四川电网黑启动现场试验方案报批稿.docx
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四川电网黑启动现场试验方案报批稿
四川电网黑启动现场试验方案
批准
审核
会签
校核朱清代
汇编甄威张小宏吴兴鹏
编制吴磊秦毓毅胡翔
沈力王伟陈苑文
四川省电力公司
二○○六年十一月
四川电网黑启动现场试验方案
一、黑启动背景
黑启动的目标是，在资源允许的情况下，尽可能快的恢复停电区域内的用电负荷，同时，整个区域电网应在采取一系列恢复动作后回复到安全经济运行状态。
一个典型的电力系统恢复过程可以分为以下三个阶段：
第一阶段，确定事故后的系统状态，确定起动电源，决定需要优先恢复的负荷；第二阶段，确定恢复路径和充电小系统；第三阶段，恢复绝大部分甚至全部负荷。
由于四川电网电源分布不合理，负荷中心在川西地区，而电源则集中在川南地区，从而形成川南向川西地区大功率输电的一个电网格局。
川西地区与川南地区的输送断面由三回500kV线路、4回220kV线路组成的电磁环网构成。
川西地区装机较少，缺少电源支撑，稳定问题突出。
为了避免大面积停电以及事故后迅速恢复供电，故选择在川西地区安排黑启动试验。
二、方案编制依据和原则
四川电网黑启动现场试验方案是根据国家电网公司下发的《电力系统黑启动方案编制和实施技术规范（试行）》、《国家电网公司处置大面积停电事件应急预案》和《四川省处置电网大面积停电事件应急预案》、四川电力试验研究院RTDS仿真计算结果、江油电厂黑启动试验方案及自一里电厂黑启动试验方案为依据而编制的。
四川电网黑启动现场试验方案编制，考虑以下原则：
1.负荷选择：
为充分保证运行系统的安全，本次试验的负荷只用江油新厂#31机的厂用负荷，约20MW，而不用实际用户负荷，避免对用户停电；
2.模拟程度：
由于条件和设备安全的原因，为保证试验顺利进行，本次不完全模拟实际系统事故全停电情况，如通信和自动化系统等，而只进行一定程度上的黑启动模拟；
3.保护配置：
在保证设备安全的前提下，为尽可能仿真实际系统，也为加快试验，考虑少改动或不改动保护配置及定值。
4.黑启动系统确定：
黑启动子系统的确定主要考虑以下原则：
◆启动路径尽量短；
◆减少不同电压等级的交换；
◆尽量启动大容量的机组；
◆尽快启动负荷中心机组。
水电机组作为启动电源最为方便，启动过程较快，从机组启动速度、调节系统特性及可持续供电时间来看，是比较理想的“黑启动”电源。
在确定黑启动电源后，根据系统的结构特点，要确定“黑启动”路径，选择子系统。
在川西地区，江油电厂（2×330MW）和太白电厂（2×300MW）是川西负荷中心主要电源点，且太白电厂厂用负荷取自江油电厂220kV母线。
在川西地区发生大面积停电情况下，为迅速恢复电网网架结构，恢复负荷中心重要负荷，应尽快启动江油电厂机组。
而距离江油电厂最近的同一电压等级的水电厂为自一里水电厂。
该电厂位于涪江支流的火溪河，装机2×65MW，与江油电厂输电距离为148KM，经计算不会产生自励磁，且自一里电厂装设有柴油发电机，具备良好的黑启动能力。
为此选择自一里电厂作为黑启动电源向江油电厂提供开机电源。
（1）黑启动路径
黑启动路径为自一里电厂→220kV里天线（124KM）→天明站220kVII母→220kV江天线（24KM）→江油220kVI母→江油#1启动变205DL（负荷18MW）。
（2）自一里黑启动机组确定
自一里电站发电机组为通用电气亚洲水电设备有限公司产品，额定容量为65MW，机端电压10.5kV，额定水头474米，额定转速600r/min；励磁方式为自并励，励磁装置为广科所EXC9000微机励磁调节器；调速器为武汉事达双微机伺服电机调速器；调速器调差系数3.8％；自一里电厂机组只要油罐操作压力正常，即可操作导水叶，开启机组。
且自一里电厂还配有柴油发电机，如果油压降低还可启动柴油机供电。
因此选择自一里电厂#2机组作为黑启动机组。
自一里单机振动区为19MW～34MW，此次试验投入负荷为18MW，不会导致自一里机组进入振动区运行，满足试验要求；同时自一里电厂枯水期保证出力为20MW，能保证接带试验期间所需负荷。
（3）江油黑启动机组确定
考虑到黑启动时尽量启动大容量机组，为此安排启动江油电厂#31机组，同时试验时也可以避免用真实的用电负荷进行试验而造成对用户的停电。
5．RTDS仿真试验结论
