河北省南部电网黑启动试验方案研究

河北省南部电网黑启动试验方案研究

越来越多的大型停电站事故表明，在停止运行后，尽快恢复电力，可以大大减少经济损失。黑启动是保证电力系统大面积停电后快速恢复供电的有效措施。黑启动是指整个系统因故障停运后,不依赖其他电网的帮助,通过系统中具有自启动能力机组的启动,带动无自启动能力的机组,逐步扩大电力系统的恢复范围,最终实现整个电力系统的恢复。在河北张河湾蓄能发电有限责任公司(简称“张河湾电厂”)4台机组投产后,河北省南部电网(简称“河北南网”)开展了以张河湾电厂为启动电源的黑启动研究,制定了详细的黑启动试验方案和调度执行方案,在进行了带张廉线(张河湾-廉州)零起升压试验的基础上,2010年11月3日河北南网成功进行了黑启动试验。1河北南网试验路径选择河北南网以220kV系统为主网架,有多条500kV线路与周边地区互联,除张河湾电厂外,其他具有自启动机组电厂的容量较小,线路出线电压等级偏低,不适合直接作为主网的黑启动电源,因此河北南网选择张河湾电厂做为黑启动电源。张河湾电厂通过500kV张廉线接入河北南网500kV系统。根据黑启动子系统选择原则,结合河北南网的特点,选择了1条距离短、操作次数少、操作时间短的黑启动试验路径,具体为:张河湾电厂1号机组-500kV张廉线-廉州500kV变电站1号母线-廉州500kV变电站2号主变压器-廉州500kV变电站220kV2A母线-廉龙Ⅱ线-龙岗220kV变电1号母线-裕龙Ⅰ线-裕华热电有限责任公司(简称“裕华热电厂”)220kV1号母线-裕华热电厂1号主变压器-裕华热电厂1号机组(见图1)。经过理论计算和分析选择该试验路径,河北南网正常运行系统可以安全可靠运行,电网不会发生失去稳定的问题,张河湾电厂机组带空线路零起升压时,不会发生自励磁现象,试验过程中引起的工频过电压、谐振电压均在允许范围之内。2黑启动测试流程2.1保证试验的安全顺利进行由于河北南网黑启动试验需要跨越500kV和220kV2个电压等级,由此会产生带电方式选择、工频及操作过电压控制、机组自励磁可能性、试验组织协调配合等一系列问题,因此需要开展大量前期工作,对黑启动时可能出现的问题进行分析,并采取必要的措施,以保证试验的安全顺利进行。a.由于试验中500kV线路的容升效应,以及容量为750MVA的500kV变压器可能对黑启动子系统产生不利影响,采取抽水蓄能机组带线路零起升压的带电方式,避免空充500kV线路产生操作过电压,以及变压器涌流对机组产生的巨大冲击,并且在廉州500kV变电站投入1组60Mvar的低压电抗器,来平衡500kV线路产生的容升效应。b.由于水电机组和火电机组调节性能的差异,在裕华热电机组并入试验系统前,为防止2台机组之间出现功率和电压摆动,引发黑启动子系统频率、电压振荡,将张河湾电厂机组调速器置自动状态,励磁调节器置手动状态,裕华热电厂机组调速器置手动状态,励磁调节器置自动状态。c.对试验过程中的直流电源、试验专用通信系统、继电保护运行方式、子系统隔离、安全注意事项、应急管理等方面进行安排部署。2.2黑启动试验试验从2010年11月3日凌晨开始,5时30分各部门人员到位,6时开始试验子系统隔离,11时5分隔离完成,11时8分张河湾电厂机组启动建压,13时15分建压完成,14时2分裕华热电厂并机成功,经过3min稳定运行,14时5分,裕华热电厂1号机组与张河湾电厂1号机组顺利解列,黑启动试验结束。具体实施步骤如下:a.检查相关试验设备是否满足黑启动要求,从电网系统中隔离此次试验的路径。b.作为黑启动电源的张河湾电厂1号机组在不依靠外界情况下进行自启动,然后通过预定的路径充电至裕华热电厂出口母线。c.裕华热电厂1号机组与张河湾电厂1号机组并列运行,调整该黑启动子系统的电压、频率。d.黑启动试验相关设备恢复正常运行。3运行情况及安全运行情况河北南网黑启动试验过程中,张河湾电厂1号机组和裕华热电厂1号机组运行稳定,各项运行参数均在规程要求范围内,黑启动子系统未发生过电压、自励磁现象,各继电保护及安全自动装置运行正常,未发生误动作情况。3.1止升降过程仿真零起升压过程中,随着张河湾电厂1号机组机端电压的缓慢升高,机组进相深度不断加大,为利于水电机组和火电机组并列,当裕华热电厂母线电压达229kV时,张河湾电厂停止升压,此时机组运行稳定,各参数均在正常允许范围内,机端电压为15.38kV,机组无功功率为-23.3Mvar,机组频率为50.3Hz,试验过程各监测点电压波形见图2,各监测点功率波形见图3。试验前,利用BPA电力系统分析软件建立河北南网黑启动模型,对其进行仿真计算,仿真计算用设备参数采用设备实际运行参数,利用BPA电力系统分析软件计算潮流见图4。带线路零起升压过程稳定后,各监测点的测量结果与BPA电力系统分析软件计算结果基本相同。试验测量结果与BPA软件计算结果对比数据见表1。3.2kv系统试验在水电机组和火电机组并列运行时,由于火电机组主蒸汽门打开,黑启动路径上各点电压稍有升高,但在2台机组自动励磁调节器的作用下,在约1s内系统电压趋于稳定,接近正常运行水平,500kV系统张廉线电压最大、最小值分别为528.1kV和521.8kV,最大压差为6.3kV;裕华热电厂220kV母线电压最大、最小值分别为231.8kV和229.1kV,最大压差为2.7kV。由此可见,黑启动试验时,在廉州500kV变电站投入的1组60Mvar低压电抗器对抑制系统过电压及平衡500kV张廉线线路容升效果明显,并网时各监测点电压波形见图5。水电机组和火电机组并列运行时,2台机组间的有功功率波动幅度最大为14MW,无功功率波动幅度最大为4.9Mvar,均在正常波动范围之内,未发生功率振荡现象,并网时各监测点功率波形见图6。4试验方案制定结果a.试验前开展的安全、技术及组织措施,为试验安全顺利进行奠定了坚实基础。b.试验测试结果与利用BPA软件仿真计算结果基本相同,说明黑启动试验前的理论仿真计算可以为试验方案的制定提供