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安徽电网黑启动研究与试验

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安徽电力调度通信中心
安徽省电力科学研究院

安徽电力调度通信中心 详细科学内容

目 录

一、安徽电网黑启动研究与试验研制背景 2
二、安徽电网黑启动研究与试验研制目标 3
三、安徽电网黑启动研究与试验研制过程 4
（一）安徽电网黑启动方案研究的研制过程 4
1、安徽电网黑启动研究的方案确定 4
2、启动路径的确定 4
3、黑启动方案的计算校核 4
4、地区电网及发电厂全停方案制定 4
二）安徽电网黑启动试验的研制过程 4
1、试验方案的设计与论证 4
2、试验步骤的确立 5
3、第一阶段试验 6
4、第二阶段试验 6
四、安徽电网黑启动研究与试验研制成果 7
五、安徽电网黑启动研究与试验推广情况 9

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安徽电力调度通信中心 详细科学内容
安徽电网黑启动研究与试验技术内容
一、安徽电网黑启动研究与试验研制背景
1、电网黑启动的含义
电网黑启动是指复杂电网因故障或由小扰动触发引起电力系统连锁故障，而导致电网大面积停电后，通过在系统中具有自启动能力的机组启动或者利用外来电源，带动无自启动能力的机组，逐步扩大系统的供电恢复范围，最终实现整个系统的恢复和供电。
2、电网黑启动的意义
近几年国际上频发大面积停电事故，给我们的电网安全敲响了警钟。发生2003年8月14日美加大停电后，胡锦涛总书记指出：“有备才能无患。我们应吸取美加停电事故的教训，认真研究我国电力系统安全问题，完善应急处理机制，确保电力生产和输配的安全。”温家宝总理指出：“要认真分析研究美加大停电的情况，从中得到有益的启示。抓紧建立我国电力系统应急处理机制，做到未雨绸缪，防患于未然。此事关系国家安全、社会稳定和生产、生活秩序，必须高度重视，进行全面、系统、周密的研究，提出相应对策。”今年“5.25”莫斯科大停电事故再次给我们以警示，我们必须高度重视电网的安全，在加强调度和安全生产管理的同时，必须建立起应对电网大面积停电事件的应急机制，有效控制事故蔓延。事故情况下，电力部门应能尽快恢复电力供应。近日，国家印发了《国家处置电网大面积停电事件应急预案》，各地区各部门应针对本地区实际情况制定相应的反事故措施和预案。
3、电力安全生产形势
国际上大停电事故频繁发生，为我们的电网安全敲响了警钟。2005年随着夏季用电高峰的到来，华东地区电力缺口在1600万千瓦，大量的设备长时间满负荷运行，电煤供应不足和煤质下降，长期以来电网建设投资不足造成的网架薄弱，都成为了电网安全稳定的隐患，使得今年电力安全生产形势十分严峻。
4、安徽电网黑启动研究与试验的必要性
面对如此严峻的安全生产局面，安徽电力公司领导高度重视电网安全运行和技术反措，本着“安全第一，预防为主”的原则，除了加强电网运行调度管理外，积极开展电网黑启动预案的制定。为做好电网全停事故下全省电网的黑启动预案，2003年初省公司成立安徽电网黑启动研究专项科技项目组，2004年11月在省公司领导的统一协调和领导下，安徽电网“黑启动”试验研究作为省电力公司的重点科研项目全面启动。2005年下半年，完成安徽电网黑启动方案的编制与黑启动试验。

二、安徽电网黑启动研究与试验研制目标
安徽电网首次“黑启动”试验研究，属于电网安全、技术反措范畴，是为了防止电网大面积停电事故筑起的最后一道防线。
安徽电网黑启动方案研究目标：
1、在安徽电网或华东电网全停时，在第一时间为事故处理和系统重建提供基本条件，并尽快恢复安徽省会合肥市以及周边地区的重要负荷的供电；
2、为我省电网黑启动预案的制定提供技术支撑；
安徽电网黑启动试验目标：
1、试验小容量水电机组作为黑启动电源，启动大容量火电机组，为重要负荷的快速恢复提供保证，为电网的恢复提供电源的可行性；
2、通过这次试验研究，使相关厂站的调度及运行人员对电网黑启动有更加深刻的感性认识，提高现场运行人员处理系统突发重大停电事故的能力；
3、获得应对重大电网事故的实际操作经验。