经试验院RTDS仿真计算，自一里电厂单机带220kV里天线和江天线共148KM的LGJ－400220kV线路不会产生自励磁，且空载合闸时，操作过电压及线路末端电压均在规定范围内。
通过RTDS仿真，对自一里—江油子网中与黑启动有关的问题，有如下结论：
（1）自一里水电厂1台65MW机组带里天线+江天线时，机组不会发生自励磁现象。
自一里主变档位为4档（枯水期实际运行档位），电压比为：
235.95kV/10.5kV。
自一里单机带里天线，恒定电流开环控制，零起升压仿真结果
V_g
3.698
5.917
7.396
8.13
8.45
9.47
10.2
10.36
V_zyl
85.82
137.3
171.6
188.8
205.2
219.8
236.6
240.6
V_tm
86.58
138.5
173.1
190.3
207.1
221.7
238.7
242.7
Q_lt
-2.54
-6.49
-10.14
-12.27
-14.51
-16.64
-19.27
-19.92
I_lt
17.1
27.3
34.12
37.53
40.82
43.7
47.04
47.82
自一里单机带里天线，励磁自动方式，零起升压仿真结果
V_g
7.32
8.37
8.89
9.41
9.93
10.34
10.45
V_zyl
169.84
194.16
206.3
218.4
230.5
239.9
242.48
V_tm
171.4
195.9
208.0
220.3
232.6
242.1
244.7
Q_lt
-9.936
-12.98
-14.65
-16.42
-18.29
-19.8
-20.26
I_lt
33.78
38.6
41.01
43.42
45.82
47.69
48.23
表中符号含义（下同）：
Vref：
机端电压标幺值V_g：
自一里机端电压
V_zyl：
自一里220kV母线电压V_tm：
天明220kV母线电压
Q_lt：
自一里里天线无功I_lt：
自一里里天线电流
（2）自一里单台65MW机组对里天线冲击合闸时，因容升效应使线路首端电压升高约8.1kV，线路末端比首端电压升高约2.1kV。
自一里对里天线冲击合闸前后，自一里、天明220kV母线电压变化
V_zyl_
V_tm_
合闸前
235.9
0
合闸后
244.0
246.1
电压变化
8.1
246.1
合闸前
225
0
合闸后
232.6
234.7
电压变化
7.6
234.7
（3）自一里单台65MW机组对里天线冲击合闸时，最大操作过电压倍数为1.85，满足国家标准要求（国家标准为3倍）。
自一里对里天线冲击合闸操作过电压（合闸角180度）
距自一里侧距离
相别
操作过电压峰值（kV）
过电压倍数
0%
A
274.4
1.39
B
349.6
1.77
C
306.8
1.55
50%
A
280.2
1.42
B
361.2
1.83
C
319.6
1.62
75%
A
281.6
1.42
B
364.8
1.85
C
323.5
1.64
100%
A
282.1
1.43
B
366.4
1.85
C
324.9
1.64
里天线合闸操作过电压（合闸角90度）
距自一里侧距离
相别
操作过电压峰值（kV）
过电压倍数
0%
A
307.2
1.55
B
301.8
1.53
C
320.0
1.62
50%
A
318.4
1.61
B
309.2
1.56
C
328.8
1.66
75%
A
320.5
1.62
B
310.7
1.57
C
331.5
1.68
100%
A
321.8
1.63
B
311.3
1.58
C
332.7
1.68
（4）黑启动期间，自一里65MW机组单机带负荷。
受机组永态调差特性影响，在带江油330MW机组辅机负荷过程中，当不进行二次调频时，自一里65MW机组运行频率自50.01Hz下降到49.58Hz.。
机组采取二次调频措施，有利于提高黑启动机组耐受冲击负荷的能力，同时提高频率质量。
自一里单台机组带江油＃31辅机负荷（不进行二次调频）时，电压、频率变化
设备名称
容量（MW）
f
U_zyl_220
U_jy_220
U_jy_6.6
P_zyl_g
自一里厂用
50.01
237.3
240.1
6.754
3.91
循环水泵
2
49.95
236.3
238.8
6.703
5.968
凝结水泵
0.64
49.93
236.0
238.4
6.687
6.598
