白国钢

（华电能源股份有限公司牡丹江第二发电厂，黑龙江牡丹江 157015）

黑启动应用技术在马来西亚沙巴SPR电厂的应用

白国钢

（华电能源股份有限公司牡丹江第二发电厂，黑龙江牡丹江 157015）

黑启动是发电厂在全厂失电情况下安全生产自救的必要措施，是保护电网安全运行的重要措施。论述了马来西亚沙巴SPR 100MW燃气轮机联合循环发电厂黑启动试验的目的、要求及通过标准，并重点介绍了黑启动试验操作步骤及注意事项。

黑启动；目的；通过标准；操作步骤

0 引言

在现代电力系统中，由于电网规模较大，一旦出现故障，影响面也很大，容易由局部故障影响全局，乃至发生恶性连锁反应，造成灾难性后果，如美国、加拿大“8·14”大停电事故及马来西亚沙巴州2014年1月17日停电事故就是典型的案例。如果电网不能在孤立系统情况下黑启动自救，将给国民经济和人民生活带来极大的损失，甚至影响社会安定。

马来西亚沙巴SPR 100MW燃气轮机联合循环发电厂（以下简称SPR电厂）装机容量为3×42 MW，由2台燃气轮机发电机组、2台余热锅炉和1台蒸汽轮机发电机组组成一套“2+2+1”建制的联合循环发电机组。为了吸取电网停电教训，防患于未然，华电能源股份有限公司牡丹江第二发电厂根据自己的实际情况，配合马来西亚沙巴州电网公司编写马来西亚沙巴SPR 100MW燃气轮机联合循环发电厂黑启动试验方案，作为保障沙巴州电网安全运行的重要措施。为使该试验方案更具有实效性，对方案的可行性进行一次全面检验，以帮助运行人员在事故状态下做到心中有数，能够快速、正确地处理事故，尽快恢复电网运行，恢复对用户供电，大大减少停电时间。因此，研究并制订电厂的黑启动试验方案具有重大现实意义。黑启动试验方案的主要任务是最大限度、快速而有序地恢复电网系统，减少损失。

1 黑启动的定义

所谓黑启动，是指整个电力系统因故障停运后，系统全部停电（不排除孤立小电网仍维持运行），处于全“黑”状态，不依赖其他电网帮助，通过系统中具有自启动能力的发电机组，带动无自启动能力的发电机组，逐渐扩大系统恢复范围，最终实现整个系统的恢复。机组具有黑启动功能，不仅是发电厂在全厂失电情况下安全生产自救的必要措施，也是电网发展的需要。黑启动的关键是电源点的启动。燃气轮机发电机组与火电、核电机组相比，具有辅助设备简单、厂用电少、启动速度快等优点，理所当然成为黑启动电源的首选。

2 黑启动试验目的

黑启动试验目的是证明断开电网外部电源连接时SPR电厂设备具有黑启动能力。

2.1 基础启动试验

（1）燃气轮机发电机设备断开线路断路器，与电网系统隔离。

（2）黑启动柴油发电机启动，再次送电至燃气轮机发电机组常用设备。

（3）燃气轮机发电机全速不带负荷，合上燃气轮机发电机线路断路器并提供厂用负荷，监视频率和电压是否稳定。燃气轮机发电机设备应为发电机在132 kV母线合上不带电母线做好准备。

（4）记录从黑启动柴油发电机启动到燃气轮机发电机准备合上不带电母线的时间。

2.2 无压母线闭合试验

（1）连接燃气轮机发电机至电网系统132 kV不带电母线，按照海湾标准化组织（GSO）的指导意见给不带电的母线受电。

（2）记录机组从第1次准备并网到连接132 kV不带电母线的时间。

（3）监视母线两端的电压和频率是否稳定。

2.3 并网试验

（1）机组并网至132 kV系统，利用132 kV系统合适的线路断路器完成并网，并经过GSO的同意。

（2）132 kV系统线路断路器应该由并网设备仪器提供。

（3）黑启动柴油发电机的断开或停止不需要任何发电机设备的低输出功率。

3 黑启动试验要求

（1）独立发电厂（IPP）要为黑启动提供足够容量的事故发电机。在没有任何倒送电源的情况下，IPP内和黑启动有关的任何发电机组都能启动，并能启动IPP其他发电机组。

