苏北黑启动介绍及黑启动恢复过程注意事项

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摘要：电网一旦发生大停电事故，应快速稳定地恢复系统供电。文章介绍了苏北黑启动系统以及分析黑启动恢复过程中需要注意的一些事项，保证电网安全的运行。

关键词：苏北；系统；黑启动；注意事项

随着电力系统的发展与扩大，电网的安全对国民经济的稳定和发展起着越来越重要的作用。同时，潜在的大电网全停事故发生的几率也在增加，近年来在国际上大停电及我国海南电网全停等事故都为电网的安全运行敲响了警钟。江苏电网近年来的高速发展、500kV及220kV分层分区工作顺利实施都为电网的安全经济运行打下了可靠的基础，同时，我们也看到自然灾害等不可抗拒的因素完全有可能造成江苏电网全网或部分地区电网的崩溃。

一、苏北黑启动系统介绍

电网“黑启动”是指整个电网因遭受极端恶劣情况影响发生崩溃停运后，系统全部停电处于全“黑”状态，此时通过系统中具有自启动能力的发电机组“划亮第一根火柴”，带动稳定可靠的机组发电，用这第一缕电力逐个激活停运电厂，逐步扩大系统的恢复范围，最终点亮整个电网，实现整个系统的恢复和正常供电。据了解，我省电网在苏南、苏中、苏北共建设3个燃油和抽水蓄能发电机组作为“黑启动”电源，包括宜兴抽水蓄能电站、沙河抽水蓄能电站、苏北黑启动电站。

苏北黑启动电站发电机额定容量15.625MVA，是由美国SolarTurbines公司生产的柴油发电机，柴油发电机作为黑启动电源的特点是随时待命且启动迅速，并能很快达到全功率。

根据省公司黑启动电源点的总体布局，在彭城电厂附近的220kV位庄变附近，安装一定容量的燃油发电机，作为苏北地区的黑启动电源点，并在可能发生的电网全黑情况下，启动彭城电厂机组（32万千瓦）。

启动电源点：位庄变两台1.25万千瓦燃油轮机发电机。被启动电源点：彭城电厂的2号机组。

路径（如图所示）：位庄变2台燃油轮机----位庄#0变220kV母线----彭位2611线------彭城电厂220kV正母线----彭城电厂#01启动变----彭城电厂6kV厂用系统。

这条黑启动路径涉及220kV变电所1座，变压器2台，220kV线路1条。220kV线路长度为11.638kM。

二、黑启动原则

（一）目标要求

电力系统恢复的总目标是在最短时间内使系统恢复带负荷的能力，具体要求有两个：尽可能地用最小启动功率启动机组；制定严格的操作票制度，实现操作步骤最少。

（二）恢复方法

一般电网全停后主要靠两种方法来恢复：从周边还有电源的系统取得电源，恢复本地区的电网及主要电厂；利用本电网区域内的、具有自启动能力的电厂首先启动，然后再逐步恢复系统。

（三）方案的制定

在制定黑启动方案时需考虑下列原则：路径中电压转换的次数尽量少；路径长度尽可能短；尽量先启动离重要负荷近的机组；方案开关操作次数尽量少；在启动容量允许的前提下，选择被启动机组容量尽量大；便于主网架的快速恢复。

（四）子系统划分

针对黑启动的具体情况，可以将电网划分成为多个子系统，各子系统内部可以同时进行黑启动操作，以加速全系统的恢复。每一个子系统都应有1个主网架，包括子系统内的黑启动电源、主要电厂、枢纽变电站和重要负荷。划分原则如下：根据电网结构特点和黑启动电源所在的位置合理划分子系统；各子系统至少有1个黑启动电源并具有较好的调频调压手段；各子系统应具有明确可靠的同期并列点，子系统之间具有的合环点需要明确。

（五）电源电厂的选择

选择黑启动电源的电厂应遵循下列原则：尽量选择调节性能好的、启动速度快、具备进相运行能力的机组；优先选用直调电厂作为启动电源，其次选用用户电源；尽量选择接入较高电压等级的电厂；有利于快速恢复其他电源的电厂；距离负荷中心近的电厂。

