摘要：通過對天龍湖電站機組黑啟動能力進行的分析，經過試驗，獲得了天龍湖電站具備黑啟動能力的結論。
　　關鍵詞：機組黑啟動；分析；試驗方案；天龍湖電站
　　1引言
　　為了防范各種人為及自然災害或電網設備故障等意外因素造成電網大面積停電，同時造成水電站全站失壓時，迅速啟動水電站機組，恢復電站廠用交流電，并實現對電網有序的送電，最大程度降低電網停電造成的損失。各電網公司及發電企業均在摸索和開展電站黑啟動試驗。
　　水電站黑啟動是指在廠用交流電消失的和進水閘門開啟的情況下，利用水電站機組的特點完成機組自啟動。或利用水電站事故備用電源（如柴油發電機等）開啟進水閘門并恢復一臺或多臺機組的廠用交流電，繼而完成機組的啟動、建壓、恢復機組自帶廠用交流電并對外配合調度恢復電網送電。
　　天龍湖水電站位于四川省阿壩州岷江上游茂縣境內。該電站安裝3臺6萬kW機組，總裝機容量18萬kW，電站保證出力4.81萬kW，年利用小時數5530小時，年發電量9.956億kW.h，具有周、季調劑性能。電站大壩為1933年疊溪地震所形成小海子的天然堰塞壩，取水口位于小海子海口上游150m處，沿岷江右岸經長約6.7km的有壓隧洞引水至小寨溝上游建廠發電，尾水直接接入下游金龍潭水電站無壓引水隧洞。電站出線兩回，1回220kV輸電線路接入金龍潭電站并入茂縣500kV變電站，另1回110kV輸電線路至110kV川主寺變電站。
　　天龍湖電站地處電網末端，且110kV出線送電至110kV川主寺變電站后輸電至黃龍機場和藏牧區，所以電廠的穩定送電對保證機場用電和少數民族地區安定團結具有特殊的政治意義。加之周圍地區電站也多不具備黑啟動能力，如果天龍湖電站能夠順利黑啟動，成功送電至110kV川主寺變電站和金龍潭電站、茂縣500kV開關站，將能夠很快恢復周圍電站及電網送電能力，整個電網的黑啟動也能夠在較短的時間內實現。因此，天龍湖電站的黑啟動對于自身和系統的安全運行都具有重大的實際意義。
　　2天龍湖電站黑啟動可行性分析及試驗
　　天龍湖電站采用單元接線方式，冷卻水為水泵供水，球閥和調速器為油壓操作，廠房滲漏水較小，機組自動開機至空轉一般不超過3min。制約機組黑啟動因素主要有：（1）黑啟動時，球閥及調速器油壓、油位是否滿足要求，會否引發事故低油壓；（2）球閥及調速器控制系統是否能脫離交流正常運行；（3）機組軸承在開機過程中無水泵供應冷卻水的情況下能否滿足時間需求；（4）黑啟動試驗失敗后，能否馬上利用柴油發電機恢復廠用電，避免引發事故。
　　針對上述問題，首先對3#機組（3#機組帶2#廠用變壓器）做機組及輔助設備性能試驗。
　　（1）球閥低油壓靜水啟閉試驗
　　在機組停機、球閥關閉的狀態下，切除球閥油壓裝置油泵，手動排油，調節油壓到3.60MPa，同時注意保證油壓裝置的油位值維持在球閥接力器不會進氣的油位值以上。手動操作開啟球閥，記錄球閥從全關到全開的時間和至全開時的油壓值；球閥全開后，保持球閥油壓裝置油泵在切除狀態，觀察記錄球閥油壓裝置壓力降低至2.90MPa的時間，能否保證在30分鐘以上；
　　在機組停機、球閥開啟的狀態下，切除球閥油壓裝置油泵，手動排油，調節油壓到2.90MPa，同時注意保證油壓裝置的油位值維持在球閥接力器不會進氣的油位值以上。手動操作關閉球閥，記錄球閥從全開到全關的時間和全關時的油壓值；球閥低油壓靜水啟閉試驗試驗結果見下表

