董天刚，金 橹，钟东恒，马玉博

（1.广东粤电流溪河发电有限责任公司，广东 广州 510900；2.山东沂蒙抽水蓄能有限公司，山东 沂蒙 276000；3.华润电力豫北新能源公司，河南 新乡 453004）

1 概述

广东粤电流溪河发电有限责任公司位于珠江三角洲水系、流溪河上游、广州市从化区境内。是一个以发电为主，兼顾防洪、灌溉等综合利用的中型水利枢纽工程。流溪河现有4台1.2万kW水轮发电机组，装机容量48 MW。

电网的黑启动是电网大面积停电后，不依赖其他类型网络的帮助，通过电网系统中具备自启动能力发电机组的自动启动，带动电网内部无自启动能力的发电机组启动起来发电，逐渐扩大为电网系统恢复供电范围，最终实现整个电网系统供电恢复。

2 试验机组参数

试验机组参数包括水轮机主要参数、发电机主要参数、调速系统主要参数、应急柴油发电机主要参数、主变主要参数、机组公用直流系统蓄电池参数、机组公用直流系统事故放电时间。

3 试验内容及目的

依据相关技术标准、规定和发电公司与电网调度机构签订的黑启动技术协议，对流溪河发电公司参与黑启动的1 号水轮发电机组备用电源、黑启动时间、调节参数、辅助设备等各个方面进行测试，验证1 号水轮发电机组的黑启动能力，从而保证该机组在发生电网系统瓦解全黑事故的情况下能够快速、安全的自动启动，在保证水电站厂房、大坝、机组和相关设备安全的前提下，有序恢复对电网的送电。水轮发电机组主要试验目的为：测试发电公司的黑启动相关备用电源和辅助设备的性能以及可靠性[1]；测试黑启动所需电气和机械设备、保护及自动化装置能否满足黑启动要求；测试机组黑启动流程是否合理，通过机组实际黑启动相关情况进一步完善和优化黑启动流程[2]；测试机组黑启动时间是否满足所签订的黑启动技术协议要求，能否达到初始可控的状态；测试机组黑启动相关特征参数，检验机组的调速器、励磁系统在小电网系统（孤岛）中的运行稳定性，即频率50±0.2 Hz、110 kV 母线电压在母线电压额定值0%~+7%的指标范围内，满足要求。

4 试验

4.1 试验准备

4.1.1 人员准备

（1）组织机构：试验总指挥、试验现场调度、项目负责人、试验技术负责人、试验工作人员、当值运行人员。

（2）职责

1）试验指挥负责试验方案组织审核，负责试验过程指挥调度工作等。

2）项目负责人负责试验联系、现场环境检查，按规定填写工作票和报批工作票。

3）试验技术负责人负责组织编写试验方案、报告[2]。

4）试验现场调度人员负责备用电源的投入与切换，黑启动流程中相关逻辑检查、运行操作人员检查、数据记录及打印等协调调度工作。

5）运行人员负责试验相关系统的操作。

6）其他试验过程安全、通信等方面负责现场安全、通信等工作。

（3）人员资格

1）试验技术负责人：工作作风严谨，熟悉试验机组黑启动流程及逻辑，对黑启动试验的目的、方法、过程控制及质量目标有深刻理解。

2）一般工作人员：熟悉试验机组黑启动逻辑，了解黑启动试验的目的、方法、过程控制及质量目标，能协助试验技术负责人完成各项工作；熟悉黑启动过程及运行规程的正确操作。

4.1.2 试验仪器准备

测试所用设备见表1。

表1 黑启动试验相关测试设备

4.1.3 试验条件准备

（1）试验方案需通过流溪河发电公司、广州调度审核批准，报广州电网调度部门备案；

（2）柴油发电机及备用直流电源已进行启动试验，具备正常运行条件且实际技术参数满足黑启动的相关要求；

（3）调速器的压油装置油位和油压满足黑启动条件；

（4）励磁系统及监控系统直流电源供电正常；

（5）集水井水位在黑启动期间可保持在报警值以下；

（6）主机（水轮机、发电机）保护正常投入；

（7）机组带110 kV 流吕线（吕田站）线路保护正常投入。

4.2 机组黑启动技术要求

根据《广州电网黑启动方案》（以下简称“技术方案”）中规定：

当发电公司的母线（与电网系统连接的母线，本厂为110 kV 单母线）失压时，运行人员应不待调度下令，迅速断开该母线上所有开关，然后联系调度，证实系统已经全停并按调度的指令执行本厂的黑启动技术方案，及时启动厂房柴油发电机保安电源，尽快恢复厂房主要负荷，然后及时有序启动黑启动机组，做好向出线流吕线送电的准备工作，并向广州调度汇报本厂已进入初始可控状态。