（2）黑启动站1年至少进行1次黑启动试验，在发电机组检查或维修时进行。

（3）断开汽轮机发电机出口断路器CB3，汽轮机发电机组不参与黑启动。

4 黑启动试验通过标准

（1）按照GSO的规定，如果2h内不通过电网系统或外部的电源，任何1台燃气轮机发电机能给电网系统未带电部分受电和并网，则该试验通过。

（2）燃气轮机发电机组进入孤岛运行，132 kV升压站通过燃气轮机发电机组正常带电。

（3）并网后，保持电压在电网电压的-5%～10%，频率在49.5～50.5 Hz时，发电机能够稳定、同步运行并有能力带不同的负荷。

5 黑启动试验路径

利用SPR电厂＃1（＃2）燃气轮机发电机送电至沙巴电业局132 kV升压站母线。

试验路径：SPR电厂黑启动＃1和＃2柴油发电机→黑启动升压变压器6.6 kV侧开关CB11→6.6 kVⅡ段母线→6.6 kVⅠ段、Ⅱ段母线联络开关CB8合闸→6.6 kVⅠ段母线→415V厂用、公用PCⅠ，Ⅱ段母线→＃1（或＃2）燃气轮机启动→＃1（或＃2）燃气轮机发电机出口断路器CB1（或CB2）合闸→＃1（或＃2）燃气轮机主变压器出口断路器190（或290）合闸→132 kV升压站母线正常带电。

黑启动试验系统如图1所示。

6 黑启动试验应具备的条件

图1 黑启动试验系统

（1）试验现场要清洁，不应堆放无关杂物，所有孔洞应堵塞，照明应齐全。

（2）黑启动有关设备安装结束，外观应整洁，外壳、机座的接地应齐全、可靠。

（3）试验现场消防设施应完好。

（4）有关带电室门应上锁，带电设备应设遮栏，并悬挂相应的标示牌。

（5）各开关传动正确，操作灵便，指示正确。

收付实现制，又称“现收现付制”或“现金制”，指以现金的实际收付为标志来确定本期收入和支出的会计核算基础。凡在当期实际收到的现金收入和支出，均应作为当期的收入和支出；凡是不属于当期的现金收入和支出，均不应当作为当期的收入和支出。

（6）二次回路各端子排的螺钉应完整、紧固和清洁。

（7）高、低压交流、直流保险齐备，容量合适。

（8）图纸、资料应齐全，准备好必要的工具、仪表和仪器。

（9）各设备之间的联络线及控制信号回路接线已完成，并经检查无误。

（10）保护装置投入正常。

（11）调试现场具有380／220V交流试验电源。

（12）确认燃气轮机110 V直流母线电压正常，汽轮机220V直流母线电压正常，110 V，220V蓄电池运行正常。

（13）黑启动柴油发电机测量绝缘电阻合格（处于冷却阶段）。

1）确认励磁电源已断开，打开交流发电机面板及两侧盖板。

3）使用1 000V摇表测量相对地、相间绝缘电阻合格并作记录。

4）测试完毕后恢复星型中性点。

（14）测量应急柴油发电机绝缘电阻合格（处于冷却阶段）。

（15）测量黑启动升压变绝缘电阻合格（包括高压侧对地、低压侧对地、高压侧对低压侧及相间绝缘）。

7 黑启动试验操作步骤

（1）确认应急柴油发电机已具备启动条件。

（2）确认黑启动＃1和＃2柴油发电机蓄电池电压为24V，油位、水位及水温正常。

（3）确认黑启动＃1和＃2柴油发电机控制柜“手动／自动”开关在“自动”位置。

（4）确认黑启动＃1和＃2柴油发电机已具备启动条件。

（5）确认黑启动升压变低压侧隔离开关00BMA01GS001在“合闸”位置。

（6）合上黑启动升压变压器6.6 kV侧开关CB11操作直流插件。

（7）将黑启动升压变压器6.6 kV侧开关CB11推至“工作”位置。

（8）将黑启动升压变压器6.6 kV侧开关CB11“就地／远方”开关切至“远方”位置。

（9）确认＃1燃气轮机发电机出口断路器CB1和＃2燃气轮机发电机出口断路器CB2在“分闸”位置。

（10）联系沙巴电业局，断开＃1燃气轮机主变压器出口断路器190，断开＃2燃气轮机主变压器出口断路器290。

（11）确认＃1燃气轮机高压厂用变压器6.6 kV侧开关CB5跳闸。

（12）确认6.6 kV I段母线电压、电流表无指示。

（13）确认＃2燃气轮机高压厂用变压器6.6 kV侧开关CB7跳闸。

（14）确认6.6 kVⅡ段母线电压、电流表无指示。

（15）确认6.6 kVⅠ／Ⅱ母联断路器CB8在“分闸”位置。

（16）确认6.6 kVⅠ段及6.6 kVⅡ段母线上所有负荷断路器均跳闸。

（17）确认415 V厂用PCⅠ段、Ⅱ段，415 V公用PCⅠ段、Ⅱ段，415V空冷PCⅠ段、Ⅱ段，保安电动机控制中心（MCC）段母线电压失压，所有进线断路器均跳闸。

（18）确认应急柴油发电机已自启动，参数达到相电压240V，频率50Hz，应急柴油发电机出口断路器自动合闸，2 s后应急柴油发电机至保安MCC段进线开关自动合闸。