三、安徽电网黑启动研究与试验研制过程
（一）安徽电网黑启动方案研究的研制过程
1、安徽电网黑启动研究的方案确定
根据电网全停的边界条件的划分，把安徽电网黑启动方案，分成华东电网全停的安徽电网黑启动方案；安徽电网全停的安徽电网黑启动方案；安徽江北电网全停的黑启动方案，共三大部分。
2、启动路径的确定
收资调研，确定启动电源和被启动的电厂，确定启动路径。并于2003年底，完成主网黑启动方案的编制。
3、黑启动方案的计算校核
进行有关的自励磁、过电压、低频振荡、主变分接开关调整等计算。并于2004年完成主网黑启动方案的计算校核与完善。
4、地区电网及发电厂全停方案制定
各有关单位编制试验方案和事故预想及处理方案等，并于2005年5月完成地区电网和发电厂全停恢复方案。
（二）安徽电网黑启动试验的研制过程
1、试验方案的设计与论证
安徽电网黑启动研究与试验研究作为安徽省电网黑启动预案的核心部分，在事故情况下，首先要保证尽快恢复省会合肥的电力供应。围绕以上工作目标，进行了方案论证，确定了由皖西响洪甸抽水蓄能电站（40MW机组）黑启动，经4条220kV线路共计137.57公里，送电至合肥电厂，起动合肥电厂#4机（125MW机组）的皖中地区黑启动试验路径和方案。
安徽省电网结构薄弱，参加试验的合肥电厂设备比较陈旧，高压备用变压器又是直接接于110kV母线，使得试验方案复杂、涉及面广、影响大，不可预见因素增多。鉴于此，省公司组织电科院、中调所、响洪甸蓄能电站、合肥电厂、合肥供电公司、六安供电公司等专业人员对试验方案反复论证和分析，决定将安徽电网黑启动研究与试验分成两部分实施。首先进行作为起动电源机组的黑启动试验，在此基础上再进行水电机组为大容量火电机组提供厂用电，起动火电机组的试验。在方案制定过程中，我们汲取了其他网、省公司黑启动试验的经验教训，经过大量的分析和论证，提出只用一台蓄能机组作为起动电源的大胆想法，根据我省网架薄弱和即将开始迎峰度夏的电网实际运行情况，在国内首次提出了用旁路母线搭建试验小系统，起动电源机组带试验小系统零起升压的方案，此方案具有便于操作，利于系统保护整定，对运行系统影响小、对设备冲击小，黑启动成功性高的特点的特点。也适合于电网重大事故情况下的应急反应。
2、试验步骤的确立
安徽电网黑启动研究与试验目的，就是要看小容量水电机组能否作为黑启动电源，启动大容量火电机组，为重要负荷的快速恢复提供保证，为电网的恢复提供电源。通过这次试验研究，使相关厂站的调度及运行人员对电网黑启动有更加深刻的感性认识，提高现场运行人员处理系统突发重大停电事故的能力；为我省电网黑启动预案的制定提供技术支撑；使我们取得应对重大电网事故的实际操作经验。
第一步：确定“黑启动”子系统，恰当地选择“黑启动”路径。确定子系统内具有自起动能力的机组作为起动电源。
第二步：对“黑启动”子系统在启动过程中，各工况条件下进行安全校核计算。（起动机组带空线时，机组是否会发生自激磁。可能出现的过电压是否在允许范围内及控制措施。）
第三步：在理论计算基础上，编制《安徽电网“黑启动”试验大纲》，并根据确定的试验方案和试验大纲，编写配套的《安徽电网“黑启动”试验调度方案和事故处理预案》。
第四步：制定出适合黑启动试验的保护配置方式及其相关的保护定值。制定出黑启动试验过程中调度、保护及通信方案。
第五步：完成作为起动电源机组的“黑启动”自带厂用电试验。测试起动机组调速系统和励磁系统性能以及厂用系统和辅助系统能否保证机组稳定起动。
第六步：研究作为起动电源的机组“黑启动”成功后，如何送电至省网内其他火电厂，恢复火电机组。进行起动电源机组带负荷能力试验。测试起动电源机组带火电厂用负荷工况下，子系统电压、频率的稳定性。
第七步：火电机组起动后，监测子系统内部运行的稳定性。测试研究在双电源小系统内由于水电、火电机组转速不同，调速器、励磁调节器的调节品质不同，是否会出现低频振荡问题。
第八步：根据试验中的测试数据对试验进行分析总结，得出试验结果和结论，为安徽电网黑启动预案制定提供技术支持。
3、第一阶段试验
二〇〇五年六月四日开始第一阶段试验。