对于被启动机组，由于要担任恢复系统调频调压责任，故容量上选择不低于100MW的机组。对于350MW以上机组，由于厂用电机功率较大，对于小系统冲击较大，一般也不予考虑。

（六）恢复过程

黑启动中可以把恢复过程分为三个阶段：形成独立的子系统；各子系统的并列与合环；负荷的恢复，最终电网全面恢复正常运行。

三、负荷恢复中的注意事项

（一）应当按照负荷的重要等级，并考虑电网的稳定及恢复速度有序恢复，系统频率应控制在49.5～50.5Hz之间。在调度操作方案中应列出负荷恢复的优先次序和数量，优先保证各级电力调度机构、电厂、通讯部门、党政机关、重点厂矿企业的保安负荷等重要负荷的供电。

（二）电压应控制在0.9～1.1p.u.之间。每一步操作都需要监测重要节点的电压水平。

（三）系统应留有一定的旋转备用容量，旋转备用容量一般不低于系统发电负荷的30%。

（四）采用外网黑启动时，其容量较大、安全稳定余度较高，故黑启动的同时即可恢复部分负荷；采用内部自启动电源进行黑启动时，其容量较小、启动及恢复速度较慢、安全稳定余度较低，故黑启动的同时可恢复的负荷要根据机组的容量及运行要求，密切配合调度人员和电厂运行人员逐步恢复，不能操之过急。

（五）为了保证电网的电压水平，要求电网中的无功补偿设备能根据电压情况进行必要投切，避免远距离输送无功功率。

四、系统要求

（一）初始状态

黑启动调度操作方案中应根据其路径方案明确各黑启动机组、被启动机组的初始状态，以及各厂站、变电站的初始状态。包括防止非同期合闸的操作及措施；黑启动机组、被启动机组应保证直流及安全控制回路正常、机组具备黑启动条件。可以直接由外部受电，并可作为下一级厂站的电源。

（二）二次系统

1．直流系统

电网黑启动过程中，应加强对直流系统的监视和维护，采取减少直流负荷的措施，延长直流电源的供电时间，一般情况下应大于4小时。

2．通信系统

电网黑启动过程中，各级调度机构及厂站应保持通信畅通。但系统全停时，通信系统应立即按照应急机制启动通信应急预案，保证调度电话和继电保护通道的畅通。

3．继电保护

电网黑启动过程中，各保护应充分考虑系统电源问题，以保证在黑启动过程中快速切除故障。对继电保护的要求为：重合闸应退出运行；过电压保护必须投入；低电压和低周保护停用。

4．安全自动装置

系统全停后，原则上退出区域稳控装置中的切除机组、切除负荷出口压板，就地稳控装置的运行状态不变。

5．调度自动化

电网黑启动过程中，调度自动化系统应立即按照应急机制启动自动化应急预案，保证自动化信息的准确、可靠。

五、黑启动决策支持系统

（一）人工制定黑启动方案的弊端

黑启动方案总体制定一般是根据系统的具体情况，人工选择一条或几条黑启动路径，然后分析校验，确定可行的方案。但是有很大弊端：首先，黑启动方案的制定需要进行大量的系算分析并比较，其过程复杂，很难得到最优的方案；其次，由于系统运行工况的多变性，方案难以及时更新，影响方案的可用性。

（二）黑启动决策支持系统的优势

黑启动决策支持系统，是一种借助人工智能搜索技术，结合数值计算方法和优化规划技术设计的一种系统，为调度人员提供一个科学、直观的决策依据，弥补了人工制定黑启动方案的不足。它的一个显著优点是：方案制定者可根据系统的实际状态，快速地修正黑启动方案。

六、结语

造成电网大面积停电的原因复杂多样，其恢复的难度远大于因设备故障而造成的个别地区部分停电。因此我们要做到防患于未然，对电力系统黑启动进行深入的研究，当事故发生时，发挥其重要的作用。

参考文献：

［1］蔡述涛，张尧，荆朝霞.地区电网黑启动方案的制定［J］.电力系统自动化，2005，29（12）.

［2］李雪松等.江苏电网黑启动方案［J］.电力系统自动化，2012，29（9）.