（19）确认保安MCC段母线电压、电流、频率表指示正确。

（20）确认分散控制系统（DCS）画面发出“6.6 kV busbar A and B lost power”光字牌。

（21）在DCS画面按下黑启动按钮“Black Start AUTO Start”。

（22）确认黑启动＃1和＃2柴油发电机已启动，各项参数指示正常。

（23）确认黑启动升压变6.6 kV侧开关CB11已自动合闸。

（24）确认6.6 kVⅡ段母线电压、电流表指示正确。

（25）确认6.6 kVⅠ段、Ⅱ段母线联络开关CB8已自动合闸。

（26）确认6.6 kVⅠ段母线电压、电流表计指示正确。

（27）合上＃1厂用变压器6.6 kV侧开关CB12、415V厂用PCⅠ段进线断路器CB13。

（28）合上＃2厂用变压器6.6 kV侧开关CB14、415V厂用PCⅡ段进线断路器CB15。

（29）确认415V厂用PCⅠ段、Ⅱ段母线电压、电流表计指示正确。

（30）合上＃1公用变压器6.6 kV侧开关CB17、415V公用PCⅠ段进线断路器CB18。

（31）合上＃2公用变压器6.6 kV侧开关CB19、415V公用PCⅡ段进线断路器CB20。

（32）确认415V公用PCⅠ段、Ⅱ段母线电压、电流表计指示正确。

（33）确认＃1（或＃2）燃气轮机启动正常，转速达到额定转速5170 r／min。

（34）合上＃1燃气轮机发电机出口断路器CB1（或＃2燃气轮机发电机出口断路器CB2）。

（35）确认＃1燃气轮机高压厂用变压器高压侧开关CB4及＃2燃气轮机高压厂用变压器高压侧开关CB6在合闸位置。

（36）手动将＃1（或＃2）燃气轮机励磁电压升至额定电压10.5V。

（37）在同期屏上将“Dead／Syn”开关切至“Syn”。

（38）在同期屏上将“Run／Test”开关切至“Run”。

（39）在同期屏上将“SynMode”开关切至“Semi-Auto”。

（40）投入同期屏上保护压板“LK-Cls-Syn 7”（或“LK-Cls-Syn 8”）。

（41）在同期屏上按下6.6 kVⅠ段进线开关CB5（或6.6 kVⅡ段进线开关CB7）。

（42）在同期屏上按下“confirm”按钮。

（43）确认同期屏上同期指示“Close”红灯亮，确认6.6 kVⅠ段进线开关CB5（或6.6 kVⅡ段进线开关CB7）在“合闸”位置。

（44）拉开黑启动升压变压器6.6 kV侧开关CB11。

（45）停止应急柴油发电机运行，恢复保安MCC段母线正常运行。

（46）在DCS画面上按下黑启动＃1柴油发电机“OFF”按钮。

（47）确认黑启动＃1柴油发电机出口断路器CB9自动分闸。

（48）确认黑启动＃1柴油发电机确已停止运行（惰走时间为40 s）。

（49）在DCS画面上按下黑启动＃2柴油发电机“OFF”按钮。

（50）确认黑启动＃2柴油发电机出口断路器CB10自动分闸。

（51）确认黑启动＃2柴油发电机确已停止运行（惰走时间为40 s）。

（52）联系沙巴电业局，通过同期装置无压合闸合上＃1燃气轮机主变压器出口断路器190（或＃2燃气轮机主变压器出口断路器290），此时132 kV升压站正常带电。

8 应急柴油发电机检查及操作步骤

（1）检测应急柴油发电机绝缘电阻是否合格（处于冷却阶段）。

1）确认励磁电源已断开，打开交流发电机面板及两侧盖板。

2）断开星型中性点。

3）使用1 000V摇表测量相对地、相间绝缘电阻合格并作记录。

4）测试完毕，恢复星型中性点。

（2）应急柴油发电机具备启动条件。

1）确认应急柴油发电机蓄电池电压为24 V，油位、水位及水温正常。

2）确认应急柴油发电机控制柜“手动／自动”开关在“自动”位置。

3）确认DCS画面应急柴油发电机联锁“POWER STANDBY 1（或2）”投入正常。

（3）检查保安MCC段母线电压失压后操作步骤。

1）确认415V厂用PCⅠ段至保安MCC段进线开关跳闸。

2）确认保安MCC段＃1进线开关跳闸。

3）确认415V厂用PCⅡ段至保安MCC段进线开关跳闸。

4）保安MCC段＃2进线开关跳闸。

5）确认应急柴油发电机已自启动，各项参数指示正常。

6）确认应急柴油发电机参数达到相电压240V，频率50Hz，应急柴油发电机出口断路器自动合闸，2 s后应急柴油发电机至保安MCC段进线开关自动合闸。