内容包括：组建由响洪甸蓄能站#5机（型号SFD40/55-40/36-7600，额定功率40MW，额定容量45.714MVA，定子电压10.5kV）带响六2823线（220kV）的试验系统；用柴油发电机带响蓄电站厂用电；响蓄#5机组按试验方案规定的黑启动程序开机并带试验系统零起升压；进行响蓄#5机AVR由手动转自动，再由自动转手动的切换试验。进行第一阶段试验的目的是测试柴油发电机带厂用电的能力，测试响蓄#5机黑启动的能力，测试黑启动机组调速系统和励磁调节器的调节能力，能否保证试验系统的稳定。为第二阶段试验积累经验，做好技术储备。
4、第二阶段试验
二〇〇五年六月十二日开始第二阶段试验。
第二阶段试验完成了用柴油发电机带响蓄厂用电；响蓄#5机黑启动开机并带试验系统零起升压；由响蓄5机为合肥电厂#4机提供厂用电，完成了响蓄#5机（型号SFD40/55-40/36-7600，额定功率40MW，额定容量45.714MVA，定子电压10.5kV）作为启动电源启动合肥电厂#4机（型号QFS—125—2，额定功率125MW，额定容量147MVA，定子电压13.8kV）。合肥电厂#4机开机并入黑启动系统，8分钟后合肥电厂#4机按计划解列停机，整个试验成功。
四、安徽电网黑启动研究与试验研制成果
1、结合安徽电网特点，对电网的黑启动方案展开了详细的分析论证，确定了“分层、分区” 恢复的原则，在全网范围内采用分区并举的快速恢复思路，并制定了全网的“黑启动” 方案，使得全网黑启动时间大幅缩短至4－5个小时。
2、响蓄机组作为黑启动电源，基本避免了普通水电站枯水期或泄洪时影响机组发电的情况。可作为启动的可靠电源。
3、合肥是安徽省省会，是安徽省政治、经济、文化中心，是安徽省电力调度中心所在地，也是重要负荷的集中地之一。合肥电厂位于合肥市境内，旁邻合肥第二发电厂(2×350MW),距合肥百余公里的淮南是安徽最重要的电源基地，启动合肥电厂的机组有利于快速恢复重要负荷的供电，同时有利于省网主力电厂的快速恢复，有利于主网架的尽快恢复。
4、试验结果表明，本次试验利用4条220kV线路及相关变电站旁路母线构筑的220kV试验通道合理，一是对运行系统的影响最小，二是减少保护调整的工作量，只需调整试验通道两端的保护定值，保护配置和修改简单明了。降低了保护误动的可能性，提高了试验的成功率。
5、整个黑启动试验采用零起升压的方式，优点：一是一旦电网需要黑启动时，各有关单位和部门可按照电网黑启动预案分别各自操作，减少了逐段冲击线路、主变的操作时间，利于电网的尽快恢复；二是避免了冲击空线和主变而产生的操作过电压和谐振过电压，大大提高了黑启动成功的概率，加快了电网恢复时间，提高恢复过程的稳定性。
6、本次黑启动试验长达数小时，很多时间是记录试验数据和巡视检查设备所需，根据本次试验结果分析，合肥电厂每启动一台辅机，电压和频率的波动时间不超过6s。一旦电网需要黑启动，机组可按黑启动预案快速启动。
7、响蓄站柴油发电机能够保证响蓄站厂用电需要。响蓄#5机具有较强的进相运行能力，作为安徽电网黑启动电源是合适的。实际试验证实，响蓄#5机完全能够胜任启动合肥电厂#4机的任务。
8、试验结果表明，试验方案中在各阶段对参加试验机组的调速、调压系统的设置是合理的，对试验小系统频率、电压的控制策略非常成功，试验方案具有实际操作价值。
9、安徽电网首次“黑启动”试验圆满完成，为安徽电网黑启动预案的制定提供了技术支持，力争做到有备无患，防患于未然。黑启动试验和应急预案研究与编制，建立健全了安徽省电力公司的应急机制，为突发大面积停电事故情况下，及时准确处理故障提供了方法，使得各项应急工作有章可循，为尽可能快地恢复供电、保持社会稳定、减少经济损失提供了技术保证和制度保证。

五、安徽电网黑启动研究与试验推广情况
1、 安徽电网全停恢复方案已下发到地区电网、发电厂；
2、 安徽电网黑启动试验的结果与经验，能够使得安徽主网黑启动方案不断的完善；
3、 安徽电网黑启动试验形成的响洪甸小系统的经验，今后将推广到港口湾小系统、陈纪小系统、安庆小系统和六安小系统等多个孤立小系统。系统一旦发生故障将多点恢复，齐头并进，缩短黑启动时间；
4、 安徽电网黑启动试验所采用的“零起升压”技术将提高电网恢复的成功率和稳定性，从而提供黑启动的成功率，其先进经验可以推广。