流溪河发电公司启动后，增加负荷之前必须调整独立网的频率在50±0.2 Hz 范围内，220 kV变电站的220 kV、110 kV、35 kV 母线电压在额定值-3%~+7% 范围内，110 kV 变电站的110 kV、35 kV 以及发发电公司低压侧母线电压在额定值的0%~+7%范围内。方可进行后续操作。

4.3 试验及准备工作

4.3.1 发电机组

黑启动开机至轴承油冷却器系统恢复运行过程中，设专人监视并记录轴承温度变化，温度不应超过报警值。

4.3.2 水轮机调速系统

调速系统是发电机组正常开机及安全停机的重要保障，黑启动过程中如备用电源或线路发生故障，在无厂用电的极端情况下，调速压力油控制系统应能保证在无工作油泵电源时开机至空载，在低油压情况下可触发紧急停机。因此需对压油系统的事故低油压值、甩负荷过程及开机至空载过程油压及油位变化值进行事先率定，保证黑启动试验可安全可靠进行。

（1）调速系统控制电源确定是采用交直流供电。

（2）测试调速系统在机组黑启动工况或频率波动超过一定范围时，是否能自动切换到转速/频率控制模式。

（3）机组事故低油压值率定。

1）试验条件

①1 号机退出备用，2 号机退出备用；

②1 号机501 开关在“试验”位置；

③2 号机502 开关在“试验”位置；

④1 号机主阀关闭，主阀锁定落下；

⑤2 号机主阀关闭，主阀锁定落下；

⑥2 号机水车锁定落下；

⑦1号机调速器柜接线：断开调速器柜PT信号，由试验仪器送出模拟机频信号至调速器柜。

2）试验步骤

①1 号机调速器柜PT 信号断开（绝缘胶布封裹），由试验仪器送出模拟机频信号至调速器柜；

②由试验仪器发出50 Hz 模拟机频，模拟1 号机组开机至空载状态；

③1 号机501 开关试验位置合，调速器进入发电态；

④手动控制导叶，开至机组带负荷正常运行开；

⑤断开甲压油装置1 号油泵、2 号油泵电源；

⑥打开排气阀排放甲压油装置压力，直至达到机组事故低油压保护动作值；

⑦记录甲压油装置事故低油压保护动作时油压及油位；

⑧记录1 号机组导叶全关后油压及油位；

⑨恢复甲压油装置1 号油泵、2 号油泵电源，压力油罐打油至正常值；

⑩恢复1 号机组调速器接线。

3）试验注意事项

①试验前确认1 号机组、2 号机组主阀已关闭；

②试验前确认1 号机组、2 号机组压力钢管无水压；

③试验前确认水车室无人作业；

④设专人记录油压及油位；

⑤设专人监护油泵，压油罐低于最低操作油压时，及时启动油泵补油。

（4）压油装置在正常工作压力下限开关导叶能力测试

1）1 号机组退出备用状态；

2）1 号机501 开关在“试验”位置；

3）1 号机组蜗壳进水阀门（或闸门）关闭，锁定投入；

4）断开主、备用压油泵的电源；

5）手动调整甲压油装置压油罐压力至正常工作压力下限（2.25 MPa）；

6）手动控制1 号机导叶全开、全关，测试3 次导叶接力器行程的甲压油装置耗油耗压情况；

7）记录开关1 号机导叶甲压油装置油压和油位的下降情况；

8）填写开关1 号机过程甲压油装置油压和油位记录表。

4.3.3 机组技术供水试验

发电公司机组冷却水取自蜗壳，经减压阀减压后直接供给机组，各项操作均可手动进行，因此在机组黑启动试验中可以不考虑技术供水电源问题，只需根据黑启动步骤进行，在黑启动开始时手动操作开启技术供水阀。

4.3.4 厂房集水井水位上升试验

切除集水井排水泵，测试1 号机组启动运行过程中集水井水位上升速率，确保黑启动期间，如出现备用电源故障导致集水井排水泵无法启动的极端情况，机组可在集水井水位到达报警值前恢复厂用电，以避免造成水淹厂房的事故。