　　　　（2）油壓裝置的油壓和油位特征值
　　在機組滿負荷工況下（60MW）、調整機組油壓裝置和球閥油壓裝置油壓到3.6MPa，機組油壓裝置油位在正常范圍，球閥油壓裝置油位在正常范圍內，切除機組油壓裝置兩臺油泵和球閥壓油裝置兩臺油泵。采取必要安全措施后，在上位機將3F機組負荷減至“0”。并發停機令同時現地操作球閥關閉按鈕。觀察并記錄調速器油壓值和球閥油壓值。當機組停機、球閥全關時記錄機組油壓裝置油壓、油位值，和球閥油壓裝置油壓、油位值；機組維持停機狀態下15分鐘后，分別記錄機組、球閥油壓和油位值后，開機至空載工況，分別記錄機組、球閥油壓和機組、球閥油壓裝置油位。以上過程中，監視油壓裝置油壓不能低于事故低油壓整定值（3.2MPa），油位不得低于低油位報警值，否則手動啟動油泵維持油壓和油位。
　　（3）模擬機組黑啟動時，勵磁風機報警和機組事故低油壓試驗。在3#機動力電源正常的情況下，切除機組及球閥油壓裝置油泵，調節油壓裝置油壓到3.60MPa，按照黑啟動的步驟開機至空轉，再至空載，在機組空載工況下，調速器油壓維持在事故低油壓值之上和勵磁可控硅溫度及報警保護的歷時時間（能否在30分鐘以上）；若一切正常，先切除球閥油壓裝置油泵，調節球閥油壓裝置壓力在3.1MPa，再斷開調速器油壓裝置控制柜工作電源，監視調速器壓油罐上壓力表，同時調節調速器油壓到事故低油壓動作值，觀察記錄機組事故低油壓動作情況，記錄事故低油壓整定值和停機后的調速器油壓值、機組停機時間和球閥關閉時間。恢復調速器油壓裝置控制柜工作電源，恢復球閥及機組油壓裝置油泵至自動方式。
　　試驗結果：
　　滿負荷至空載工況油壓值：3.47MPa；
　　滿負荷至空載工況油位值：405mm；
　　空載至停機工況油壓值：3.43MPa；
　　空載至停機工況油位值：317mm；
　　停機狀態15分鐘后油壓值：3.29MPa；
　　停機狀態15分鐘后油位值：255mm；
　　停機至空載工況油壓值：3.22MPa；
　　停機至空載工況油位值：135mm。
　　試驗結果表明：假定機組在滿負荷運行，調速器油壓裝置油壓處于正常低限油壓（工作泵啟動壓力值）時，系統事故，全廠失壓，此時機組在沒有動力電源的條件下事故停機，且在停機后，進行15分鐘的巡視檢查后重新開機至空載建壓，恢復廠用電和調速器油壓裝置是可行的。
　　（4）機組清水池冷卻水斷水試驗
　　關閉3#機組清水池技術供水閥門（3２００２），同時關閉發電機空氣冷卻器供水閥（3２００９）和主變冷卻水供水閥（3２０２８）。機組在備用狀態開機至空載，測試推力軸承及各導軸承油溫和瓦溫上升情況，確定頂蓋技術供水滿足機組黑啟動的要求；
　　（5）滲漏集水井
　　切除滲漏集水井排水泵，記錄并計算集水井水位上升速率，確保黑啟動在集水井水位達到報警值前恢復廠用電，以免造成水淹廠房的事故。
　　經試驗，集水井水位上升速率：828mm/H，滿足黑啟動要求；
　　（6）直流系統
　　試驗前根據電廠實際直流系統負載計算出蓄電池正常供電的時間長度，同時測試蓄電池的內阻值，均滿足要求。
　　（7）機組水機及電氣保護
