大盈江四级水电站2号机组黑启动试验方案

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1、盈江县多源水电开发#大盈江四级水电站2号机组黑启动试验方案云南电力技术2015年03月23日10 / 13盈江县多源水电开发#大盈江四级水电站2号机组黑启动试验方案1 概述水电站黑启动的目的是为防范各种人为与自然灾害或电网设备故障等因素造成电网大面积停电,在水电站全站失压时,做到迅速、有序的正确处理事故以与快速恢复水电站的厂用电、实现对电网送电,最大程度降低电网停电造成的损失.水电站黑启动是指在厂用电消失的情况下,利用水轮发电机组的自身特点或利用电厂事故备用电源如柴油发电机等完成机组启动、建压、恢复厂用电并对外配合调度恢复电网送电的过程.根据云南电网公司的有关规定和要求,大盈江四级水电站所在电

2、网发生大面积停电时,要求在无外供电的情况下通过黑启动恢复电站厂用电,并且在电站厂用电恢复后具备对外送电能力,以降低电网的损失.因此,要求电站通过对机组进行黑启动试验,测试机组黑启动特征参数,调速与励磁系统带厂用电运行能力,从而验证机组的黑启动能力,以保证在发生电网瓦解事故情况下能够安全、快速启动机组并具备对电网送电能力.2 电厂与机组概况盈江县多源水电开发#大盈江四级水电站位于德宏州盈江县境内的大盈江干流下游河段,地处深山峡谷,是大盈江干流中国境内规划的最后一个梯级电站.电站属径流引水式电站,最大坝高为35.5m,水库正常蓄水位585.0m,死水位584.0 m,相应库容约15.99104立方

3、米,不具有调节能力,在系统中担负基荷运行.电站引水隧洞全长13974.5m,设计引用流量292立方米/秒,装机容量为5175MW,共875MW,保证出力92.21MW,多年平均发电量34.18亿kWh,装机利用小时4883h.电站500kV主系统采用GIS设备,四角型接线,一回出线,线路全长50km至500kV太平德宏变电站.发-变组采用单元接线,1号、2号、5号发-变组,3号、4号发-变组分别组成联合单元接入500kV母线.电站厂用系统由厂区供电、调压井供电、新村、坝区、沉砂池供电系统组成.其中厂区供电系统由3台厂用变组成,1号厂用变1CB电源取自2号发电机组13.8kV母线,供厂区400V

4、主盘A段,2号厂用变2CB电源取自4号发电机13.8kV母线,供厂区400V主盘 B段,5号厂用变5CB取自5号发电机组13.8kV母线,供5号机组400V主盘A段,5号机组400V主盘B段由厂区400V 主盘B段供电,正常运行时,厂区400V主盘A段、B段分段运行,A、B段之间设备自投装置,5号机组400V主盘A段、B段分段运行,两段之间设备自投装置；3号厂用变3CB经升压至35kV后供调压井、坝区、沉砂池用电,由400V C段供电,电源由厂区400V主盘A段或B段供电,另由1号发电机组13.8kV母线侧设4号厂用变4CB至35kV坝区施工时留下,外来35kV电源取自户撒河四级站35kV开关

5、站,作为厂房、调压井、沉砂池、坝区的备用电源；生活区400V电源由400V主盘B段供电,新村供电由生活区400V经生活区变与新村变供电.当厂用电400V主盘 A、B段母线均失电时且500kV系统无法倒送时,手动启动柴油发电机,经出口403开关向厂区重要负荷供电.机组与柴油发电机相关技术参数如下：（1） 水轮机技术参数型号HLTF5008-LJ-380额定出力178.6MW额定流量m3/s67.8最大水头Hmaxm331额定水头Hrm289最小水头Hminm285转轮公称直径mm3814尾水管型式弯肘型尾水管蜗壳型式金属蜗壳额定工况点效率93.03%水轮机最大功率Nmaxr/min204MW比转