7）确认保安MCC段母线电压、电流、频率表指示正确。

8）在DCS画面上切除应急柴油发电机联锁“POWER STANDBY 1（或2）”。

（4）停止急柴油发电机运行，恢复保安MCC段母线正常运行操作步骤。

1）合上415V厂用PCⅠ段至保安MCC段进线开关。

2）合上415V厂用PCⅡ段至保安MCC段进线开关。

3）拉开应急柴油发电机至保安MCC段进线开关。

4）合上保安MCC段＃1（或＃2）进线开关。

5）确认保安MCC段母线电压、电流表计指示正常。

6）在DCS画面上按下应急柴油发电机“OFF”按钮。

7）确认应急柴油发电机出口断路器自动分闸。

8）确认应急柴油发电机确已停止运行（惰走时间为30 s）。

9）在DCS画面上投入应急柴油发电机联锁“POWER STANDBY 1（或2）”。

9 黑启动试验操作注意事项

（1）必须严格按操作票的操作步骤逐项进行。

（2）试验前的准备措施必须完成，条件满足后方可进行试验。

（3）试验期间人员分工明确、合理，不得擅自离岗，对试验的处理程序应熟练掌握，做到不慌乱。

（4）在试验过程中，应统一听从值长指挥，做好燃气轮机、汽轮机、锅炉及电气专业部门的联系、协调工作。

（5）试验过程中，检查不间断电源（UPS）电源运行正常，确认10 V，220 V直流母线电压正常，110V，220V蓄电池运行正常。

（6）燃气轮机发电机达到额定转速后，由于主变压器低压侧阻抗较小，如果在燃气轮机发电机额定电压下对主变压器进行充电容易引起保护误动，所以在投入励磁前，从同期屏经无压合闸方式合上＃1燃气轮机发电机出口断路器CB1（或＃2燃气轮机发电机出口断路器CB2）。

（7）合上＃1燃气轮机发电机出口断路器CB1（或＃2燃气轮机发电机出口断路器CB2）后，投入励磁缓慢升压至额定电压。此时主变压器已经正常带电。投入励磁步骤如下。

1）投入励磁系统辅助电源2QS开关，确认励磁系统没有异常报警，显示灯显示正常。

2）投入Phaedra Media Groupc（PMG）系列永磁发电机交流输出1KK开关、1QS开关，确认交流电压正常。

3）合上灭磁开关2KKA，2KKB，“励磁远控／就地”开关切至“就地”位置，缓慢点动“增磁”按钮直到燃气轮机发电机出口电压达到额定电压10.5 kV。

（8）＃1（或＃2）燃气轮机高压厂用变压器正常带电运行后，通过同期装置对6.6 kVⅠ段进线断路器CB5（或6.6 kVⅡ段进线断路器CB7）进行同期合闸，合上6.6 kVⅠ段进线断路器CB5（或6.6 kVⅡ段进线断路器CB7）后，拉开黑启动升压变压器6.6 kV侧开关CB11，此时发电机进入孤岛运行。

（9）厂用电恢复后，设备启动时必须依次进行，不能同时启动。

（10）沙巴电业局负责＃1燃气轮机主变压器出口断路器190（或＃2燃气轮机主变出口断路器290）分闸、合闸操作。

6.6 kVⅠ（或Ⅱ）段进线断路器CB5（或CB7）同期定值参数见表1。

表1 6.6 kVⅠ（或Ⅱ）段进线断路器CB5（或CB7）同期定值参数

10 结束语

通过对马来西亚沙巴SPR 100MW燃气轮机联合循环发电厂黑启动试验方案的操作检验，使运行人员能够在事故状态下快速、正确地处理事故，尽快恢复电厂运行。在沙巴州电网公司及SPR电厂项目业主人员的共同见证下，机组具备黑启动功能，且黑启动试验达到试验通过标准。同时保证电网能够在孤立系统情况下黑启动自救成功，大大减少电网停电时间，及时恢复对用户供电，最大限度地降低停电对国民经济和人民生活造成的损失。

［1］望亭发电厂.300MW火力发电机组运行与检修技术培训教材：电气分册［M］.北京：中国电力出版社，2002.

［2］涂光瑜.汽轮发电机及电气设备［M］.2版.北京：中国电力出版社，2007.

［3］刘隽，李兴源，许秀芳.互联电网的黑启动策略及相关问题［J］.电力系统自动化，2004，28（5）：93-97.

［4］牟龙华，夏明栋，刘仲.微电网的黑启动研究［J］.电力系统保护与控制，2014，42（22）：32-37.

（本文责编：弋洋）

TM 732

B

1674-1951（2015）07-0057-05

白国钢（1972—），男，黑龙江牡丹江人，工程师，从事电厂集控运行方面的工作（E-mail：mecbgg＠163.com）。

2014-07-29；

2015-05-02