给水泵
5.45
49.77
233.8
235.5
6.581
11.97
引风机#1
1.48
49.73
233.0
234.4
6.537
13.5
引风机#2
1.48
49.68
232.2
233.3
6.494
15.03
送风机
0.9
49.66
231.7
232.6
6.467
15.92
一次风机
0.51
49.64
231.4
232.2
6.452
16.43
其它
2
49.58
230.4
230.8
6.398
18.45
自一里单台机组带江油＃31辅机负荷（进行二次调频）时，电压、频率变化
设备名称
容量（MW）
f
U_zyl_220
U_jy_220
U_jy_6.6
P_zyl_g
自一里厂用
3
50.0
237.3
240.1
6.755
3.91
循环水泵
2
49.94
236.3
238.8
6.704
5.968
二次调频后
50.0
236.4
238.8
6.705
5.977
凝结水泵
0.64
49.99
236.1
238.4
6.689
6.61
二次调频后
50.0
236.1
238.4
6.69
6.61
给水泵
5.45
49.84
233.9
235.5
6.583
12.01
二次调频后
50.0
233.9
235.6
6.584
12.05
引风机
1.48
49.96
233.1
234.5
6.54
13.58
二次调频后
50.0
233.1
234.5
6.54
13.62
送风机
0.9
49.97
232.6
233.8
6.51
14.5
二次调频后
50.0
232.6
233.9
6.512
14.52
一次风机
0.51
49.98
232.3
233.5
6.5
15.04
二次调频后
50.0
232.3
233.5
6.5
15.05
其它
2
49.94
231.3
232.0
6.44
17.12
二次调频后
50.0
231.3
232.1
6.44
17.13
（5）由于黑启动机组单机运行，投入冲击负荷会使黑启动机组产生动态摇摆过程。
仿真结果表明，当单次冲击负荷容量为3.25MW时，动态过程中机组频率下降到约49.19Hz，其后恢复到稳态调差率确定的频率值。
为保证黑启动机组运行稳定性，单次冲击负荷量宜控制在黑启动机组额定容量的5%以下，加负荷速度不宜过快。
（6）启动5.45MW给水泵时，电动机启动电流约3kA，电压瞬时下跌约20%（持续约0.1s），短时下跌约13%（持续时间约2.5s）。
给水泵启动前，宜将江油电厂厂用6.6kV母线电压维持在偏高水平。
（7）经过在不同合闸角下对江油#1启动变冲击合闸的RTDS仿真计算，自一里单机对江油50MVA的#1启动变充电过程中不会发生铁磁谐振现象。
（8）仿真试验表明，在黑启动期间，当自一里—江油子网发生线路单相瞬时性故障时，黑启动子网稳定。
三、黑启动试验的目的和要求
通过自一里电厂水电机组自启动后对220kV里天线零起升压，进而启动江油电厂的一台火电机炉，对电网黑启动的过程进行模拟预演，发现并分析电网黑启动存在的特殊规律和固有问题，找出解决措施，形成电网黑启动的指导原则和规范化操作步骤，为下一步制定《四川电网黑启动规程》提供技术支持。
本次“黑启动”试验的主要目的是：
1.黑启动方案在实际电网中实现的可行性；
2.考查自一里电厂机组在电网瓦解、厂用电消失、系统“全黑”情况下，自启动及带自身厂用电的能力和稳定性；
3.考查自一里机组启动后带江油新厂厂用电，从而使江油新厂达到开机能力的可行性；
4.在空充长线过程中，自一里水电机组是否产生自励磁；
5.在空充线路过程中，线路末端瞬时过电压和工频过电压倍数是否在允许范围以内；
6.在空充启备变过程中，是否会发生铁磁谐振；
7.自一里电厂机组在给本厂厂用电及江油新厂厂用电供电过程中，自一里电厂机组的进相运行能力、调速系统和励磁系统的调节性能能否满足维持小负荷状态下小网的稳定运行要求，小网的电压和频率能否维持在合格范围内；
8.黑启动过程所用的时间；
9.验证RTDS仿真计算的精度；
10.黑启动过程中是否会出现未预料到的其它现象等。
四、黑启动试验的组织措施
1.成立黑启动试验领导小组负责此次试验的组织、领导和协调工作；
试验领导小组组长：
王平
试验领导小组成员：
张晓明郑卫东袁邦亮朱康
唐茂林刘勇王小川
现场试验工作小组：
常晓青朱清代秦毓毅吴磊李响王强卢鸿宇沈力
现场试验测试小组：