6、速mkW106.4最大水头时轴向最大推力F490t（2） 发电机技术参数技术参数型号SF175-20/7050型式三相 立轴、半伞、凸极、混流同步发电机额定容量200000kVA额定电压13800V额定电流8368A功率因数cos0.875相数3额定转速300r/min飞逸转速542 r/min额定频率50Hz励磁方式静止可控硅额定励磁电压371V额定励磁电流1370A空载励磁电压175V空载励磁电流755A定、转子绝缘等级F/F发电机效率额定工况98.73%发电机冷却方式密封循环空气冷却推力轴承冷却方式外循环油冷却发电机制动方式机械制动发电机旋转方向俯视顺时针制造厂家东芝水电设备杭州#（3）

7、 调速器与油压装置技术参数电气柜交流输入电源220V AC直流输入电源220V DC测频方式PT测频/齿盘测频永态转差系数bp010%频率给定范围fg45Hz56 Hz功率给定范围Pg0120%开度限制整定范围0100%频率人工死区f01%转速死区ix0.02%接力器不动时间Tq0.18s静态特性曲线非线性度误差5%比例增益Kp0.520积分增益Ki1/s有级可调微分增益Kd05s机械柜型号WDT-100-6.3主配压阀活塞直径100 mm接力器行程247mm额定工作油压6.3MPa导叶接力器全开启时间2s25s导叶接力器全关闭时间2s25s油压装置型号额定油压6.3MPa压力罐设计压力6.9

8、3MPa压力罐容积4.0 m3回油箱容积5.4 m3电动机额定功率55 kW电动机工作电压AC380V（4） 励磁系统电站采用广科所EXC9000型励磁系统,由励磁调节柜、励磁功率柜、灭磁开关柜、非线性电阻柜柜、励磁变压器与测量用PT、CT组成.励磁调节器有两个自动电压调节通道和一个手动调节通道C,三个通道从测量回路到脉冲输出回路完全独立,自动电压调节通道含自动和手动单元,手动控制模式主要用于调试,或作为在AVR故障时的备用控制模式；三相全控整流桥功率柜两个,整流功率柜励磁风机电源有两路,分别取自机组自用电A、B段,正常运行时,二个功率柜应全部投入,并联运行；整流功率柜冷却方式为双风机循环主备

9、用强迫风冷；当功率柜输出电流大于100A时,自动启动风机；当功率柜输出电流小于50A,延时5分钟,风机自动停运.非线性电阻用于吸收事故灭磁时转子中的能量和事故过程中的反向过电压；非全相保护装置用于吸收机组非全相运行所产生的过电压.励磁系统的主要技术参数空载励磁电流755A空载励磁电压175V额定励磁电流1370A额定励磁电压371V励磁顶值电流2740A励磁顶值电压742V功率整流柜的主要技术参数型 式三相全控整流桥单柜额定输出2000A整流柜个数2个单柜强励输出3000A强励时间30s停风机运行时间2h磁场断路器的主要技术参数磁场断路器型号E3H-2000A操作电压DC220V励磁变压器的主

10、要技术参数型 式单相环氧干式变压器容量600kVA单相高压侧额定电压13.8kV低压侧额定电压670V接线方式Yd11绝缘等级F级（5） 柴油发电机主要技术参数柴油发电机型号CM440S额定容量500kVA额定功率400kW额定功率因数0.8额定电流722A额定电压400V额定电流793.9A额定转速1500r/min额定频率50Hz三相无刷交流同步发电机型号MWL34540 36ZS1备用功率550/440kW温度25C励磁电压42V励磁电流4.2A3 试验方案确定3.1黑启动流程说明若电厂500kV所接入的太平德宏地区电网发生故障,地区电网解列,电厂500kV出线与500kV母线失压,此时

11、电厂五台机组处于停机态,全厂与坝区厂用电消失.电厂按电网调度命令,以2号机组作为黑启动机组,借助机组自身特点或电厂备用电源,启动2号机组,利用2号机组带厂用电方式恢复厂区和坝区交流电.在厂区厂用电恢复后,根据调度命令决定是否将其余机组开启至空载运行态,并逐步恢复地区电网供电.3.2 试验范围确定 从大盈江四级水电站黑启动流程来看,在厂用电消失的情况下,安全、快速地启动2号机组,并依靠2号机组恢复全厂交流电,是电厂黑启动能否成功的关键.由此,此次黑启动试验侧重考验在厂用电消失情况下电厂依靠机组自身特性或辅助电源启动2号机组并依靠2号机组恢复厂用电的能力.因此确定此次黑启动试验在以下条件下进行：1

