。试验组织一般分试验组、导演组和指挥组，试验组主要负责试验中的操作演练；导演组要负责演练的调度工作，并负责扮演电网调度员和邻近电站的值班人员，其试验脚本要单独编制；指挥组负责对演练的全面组织指挥，并监督演练

的安全。除调度模拟脚本外，试验方案应对参试操作人员公开，试验准备会上必须交代好安全注意事项，一般不主张搞突然袭击的演练方式。

(2) 试验组织必须注意通讯保障问题，要配备好对讲机，在对讲机盲区附近安排好指挥组中继传话人员，该人员一般不参与试验中操作人员的传话，主要预防演练中发生安全事件时协助传递信息。

(3) 指挥组除负责发出演练指令外，必须组织足够的人员对演练过程进行监督、观察，以便事后分析操作过程存在的问题。

3.4 试验总结

试验结束后，应立即召集参试人员进行总结、评价，及时汇总试验中各方情况，总结试验的经验，发现问题并提出整改意见。

试验总结会后，应及时编写试验总结报告，提出改进意见，并安排进行黑启动方案的修改，提出设备的整改建议。

4 结束语

黑启动预案对确保电站黑启动的成功，提高电站黑启动速度，有着重要的意义。制订黑启动方案应尽量利用设备潜力，能自动尽量用自动，考虑到操作时间、黑启动操作环境和操作员的心理压力，手动方式并不意味着安全。电站最早使用手动开机方式，在1 h演习时间结束后，竟没能完成手动开机程序；而使用自动开机方式，不到20 min机组就成功开机建压。

黑启动预案必须充分考虑操作人员的心理因

素，并照顾操作人员的操作习惯，日常则应注意训练操作人员培养良好而一致的习惯，避免因思维方式差别导致黑启动中误操作事件发生。

黑启动预案的日常演练非常重要，通过演练检验预案的可行性，发现设备存在的问题，对暴露的问题要及时整改。

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