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摘要：对冉家坝电站黑启动能力验证进行介绍，并对试验过程和数据进行了分析，从中找出了制约黑启动的因素和黑启动中需要注意的事项，便于在以后的实际工作中得到更加恰当的运用。
关键词：冉家坝电站；黑启动试验；分析；注意事项
1 引言
电网黑启动是指整个电网（或局部电网）系统因故障停运后，不依赖别的网络帮助，通过系统中具有自启动能力的发电机组启动，带动无自启动能力的发电机组，逐渐扩大系统恢复供电范围，最终实现整个系统供电的恢复。
水电站黑启动是指在厂用交流电消失和进水闸门开启的情况下，利用水电站机组的特点完成机组自启动，或利用水电站事故备用电源（如柴油发电机等）开启进水闸门并恢复一台或多台机组的厂用交流电，继而完成机组的启动、建压、恢复厂用交流电并对外配合调度恢复电网送电。
2 概述
冉家坝电站位于重庆市最北端的城口县，电站为引水式电站属二等工程。正常蓄水位680米，总蓄水库容3.154亿立方米，电站流道全长4.43KM。总装机容量
140MW（2×70），两机一变扩大单元接线，
经一回220kV冉城线送至城口变电站。厂用电为10kV、400V两级电压等级，400V为两段，10kV外来电源和柴油发电机作为备用电源。
根据重庆电网黑启动调度实施方案，重庆电网划分为三个子网。冉家坝电站属于子网三万县片区电网。当重庆电网子网三发生系统全部停电，又四川电网、华中电网、贵州电网均不能恢复对重庆子网三供电时，按照重庆电网黑启动调度方案要求，冉家坝电站作为黑启动电源，带220kV冉城零启升压，逐步恢复万县片区网络及负荷。
渝东北片区水电普遍为小电站，装机容量均在30MW以下，而冉家坝电站装机容量为140MW以上。因此冉家坝电站对整个渝东北电网的稳定就显得尤为重要。同时冉家坝电站所处的城口县又是通过单回线路与万县片区电网联络。因此冉家坝电站黑启动成功与否既关系着万县片区电网的恢复，同时还是城口片区电网的应急电源。
3 冉家坝电站黑启动可行性试验
根据水电机组特点，要具备黑启动能力一般应具备以下条件：（一）励磁系统在风机停运情况下，可控硅温度不超标；（二）机组黑启动过程中的操作油压、油量必须满足安全需要；（三）机组轴承冷却水的供应必须能够保证在黑启动过程中轴承温度不超标；（四）黑启动过程中渗漏水不应大量增加而造成水淹厂房；（五）黑启动过程时间应尽量短；（六）必须有必要的保护措施保证黑启动一旦失败而不产生严重后果。
根据电站运行统计，渗漏排水泵启停间隔均在5小时以上，因此黑启动过程中不会出现渗漏水大量增加而造成水淹厂房。需要进行性能验证的条件为：（一）励磁系统在风机停运情况下，可控硅温度是否超标；（二）机组黑启动过程中的操作油压、油量是否满足安全需要；（三）机组轴承冷却水的供应是否能够保证在黑启动过程中轴承温度不超标。
3.1 励磁系统温度验证
在2#机组动力电源正常的情况下，机组开机至空载工况，切除励磁风机电源，记录励磁可控硅温度上升情况。测试结果为：机组空载运行励磁风机停运20分钟后，励磁可控硅温度上升2.6℃，而报警温度为℃50。因此励磁系统满足在风机停运情况下，20分钟内可控硅温度不超标。
3.2 蝶阀启闭试验
在机组停机、蝶阀关闭的状态下，切除蝶阀油压装置油泵，对压油装置进行手动排压，直到油压降低到工作油泵启动油压14.4 MPa，手动操作开启蝶阀，蝶阀从全关到全开油压由14.5降到11.5；蝶阀全开后，再手动操作关闭蝶阀，蝶阀从全开到全关油压由11.5降到8.7；从测试结果得到，如果蝶阀装置在电厂失去动力电源后处于关闭状态，能满足黑启动的要求。
3.3 无冷却水轴瓦温度考验