12、2号机组为黑启动试验机组,试验期间1号、3号、4号、5号机组停机备用；22号机组与系统可靠隔离：拉开2号主变高压侧50026隔离开关；3试验期间500kV系统、1号主变、3号、4号、5号主变仍保持正常运行状态；当2号机组启动成功,通过2号机组恢复全厂厂用电,则黑启动试验成功.3.3 试验方法确定大盈江四级水电站2号机组黑启动试验方法有两种,第一种方法是使用柴油发电机作为机组启动试验电源,完成黑启动试验；第二种方法是利用机组调速系统油压装置剩余油压和直流系统等,在不依靠柴油发电机的情况下,手动操作完成黑启动试验.经与电厂沟通,明确此次黑启动试验采用第一种方式,具体试验思路如下：首先完成2号机组与

13、系统的电气隔离；然后模拟厂区400V主盘A段母线、2号机组自用电、公用系统、照明系统、水泵与空压机系统全部失电；启动柴油发电机恢复厂区供电；2号机组自动开机至空转状态,之后2号发电机带2号主变和1号厂用变1CB手动起励升压至额定电压；依次恢复厂区400V主盘A段、公用系统、照明系统、水泵与空压机系统等电源,检查和考验2号机组带厂用电运行情况；机组解列、灭磁与停机,恢复各项安全措施与正常运行方式,黑启动试验结束.4 试验前期准备工作4.1明确试验组织机构盈江县多源水电开发#明确本单位的黑启动试验工作负责部门并指定负责人,同时与云南电力技术公司以与云南电力调度控制中心进行配合协调,做好了黑启动试验

14、前的准备工作.4.2编制黑启动试验方案 拟定大盈江四级水电站2号机组黑启动试验方案.4.3技术资料的准备 大盈江四级水电站负责提供电气主接线图厂用电接线图调速系统用户手册与试验报告、励磁系统用户手册与试验报告、运行规程等与黑启动试验相关的技术资料.4.4柴油发电机准备黑启动试验前检查厂区柴油发电机具备正常运行条件,柴油量配备充足,柴油机输出电压正常,并进行启动试验,保证黑启动试验时柴油机正常启动与持续供电,试验前对柴油发电机进行负荷校核.4.5试验过程中的测试记录工作1） 厂用电400V交流电消失时的时钟时间；2） 厂区柴油发电机启动时间；3） 机组开机的时钟时间；4） 机组达到额定转速的时钟

15、时间；5） 发电机机端建压时的时钟时间；6） 机组交流电源恢复的时钟时间；7） 调速器油压装置油压下降情况；8） 渗漏集水井水位上升情况；9） 直流系统母线电压下降情况；10） 其他必要的数据与时间.5 试验流程与步骤5.1试验条件检查与状态确认1) 检查确认电厂各台机组均处于停机状态且2号机组进水液动球阀处于全关状态；2) 检查确认2号机组调速系统、励磁系统、球阀系统各设备运行正常,无影响机组启动的缺陷和故障；3) 检查确认高、低压气罐压力正常,检查调速器与进水球阀油压装置油压、油位正常；4) 检查确认厂房内渗漏、检修集水井水位正常,如有必要手动启动深井泵排水至较低水位；试验期间可将渗漏排水

16、泵控制方式切为手动,并设专人值守,根据水位情况手动启泵排水；5) 检查确认厂区、坝区、生活区与调压井400V厂用电系统正常；6) 检查确认直流系统、监控系统与UPS电源正常；7) 检查确认高压电气设备与其保护系统运行正常；8) 检查厂区柴油发电机工作正常；9) 解除2号机组调速系统、励磁系统并网信号线.5.2 试验机组与系统隔离操作1 将厂区400V厂用电系统运行方式调整为：厂区400V主盘A段独立运行由1号厂用变进行供电,厂区400V主盘A、B段母联405断路器以与A、C段母联408断路器均处于分闸位且摇出至试验位置；厂区400V厂用电B、C段母线联络运行并由2号厂用变进行供电；2 将1号、