甄威、赵国建、刘柏私
2.参加单位：
四川省电力公司、四川电力试验院、绵阳电业局、华能四川涪江公司自一里电厂、巴蜀公司江油电厂
3.完成了测试方案，各测试组人员及技术装备已到位，测试设备在各厂站安装调试完毕，具备试验条件；
4.建立了试验组织机构，各单位已完成相应事故应急预案，落实了各种事故应对措施；
5.已建立了测试和试验指挥会议电话系统，经测试合格，满足试验要求；
五、黑启动时间
2006年12月
六、调试期间的调度关系
为保证运行电网安全和黑启动试验工作安全顺利进行，在黑启动试验期间，对系统试验的调度关系明确如下：
1．现场调度员，由四川省电力公司调度中心（以下简称省调）调度员担任，负责调试现场的调度业务组织、联系工作，遵守四川省电力公司《四川电网调度管理规程》和有关调度运行管理规定；
2．试验系统倒闸操作及调整，保护投运方式及定值，由现场调度员下达操作命令，厂站运行值班人员负责执行；
3．凡涉及与四川运行电网有关的调试工作、倒闸操作、运行状态调整等，由现场调度员与省调值班调度员联系，得到省调值班调度员许可方能进行；
4．黑启动试验时，如果涉及四川电网正常运行系统的操作或运行状态调整等，由现场调度员与省调值班调度员联系，省调值班调度员下令操作或调整；
5．黑启动试验时，如果试验系统设备发生异常或事故，应按现场规程规定处理，同时汇报现场调度员、省调值班调度员和试验领导小组；
6．黑启动试验时，如果运行电网发生事故,应立即停止试验系统与运行电网有关的操作，听从省调值班调度员统一指挥处理事故，并由有权接受调度命令的运行值班人员接受调度命令，电网事故处理告一段落，经省调值班调度员同意，可继续进行黑启动试验。
七、黑启动试验设备范围
自一里水电厂：
220kV里天线252DL、220kVI母、#1主变、#2主变、#1机组、#2机组及其附属刀闸、继电保护、安全自动装置。
220kV天明变电站：
220kV里天线266DL、江天线262DL、220kVII母及其附属刀闸、继电保护、安全自动装置。
江油电厂：
220kV江天线265DL、1号启动变、220kVI母及其附属刀闸、继电保护、安全自动装置和31号试验机组。
220kV里天线全线
220kV江天线全线
八、黑启动试验应具备的条件
1．试验时主网、川西电网备用充足,川西断面无检修，川西地区电压均在合格范围；
2．黑启动试验系统与运行系统可靠隔离；
3．自一里电厂、天明变电站、江油新厂出线纵联保护可靠投入；自一里、天明、江油新厂母差保护可靠投入，且能适应黑启动试验时的电网运行方式；
4．自一里电厂﹑天明变电站﹑江油电厂、省调、绵阳地调通讯可靠正常,自动化信息准确；
5．全网安控正常投入，川西地区低周、低压切负荷装置可靠投入；
6．自一里电厂水电机组具备自启动恢复厂用电能力，机组油压正常；
7．自一里电厂水电机组具备进相功能正常；
8．220kV天明变电站内220kV系统运行方式调整完毕，满足黑启动试验要求；
9．江油电厂220kV系统运行方式调整完毕，厂用电方式调整完毕，满足黑启动试验要求，柴油机组启动正常带机组公用保安负荷；
10．四川电力试验院已对本次黑启动试验进行动态仿真且仿真结果证明本次试验不会对电网及设备造成不良后果。
九、黑启动试验危险点分析及防范措施
1．黑启动试验期间，江油电厂、天明变电站正常运行设备均在单条母线运行，一旦江油运行母线故障将减少川西地区出力300MW，天明运行母线故障将使广元地区与主网联络线减至两回，为此试验期间应降低川西断面及广元电网送出断面控制限额；
2．黑启动期间，江油电厂需将#1启动变所带机组公用保安负荷倒走，#1启动变停运，一旦正常运行机组跳闸，将导致两台机组失去保安电源，为此要求江油电厂开出柴油发电机带机组公用保安负荷；
3．由于自一里电厂无外接备用电源，仅靠柴油发电机组发电很难保证黑启动试验正常进行，为了保证试验顺利进行及设备安全，试验前将自一里电厂#1机组开出带厂用；
4．黑启动试验时，试验系统可能存在自励磁等过电压问题，为此试验期间各试验点严密监视电压，一旦电压异常立即通知自一里电厂侧现场试验负责人，断开220kV里天线252开关，中止试验。
一十、试验期间系统安全措施及事故对策
为保证四川电网黑启动试验成功进行，除对黑启动试验前电网的稳定、潮流、电压水平认真分析并按现行稳定规程和有关规定控制外，还要求采取以下安全措施，保证运行电网和试验系统的安全运行：