冉家坝电站技术供水系统采用供水泵供水，切除供水泵电源，开机至空载，测试推力轴承及各导轴承油温和瓦温上升情况，确定在交流电源消失时的安全时间余量。测试结果得到，切除供水泵电源后，机组空载运行20 分钟，推力轴承温度由34.5℃上升到46.2℃，上导轴承油温由35.5℃上升到53.7℃，下导温度由35.6℃上升到45.3℃，水导瓦温由22.7℃上升到33.2℃。各轴承瓦温均未达到报警温度（推力瓦温55℃报警，上导、下导、水导瓦温65℃报警）。
3.4 油压装置的油压和油位特征值的率定
切除油压装置油泵，机组分别在空载、停机、停机等待、空载工况下，测试记录压油罐油压（MPa）和油位（mm）下降情况，确定机组黑启动时间条件，防止黑启动过程中机组过速和事故低油压动作，从而引发和扩大事故。试验数据如下：
从试验数据看：进水蝶阀由全关到全开用时103s，油压从15 MPa下降到11.5 MPa 油压下降3.5 MPa；机组由停机到空转用时503s ，调速器压油罐压力从5.68Mpa下降到5.65 MPa，油压下降0.03 MPa 油位从480mm下降到460mm，油位下降20mm；机组由空转到恢复厂用电用时524s，调速器压油罐压力从5.65MPa下降到5.6 MPa，油压下降0.06MPa 油位从460mm下降到420mm，油位下降60mm，机组黑启动成功。通过试验可以看出：机组黑启动过程调速器压油罐油压、油位值未到事故低油压保护动作值（调速器事故低油压为5.3MPa），能满足黑启动要求。
通过以上4项性能试验结果表明：冉家坝电站机组黑启动本身是安全可行的，不会对机组及其辅助设备造成损坏。
4 黑启动存在问题及注意事项
通过对冉家坝黑启动试验结果进行分析，在黑启动中应注意以下问题：
4.1 黑启动时蝶阀开启问题
冉家坝电站进水蝶阀为液压操作，开启前需要对蜗壳进行充水平压后在静水中开启。蜗壳充水平压是通过开启蝶阀旁通阀向蜗壳内注水，旁通阀为电动球阀，操作电源为交流电。一旦全厂失电进水蝶阀的开启将制约黑启动。因此必须设法解决蝶阀的开启问题。一是，2#机组正常停机不关进水蝶阀随时保证进水蝶阀处理全开状态；二是，技改进水蝶阀旁通阀，将进水蝶阀旁通阀电动机改为直流电动机或是将进水蝶阀旁通阀改为液压操作；三是，利用厂内柴油发电机作为厂用电源，黑启动时若蝶阀处于关闭状态就启动柴油发电机提供厂用电开启进水蝶阀旁通阀。
4.2 带线路零启升压问题
冉家坝电站通过一回220kV冉城线送至城口变电站，线路全长29km。按市调黑启动要求，冉家坝电站黑启动时需带220kV冉城线零启升压。冉家坝电站带线路零起升压就存在对线路零启升压会不会产生自激磁而产生过电压导致黑启动失败，城口变电站冲击合闸变压器会不会造成铁磁谐振。虽然220kV冉城线只有33km，从理论上计算冉家坝电站满足充电容量，但未经验证。冉家坝电站为两机一变扩大单元接线，厂用电从10kV母线上取电，那么在带线路零启升压期间无法提供厂用电，根据机组黑启动功能试验机组轴瓦在无冷却水情况下运行20分钟时瓦温已接近报警值，因此黑启动必须在20分钟内完成。
4.3 带线路零起升压时一定要注意将断开主变35kV侧开关和25T高压侧开关，为了能快速恢复厂变电可以带厂变21T零起升压，但须断开厂变21T低压侧开关421。同时在带线路零起升压过程中一定要与调度保持联系，避免线路末端电压过高。
4.4 结合电站实际制定切实可行的黑启动方案并组织演练。
由于黑启动机组为非正常运行方式，鉴于水电站自动化水平较高、日常值班人员较少，为了在事故情况下有效实现黑启动，应常做黑启动演练让运行值班人员熟悉整个黑启动流程。
5 结语
试验结果表明，黑启动本身是安全可行的，不会对机组及其辅助设备造成损坏。为了保证机组在事故情况下的快速安全黑启动。建议电厂根据实际情况针对存在的问题制定切实可行的黑启动方案，确保在各种运行方式下都有黑启动方案可以执行。同时黑启动为非正常运行方式，做黑启动时一般都很紧急，运行值班人员也高度紧张。因此平时应将机组的黑启动试验作为正常的事故预演项目，加强运行值班人员培训和事故时黑启动的处理能力。