17、2号、3号、4号机组自用电运行方式调整为：A、B段联络运行并由厂区400V主盘B段供电；3 将GIS室配电、公用电运行方式调整为：A、B段联络运行并由厂区400V主盘B段供电；4 将水泵与空压机电源运行方式调整为：A、B段联络运行并由厂区400V主盘B段供电；5 将照明电源、通风设备电源运行方式调整为：由厂区400V主盘B段供电；6 检查厂区400V主盘B段带厂用电运行正常；7 退出厂区400V主盘A、B段间和A、C段间备自投功能；退出400V负荷分盘的备自投功能或双电源自动切换功能；8 断开厂区400V主盘A段进线401断路器,厂区400V主盘A段失电；9 拉开2号主变500kV侧50026

18、隔离开关,并根据调度要求投退相关保护,确保2号发变组与电网系统的可靠隔离.5.3 模拟厂用电消失倒闸操作1 断开2号机组自用电A、B段母联4200断路器,2号机组自用电A段失电；断开2号机组自用电B段进线4222断路器,2号机组自用电B段失电；2 断开公用电A、B段母联4900断路器,公用电A段失电；断开公用电B段进线4922断路器,公用电B段失电；3 断开水泵与空压机电源,水泵与空压机电源消失；4 断开照明电源,照明电源消失；5 检查事故照明系统是否正常投入.5.4 柴油发电机启动与厂用电恢复1） 启动厂区柴油发电机1DG；2） 合上柴油发电机出口403断路器,检查400V厂区主盘A段充电正

19、常；3） 合上照明电源母线进线4601断路器,检查照明恢复正常；4） 合上2号机组自用电A段进线4212断路器,2号机组自用电A段供电恢复；合上2号机组自用电A、B段母联4200断路器,检查2号机组自用电A段带B段联络运行正常；5 合上公用电A段进线4912断路器,公用电A段供电恢复；合上公用电A、B段母联4900断路器,检查公用电A段带B段联络运行正常；6 合上水泵与空压机电源A段进线4701断路器,检查水泵与空压机电源恢复正常；7 可手动启动渗漏排水泵与2号机组调速器油压装置油泵等负载,观察厂用电运行稳定性状况8 全面检查柴油发电机带厂用电运行情况.5.5 试验机组启动与厂用电倒换1 按照

20、运行操作要求,完成2号机组开机前的检查工作；2 2号机组自动开机至空转状态,检查2号机组频率稳定在50Hz附近；3 检查2号发电机出口0211隔离开关处于合闸位置,合上2号发电机出口021断路器；4 退出励磁调节器系统电压跟踪功能,投入零起升压功能,现地手动操作将2号发电机带2号主变2B和1号厂用变1CB起励升压至额定电压,密切监视励磁功率柜中可控硅的温度,检查功率柜风机投入正常；5 机组升压至发电机额定电压后,断开柴油发电机出口403断路器,然后合上厂区400V主盘A段进线401断路器,检查厂区400V主盘A段供电恢复正常；6 检查2号机组自用电、公用电、照明电、水泵与空压机动力电源恢复正常

21、；7 手动启动渗漏排水泵与调速器、球阀油压装置油泵等负载,观察厂用电运行稳定性状况；全面检查2号机组带厂用电运行情况.5.6 厂用电切换与机组停机1 断开400V厂用电A段进线断路器401,合上柴油发电机1DG出口断路器403,检查柴油发电机带厂用电运行正常；2 断开2号发电机出口021断路器；3 机组按照运行操作顺序,完成灭磁与停机流程,检验机组停机过程是否正常； 4 按照倒闸操作要求,恢复系统带厂用电,柴油发电机停机；5 检查各系统运行情况,无异常后汇报调度,根据调度指令恢复电厂正常运行方式,黑启动试验结束.6 危险点与防范措施危险点1：厂用电合环运行防范措施：试验小组全面分析讨论并梳理操