　　試驗機組水機保護、發－變組保護、廠高變保護投入正常，自動化元件、自動裝置工作正常。同時考慮到機組的黑啟動是在一種非正常狀態下的緊急啟動方式，在機組的機械保護、電氣保護方面充分考慮其對機組黑啟動的影響，必要時需要閉鎖一些保護并降低機組啟動的要求。使機組能夠快速安全啟動。
　　（8）事故備用電源
　　做好事故備用電源（柴油發電機）的維護，在機組不滿足黑啟動條件的情況下，通過柴油發電機快速完成機組啟動帶廠用電的工作，確保廠房和機組的安全。
　　根據上述試驗結果，證明天龍湖電站3#機組具備黑啟動條件，在準備好各項預備工作和安全措施后，安排各操作、監視及記錄人員全部到位，正式對3#機組進行了進行黑啟動試驗。
　　試驗結果：

　　試驗結果表明：
　　（1）黑啟動試驗從開啟球閥到恢復廠用電歷時11分23秒92，黑啟動能力強，啟動過程安全可靠，各種保護正常投入。
　　（2）從試驗結果看，調速器壓油罐壓力為3.35MPa時，機組黑啟動成功，事故低油壓保護未動作。
　　（3）試驗過程中關閉了3#機組清水池技術供水閥，同時關閉了發電機空氣冷卻器供水閥和主變冷卻水供水閥。機組采用頂蓋技術供水，推力軸承及各導軸承油溫和瓦溫正常，機組頂蓋供水能夠滿足機組黑啟動的要求；
　　（4）3#機組在帶本機廠用電時，其頻率和電壓合格。
　　（5）對勵磁裝置的試驗證明，機組啟勵后，在勵磁風機停運的30分鐘以內，勵磁可控硅的溫度保持在安全范圍內，勵磁裝置僅有報警信號，沒有事故停機保護出口。
　　（6）由于黑啟動機組為非正常運行方式，鑒于水電站自動化水平較高、日常值班人員較少，為了在事故情況下有效實現黑啟動，同時又不擴大事故，應在全廠計算機監控系統中，針對機組的黑啟動條件和方式（包括開機條件、參數限制值及保護閉鎖等），增加機組的黑啟動流程。
　　（7）黑啟動本身是安全可行的，不會對機組及其輔助設備造成損壞。為了保證機組在事故情況下的快速安全黑啟動，應把黑啟動試驗作為正常的事故預演項目，加強運行值班人員培訓和事故時黑啟動的處理能力。
　　3天龍湖電站黑啟動注意事項
　　（1）為盡量縮短開機帶廠用電時間，降低機組無冷卻水運行時間，開機前應將系統運行方式準備充分完善，把廠用電備自投恢復，一旦廠用電恢復成功，則可自動恢復、啟動機組調整器壓油泵、技術供水泵、滲漏排水泵等重要廠用電負荷；
　　（2）黑啟動失敗后要盡快利用柴油發電機恢復廠用電，避免引發重大事故；
　　（3）110kV、220kV線路充電時，應將重合閘退出。
　　4結論
　　2008年５月１２日發生汶川大地震后，位于震中地區的天龍湖水電站生產經營情況受到嚴重影響，電站與外界中斷51個小時，信息隔絕，陷入“孤島”。
　　經過緊張搶修，完成受損設備修復和系統測試工作，電站已具備發電能力，2008年5月24日，按照黑啟動方案，成功恢復廠用電，并通過110kV天川線經川主寺變電站順利實現向黃龍機場及松潘地區供電，天龍湖電站成為災區首個恢復向電網送電的單位，為災區恢復生產、抗震救災提供了最強有力的保障。
　　水電站一般遠離城市，受自然災害影響導致全廠失電的風險很大，一旦出現水淹廠房等重大事故，后果將非常嚴重。故，水電站開展黑啟動試驗，準備好黑啟動方案并經常演練是非常有必要的，也是在電網出現重大事故后，盡快恢復社會生產、秩序的有力保證。