（1）试验条件：机组按发电计划正常开机发电，无需额外措施。

（2）试验步骤

1）断开厂房集水井1 号排水泵，2 号排水泵电源，切除厂房集水井射流泵；

2）断开阀室集水井1 号排水泵，2 号排水泵电源，切除阀室集水井射流泵；

3）记录全厂负荷；

4）记录30 min 后厂房及阀室集水井水位上升情况；

5）投入厂房及阀室集水井射流泵；

6）记录30 min 后厂房及阀室集水井水位上升情况；

7）恢复厂房集水井1 号排水泵，2 号排水泵电源；

8）恢复阀室集水井1 号排水泵，2 号排水泵电源；

9）查监控历史数据，记录厂房及阀室排水泵启泵水位，停泵水位，平均启泵时间。集水井水位上升速率和非电源射流泵排水能力。

4.3.5 励磁系统

（1）确认励磁系统是否具备残压或直流起励的能力。

（2）确定励磁系统控制电源是否采用交直流供电配置。

（3）黑启动过程中，设专人监视并记录励磁系统各部分温度变化，各部分极限温度不应超过相关标准要求。

4.3.6 继电保护及二次回路

（1）确定厂用电工作电源及备用电源失电时，继电保护装置及二次控制回路。

（2）确定发电机出口断路器控制回路是否具备断路器两端无电压合闸功能。

4.3.7 计算机监控系统

（1）确认厂用电工作电源和备用电源同时消失时,与黑启动流程相关的采集和控制设备能否能正常的工作，和黑启动控制相关的通信畅通。

（2）确定不间断电源设备带正常运行负载时，断开交流主用输入电源，是否自动切换至直流电源供电，负载设备是否运行正常，供电时间是否满足黑启动用时要求；恢复交流主用输入电源时，是否可自动切换至交流主路电源供电，负载设备是否运行正常。

4.3.8 直流系统

（1）蓄电池组充放电试验

按照DL/T 724 标准的要求进行蓄电池容量核对性充放电试验，蓄电池容量应不低于额定容量的80%。若发电公司有定期充放电试验的报告，可予以采用，不再重复此试验。

（2）蓄电池组供电时长测试

在黑启动试验前，需核对在失去厂用电时，发电公司计算机监控系统、调速系统、事故照明系统的工作情况，计算发电公司直流系统负载下蓄电池的供电时长，确保蓄电池可正常投入应用，持续时间应能满足发电公司黑启动时间要求，为机组黑启动试验提供安全可靠保证。

厂房直流Ⅰ、Ⅱ段的放电操作按发电公司《厂房直流系统运行规程》，计算机监控和通信直流的放电操作按发电公司相关规程执行。

4.3.9 事故备用电源测试

在进行黑启动试验前，需测试在失去厂用电情况下，事故备用电源是否可正常投入，机电设备是否正常，如采用自动方式投入，测试从厂用电失电至备用电源自动投入间隔时长。正常情况下，备用柴油发电机组处于“自动热备”运行方式。

4.3.10 空载扰动试验

机组带厂用电运行时调速器为频率调节模式，在频率波动较大时调速器动态响应性能关系到机组的安全与稳定，需在空载工况下进行空载扰动试验，以测试机组调速系统空载及小网运行PID 参数（bt、Td、Tn）设置是否合理，必要时进行参数优化。

4.4 质量控制点

（1）TG 2000H-3 测试系统的接线；

（2）压力油系统各项参数率定；

（3）集水井水位上升率的率定；

（4）计算机监控系统断电测试；

（5）紧急备用电源启动测试；

（6）黑启动试验期间，110 kV 母线电压不高于126 kV。

4.5 其它注意事项

（1）本次试验由试验工作小组组长统一指挥，由组长统一发令操作。各部门工作人员在试验中遇到问题情况也应向试验组长直接进行报告。

（2）试验过程中，电站各种相关设备的操作由运行值班人员进行操作，不允许其他人员操作。

（3）试验前应对试验方案进行充分论证，对试验中的危险点进行分析研究，准备必要的应急措施。

（4）操作票中操作顺序应重新编写，因本次试验操作不是常规流程操作，应按实际需要对操作步骤编写。

4.6 报告与记录

机组黑启动性能测试记录表、机组黑启动演习评价表、流溪河发电公司1 号机组黑启动过程动态参数记录曲线、流溪河发电公司1 号机组黑启动试验报告。

5 结语

近年来，国内外多次发生了电力系统大停电事故，造成了巨大的社会影响和经济损失。广州电网黑启动电源少、容量小，抵御电网严重故障能力不足。黑启动恢复供电的范围和速度受到严重限制，黑启动能力亟待加强。在电网发生大面积或者全网停电的极端情况下，如果采取了适当的黑启动措施，将能很大程上度缩短停电时间，从而避免因为长时间的停电对国民经济造成重大损失。黑启动的关键是电源点的启动，水轮发电机组与核电、火电等机组相比，具有厂用电少和辅助设备简单并且启动速度快等优点，成为了黑启动电源点的理想选择。