关键词：冉家坝电站；黑启动试验；分析；注意事项
1 引言
电网黑启动是指整个电网（或局部电网）系统因故障停运后，不依赖别的网络帮助，通过系统中具有自启动能力的发电机组启动，带动无自启动能力的发电机组，逐渐扩大系统恢复供电范围，最终实现整个系统供电的恢复。
水电站黑启动是指在厂用交流电消失和进水闸门开启的情况下，利用水电站机组的特点完成机组自启动，或利用水电站事故备用电源（如柴油发电机等）开启进水闸门并恢复一台或多台机组的厂用交流电，继而完成机组的启动、建压、恢复厂用交流电并对外配合调度恢复电网送电。
2 概述
冉家坝电站位于重庆市最北端的城口县，电站为引水式电站属二等工程。正常蓄水位680米，总蓄水库容3.154亿立方米，电站流道全长4.43KM。总装机容量
140MW（2×70），两机一变扩大单元接线，
经一回220kV冉城线送至城口变电站。厂用电为10kV、400V两级电压等级，400V为两段，10kV外来电源和柴油发电机作为备用电源。
根据重庆电网黑启动调度实施方案，重庆电网划分为三个子网。冉家坝电站属于子网三万县片区电网。当重庆电网子网三发生系统全部停电，又四川电网、华中电网、贵州电网均不能恢复对重庆子网三供电时，按照重庆电网黑启动调度方案要求，冉家坝电站作为黑启动电源，带220kV冉城零启升压，逐步恢复万县片区网络及负荷。
渝东北片区水电普遍为小电站，装机容量均在30MW以下，而冉家坝电站装机容量为140MW以上。因此冉家坝电站对整个渝东北电网的稳定就显得尤为重要。同时冉家坝电站所处的城口县又是通过单回线路与万县片区电网联络。因此冉家坝电站黑启动成功与否既关系着万县片区电网的恢复，同时还是城口片区电网的应急电源。
3 冉家坝电站黑启动可行性试验
根据水电机组特点，要具备黑启动能力一般应具备以下条件：（一）励磁系统在风机停运情况下，可控硅温度不超标；（二）机组黑启动过程中的操作油压、油量必须满足安全需要；（三）机组轴承冷却水的供应必须能够保证在黑启动过程中轴承温度不超标；（四）黑启动过程中渗漏水不应大量增加而造成水淹厂房；（五）黑启动过程时间应尽量短；（六）必须有必要的保护措施保证黑启动一旦失败而不产生严重后果。
根据电站运行统计，渗漏排水泵启停间隔均在5小时以上，因此黑启动过程中不会出现渗漏水大量增加而造成水淹厂房。需要进行性能验证的条件为：（一）励磁系统在风机停运情况下，可控硅温度是否超标；（二）机组黑启动过程中的操作油压、油量是否满足安全需要；（三）机组轴承冷却水的供应是否能够保证在黑启动过程中轴承温度不超标。
3.1 励磁系统温度验证
在2#机组动力电源正常的情况下，机组开机至空载工况，切除励磁风机电源，记录励磁可控硅温度上升情况。测试结果为：机组空载运行励磁风机停运20分钟后，励磁可控硅温度上升2.6℃，而报警温度为℃50。因此励磁系统满足在风机停运情况下，20分钟内可控硅温度不超标。
3.2 蝶阀启闭试验
在机组停机、蝶阀关闭的状态下，切除蝶阀油压装置油泵，对压油装置进行手动排压，直到油压降低到工作油泵启动油压14.4 MPa，手动操作开启蝶阀，蝶阀从全关到全开油压由14.5降到11.5；蝶阀全开后，再手动操作关闭蝶阀，蝶阀从全开到全关油压由11.5降到8.7；从测试结果得到，如果蝶阀装置在电厂失去动力电源后处于关闭状态，能满足黑启动的要求。
3.3 无冷却水轴瓦温度考验
冉家坝电站技术供水系统采用供水泵供水，切除供水泵电源，开机至空载，测试推力轴承及各导轴承油温和瓦温上升情况，确定在交流电源消失时的安全时间余量。测试结果得到，切除供水泵电源后，机组空载运行20 分钟，推力轴承温度由34.5℃上升到46.2℃，上导轴承油温由35.5℃上升到53.7℃，下导温度由35.6℃上升到45.3℃，水导瓦温由22.7℃上升到33.2℃。各轴承瓦温均未达到报警温度（推力瓦温55℃报警，上导、下导、水导瓦温65℃报警）。