22、作流程,明确需要退出至试验位置的断路器,电厂根据运行操作要求提前办理操作票；试验过程所有操作必须由电厂指定的运行人员进行操作；倒闸操作前,应认真确认核实各断路器特别是厂用电400V主盘A段各进线断路器和联络断路器、隔离开关状态,严格按照操作票逐项进行,操作过程监护到位,操作项目完成后应复查操作设备的状态和位置,避免机组自身电源、电网系统电源、柴油发电机电源之间合环运行的情况发生.危险点2：厂内渗漏集水井水位异常防范措施：试验前,检查确认厂房渗漏排水系统排水泵与控制柜工作正常,检查渗漏集水井水位上升速度在允许范围内；试验前可将集水井水位排至停泵水位,试验中密切关注渗漏集水井水位情况,安排专人值守

23、；试验过程中如果厂用电长时间未恢复,且渗漏集水井水位上升速度过快接近水位过高报警值,则应迅速启动相应的应急处置措施,使用厂用电400V 主盘B段作为事故备用电源,紧急情况下快速恢复厂用电与渗漏排水系统供电,并紧急排水.危险点3：大坝水位异常防范措施：检查35kV外来电源和坝区柴油发电机工作正常；试验前掌握上游天气变化情况,如果水库水位偏高,可在试验前向调度申请多台机组运行,拉低水库水位；试验期间电厂指定专人值守,密切关注水库水位变化情况,遇到异常状况与时报告试验组长,紧急情况下可开启泄洪闸门.危险点4:柴油发电机运行异常防范措施：试验过程如果柴油发电机工作异常或故障,厂用电系统运行不稳定,无法

24、满足机组黑启动要求,则应立即停止试验,待查明原因并处理正常后,重新进行试验.如柴油发电机故障无法消除,则根据现场实际情况,经评估后决定是否可采用不依靠柴油发电机,仅依靠调速器、球阀油压装置残余油压与电厂直流系统等,完成机组黑启动试验的方式.7试验组织与分工试验由盈江县多源水电开发#大盈江四级水电站,云南电力调度控制中心、云南电力技术#等相关人员组成黑启动试验工作小组.7.1 机组黑启动试验由大盈江四级水电站全面负责,并由电厂指定部门负责试验协调工作；7.2 大盈江四级水电站负责试验全过程安全监督并负责制定和实施现场安全措施；7.3 大盈江四级水电站负责试验现场配合与协调工作工作票办理、操作票办

25、理、执行安全措施、保护投退操作、试验人员协调等；7.4大盈江四级水电站负责试验有关的操作、监视与与电网调度的联系和协调等；7.5 云南电力技术#负责编写试验方案,并与大盈江四级水电站进行充分讨论,形成最终试验方案,并由电厂上报调度审批,同时负责现场试验的试验数据采集、试验数据整理和计算分析,编写试验报告等工作；7.6 云南电力调度控制中心负责试验方案审批,并在试验时进行调度指挥和指导.8 试验计划时间与参加人员8.1 计划试验时间：2015年04月日至 2015年 04月日 8.2 黑启动试验工作小组黑启动试验工作小组成员： 组 长：副组长：电厂成员：1维护人员： 2运行人员： 云南电力技术试

26、验人员：9 安全注意事项9.1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.试验组各成员分工明确、通信畅通,在试验中遇到问题与时向试验组长进行报告；9.2试验过程电厂所有设备的操作均由指定的有经验的运行人员完成,其他人员不允许操作；9.3 试验过程中,2号机组调速器电气柜、机调柜、励磁系统控制柜、渗漏排水系统控制柜、顶盖排水系统控制柜等派专人值守,发现异常与时向试验组汇报,并进行应急处置；9.4 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,采取必要的应急措施,同时理清试验操作步骤并严格执行；9.5 试验前与励磁系统、调速系统厂家联系确认,掌握黑启动试验与机组带厂用电孤网模式下运行时,调速系统和励磁系统的特殊运行要求；9.6 配备足够数量的对讲机、应急头灯.10 附图附图一：大盈江四级水电站电气主接线图附图二：大盈江四级水电站厂用电接线图