1.建立黑启动试验通信指挥系统，在自一里电厂、天明变电站、江油新厂、省调调度室开通会议电话，保证试验期间通信畅通；
2.试验前自一里电厂、天明变电站、江油新厂应对黑启动试验有关开关、保护等一、二次设备进行全面检查，确保运行正常；
3.四川省调、自一里电厂、天明变电站及江油电厂有关人员要熟悉试验方案，要根据系统试验方案提前制定现场安全反事故措施和事故处理预案；
4.试验期间川西断面按2300MW控制；
5.天明站单母线运行期间控制220kV宝丰西+赤丰线+袁天线＋赤天二线断面功率在250MW以内；宝珠寺电厂至少开1机；宝珠寺电厂出力不超过550MW；
6.黑启动试验系统与运行系统有可靠的断开点，即：
黑启动期间天明站正常运行元件倒至220kVI母运行，仅试验设备里天线266DL、江天线262DL上220kVII母运行，试验期间天明母联212DL保持冷备用；江油电厂正常运行元件倒至220kVII母运行，仅试验设备江天线265DL、#1启动变205DL在220kVI母运行，母联260DL保持冷备用；试验完成后，天明变电站220kV母联212DL为试验系统与运行系统的并列点，并列后，在江油新厂220kV母联260DL将试验系统与运行系统合环运行；
7.试验期间相关试验厂站应严密监视220kV系统电压不得超过260kV，否则立即汇报试验负责人断开自一里电厂里天线252DL；
8.自一里电厂严密监视试验机组转子、定子电流及10kV、220kV电压，一旦发生自励磁等异常情况，立即断开里天线252DL，终止试验；
9.自一里、江油电厂在倒换厂用负荷时，必须遵循“停电换电”的原则，试验系统与运行系统严格隔离，防止试验系统与运行系统通过厂用电并列；
10.为保证黑启动机组稳定运行，黑启动机组每次增加冲击负荷不宜过大。
根据相关文献以及对本次仿真结果的分析，每次增加冲击负荷量宜控制在黑启动机组容量的5%以下，即：
3.25MW，为了保证小系统的频率、电压的稳定，本次试验时，江油电厂在投入负荷量最大的给水泵（容量：
5.25MW）时，应先将厂用6.6kV母线电压调整至上限7.22kV（优先调整#1启动变分接头），黑启动系统频率调整至50.2HZ；
11.各试验和测试现场严格按照试验方案执行，不得擅自变更试验接线、变更试验测试项目，确须调整，须经试验领导小组批准；有关试验的一、二次接线应由专人负责检查；
12.试验期间如遇正常运行电网发生异常或事故，应根据省调当值调度员指令立即中止试验；若江油电厂正常运行机组或母线、天明正常运行母线发生故障事故停运，则根据省调当值调度员要求，中止试验，将试验系统设备交由省调当值调度员操作；
13.如果黑启动试验系统发生异常或事故，应立即中止试验，并汇报省调当值调度员和试验领导小组，异常或事故处理完毕后由试验领导小组决定试验是否继续进行；
14.试验系统如发生黑启动机组调速、励磁系统波动且改变调速、励磁系统控制模式后仍不能稳定，试验工作组应立即指挥将江油新厂试验厂用负荷切除，解列自一里机组，并汇报试验领导小组，由试验领导小组决定试验是否继续进行。
一十一、黑启动试验系统建立
自一里电厂：
1．#1机组解列带厂用电；
2．#2机组备用。
厂用电400V备自投装置切除，厂用电二段倒为柴油发电机供电。
倒换厂用电前，出线洞及通风洞风机退出运行，技术供水切为#1泵运行，渗漏排水泵切为#1泵自动；
3．拉开220kV里天线252DL热备用，重合闸停用；
4．将#1B201DL由运行转冷备用（注意合上#1B2019G中性点地刀）；
5．将#2B由运行转冷备用（注意合上#2B2029G中性点地刀）；
6．核实#1B、#2B档位置于4档。
220kV天明变电站：
1．将220kVII母除220kV里天线266DL、江天线262DL外其余运行元件倒至220kVI母运行，220kV母联212DL转为冷备用状态，220kVII母PT投入运行；
2．将220kV里天线266DL保持运行于220kVII母，拉开江天线262DL热备用于220kVII母，220kV里天线266DL、江天线262DL重合闸停用。
江油电厂：
1．若#31试验机组运行，则解列江油#31机组备用；
2．厂用6.6kV系统由“1”切换为“2a”状态；
3．启动事故柴油发电机带#31机组事故保安段07LLA段负荷正常；
4．停运所有＃31机组6.6kV电动机负荷；
5．手动断开20LGA00
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