3.4 油压装置的油压和油位特征值的率定
切除油压装置油泵，机组分别在空载、停机、停机等待、空载工况下，测试记录压油罐油压（MPa）和油位（mm）下降情况，确定机组黑启动时间条件，防止黑启动过程中机组过速和事故低油压动作，从而引发和扩大事故。试验数据如下：
从试验数据看：进水蝶阀由全关到全开用时103s，油压从15 MPa下降到11.5 MPa 油压下降3.5 MPa；机组由停机到空转用时503s ，调速器压油罐压力从5.68Mpa下降到5.65 MPa，油压下降0.03 MPa 油位从480mm下降到460mm，油位下降20mm；机组由空转到恢复厂用电用时524s，调速器压油罐压力从5.65MPa下降到5.6 MPa，油压下降0.06MPa 油位从460mm下降到420mm，油位下降60mm，机组黑启动成功。通过试验可以看出：机组黑启动过程调速器压油罐油压、油位值未到事故低油压保护动作值（调速器事故低油压为5.3MPa），能满足黑启动要求。
通过以上4项性能试验结果表明：冉家坝电站机组黑启动本身是安全可行的，不会对机组及其辅助设备造成损坏。
4 黑启动存在问题及注意事项
通过对冉家坝黑启动试验结果进行分析，在黑启动中应注意以下问题：
4.1 黑启动时蝶阀开启问题
冉家坝电站进水蝶阀为液压操作，开启前需要对蜗壳进行充水平压后在静水中开启。蜗壳充水平压是通过开启蝶阀旁通阀向蜗壳内注水，旁通阀为电动球阀，操作电源为交流电。一旦全厂失电进水蝶阀的开启将制约黑启动。因此必须设法解决蝶阀的开启问题。一是，2#机组正常停机不关进水蝶阀随时保证进水蝶阀处理全开状态；二是，技改进水蝶阀旁通阀，将进水蝶阀旁通阀电动机改为直流电动机或是将进水蝶阀旁通阀改为液压操作；三是，利用厂内柴油发电机作为厂用电源，黑启动时若蝶阀处于关闭状态就启动柴油发电机提供厂用电开启进水蝶阀旁通阀。
4.2 带线路零启升压问题
冉家坝电站通过一回220kV冉城线送至城口变电站，线路全长29km。按市调黑启动要求，冉家坝电站黑启动时需带220kV冉城线零启升压。冉家坝电站带线路零起升压就存在对线路零启升压会不会产生自激磁而产生过电压导致黑启动失败，城口变电站冲击合闸变压器会不会造成铁磁谐振。虽然220kV冉城线只有33km，从理论上计算冉家坝电站满足充电容量，但未经验证。冉家坝电站为两机一变扩大单元接线，厂用电从10kV母线上取电，那么在带线路零启升压期间无法提供厂用电，根据机组黑启动功能试验机组轴瓦在无冷却水情况下运行20分钟时瓦温已接近报警值，因此黑启动必须在20分钟内完成。
4.3 带线路零起升压时一定要注意将断开主变35kV侧开关和25T高压侧开关，为了能快速恢复厂变电可以带厂变21T零起升压，但须断开厂变21T低压侧开关421。同时在带线路零起升压过程中一定要与调度保持联系，避免线路末端电压过高。
4.4 结合电站实际制定切实可行的黑启动方案并组织演练。
由于黑启动机组为非正常运行方式，鉴于水电站自动化水平较高、日常值班人员较少，为了在事故情况下有效实现黑启动，应常做黑启动演练让运行值班人员熟悉整个黑启动流程。
5 结语
试验结果表明，黑启动本身是安全可行的，不会对机组及其辅助设备造成损坏。为了保证机组在事故情况下的快速安全黑启动。建议电厂根据实际情况针对存在的问题制定切实可行的黑启动方案，确保在各种运行方式下都有黑启动方案可以执行。同时黑启动为非正常运行方式，做黑启动时一般都很紧急，运行值班人员也高度紧张。因此平时应将机组的黑启动试验作为正常的事故预演项目，加强运行值班人员培训和事故时黑启动的处理能力。