陕西电网黑启动方案研究
>张其明，王万军（陕西电力调度中心，陕西省西安市710004）
1　引言　　黑启动（Black－start）是指整个系统因故障停运后，不依赖别的网络帮助，通过系统中具有自启动能力机组的启动，带动无自启动能力的机组，逐步扩大系统的恢复范围，最终实现整个系统的恢复。本文扩大了自启动能力机组的范围，把相邻的不联网运行的电网也作为黑启动电源。
国内、外大停电事故的教训，尤其是1999年台湾大停电事故，使我们认识到在积极预防、做到防患于未然的同时，更要未雨绸缪，做最坏的准备，从技术上和心理上对大停电事故有所准备，因此，进行电网黑启动方案的研究是很有必要的。

2　陕西电网的现状及安全稳定方面存在的问题

2．1　陕西电网的现状
　　陕西电网与甘、青、宁电网共同组成西北电网，它与甘、青、宁电网以3回330kV线路相连，位于西北电网的东部，和华北、华中、四川电网相邻。目前，陕西电网业已形成以330kV电压为主网架的电网结构，其中的关中电网已形成较强的330kV电网结构，而新近投运的330kV延榆输变电工程及马汉输变电工程使330kV电网扩大至陕北、汉中地区，目前330kV电网已经覆盖了陕西省的大部分地区。陕西电网电气接线示意图如图1所示。
　　截止2000年底，陕西电网直调电厂14座，发电装机容量为6．1335GW，已投运的330kV线路35条共2668km，2000年陕西电网最高发电负荷为4．42GW，用电量为24．6TWh。
2．2　存在的问题
目前陕西电网在安全稳定方面存在以下问题：
　　（1）虽然陕西电网中的安全自动装置功能较为完善，在电网中发挥着重要作用。但也存在设备老化、功能单一、操作不便等缺点。
　　（2）陕西电网因阻尼转矩不足而动态稳定问题比较突出。电网动态稳定的分析计算结果证明，西北电网确实存在着较为突出的动态稳定问题，不论是主网联络线振荡模式或地区性振荡模式，都有弱阻尼甚至负阻尼的情况，特别是陕甘之间尤为突出。应当在安康、碧口、龙羊峡、刘家峡等地装设PSS，以抑制低频振荡的可能发生。　　（3）由于重视低频减负荷的运行管理，尽管多次发生解列事故，但从未发生过频率崩溃事故，但仍要继续保持警惕，防止在多回联络线条件下发生一回跳闸引起其它联络线过负荷或失稳的严重事故。
　　（4）陕西电网330kV安南双回线系同杆架设，在汛期水电大发过程中，若西北电网西电东送大方式时，发生安南双回线同时故障，陕西有全网停电的可能。
　　（5）对电压崩溃的危害性认识不够，因而缺少深入的研究及相应的、甚至是临时的应急措施。陕西电网应当利用电压分析软件技术的最新成果，开展电压稳定性、电压稳定裕度等方面的研究工作，以确保陕西电网的电压稳定性。

3　研究的方法及计算条件

　　要进行电网黑启动方案的研究，应该解决以下几个问题。首先是启动电源的选择，即具有自启动能力的发电机组的选择；其次在超高压电网的恢复过程中，要特别注意无功功率的平衡，避免产生自励磁和过电压；最后为了使启动电源在最低负荷下稳定运行并保持电网电压，在增加负荷时，要注意有功功率的平衡，以将运行频率保持在允许的范围之内。
　　根据陕西电网的具体结构，为了加速电网恢复过程，把系统划分为陕南水电启动电源方案和关中火电启动电源方案两个相对独立的子方案来分别进行研究。
　　计算采用2000年数据，基本方式采用西北电网2000年冬大方式，具体数据参见文献［4］。
　　潮流、稳定、过电压等计算均采用中国电力科学研究院开发的《稳定计算综合程序》DOS5．1版，发电机均采用5阶模型，励磁系统采用3阶等效模型，并考虑了发电机的调节系统及负荷的静态特性。在负荷模型中，一般负荷的电动机比例为20％，恒定阻抗为80％；厂用电负荷的电动机比例为60％，恒定阻抗为40％。

4　陕南水电启动方案

4．1　黑启动电源
陕南水电启动方案可供选择的黑启动电源有：
　　（1）安康水电厂　它可以通过手动操作开启闸门进行自启动。
　　（2）碧口电厂　由相邻的四川电网启动。而石泉水电厂，因为它的启动电源可由安康水电厂、碧口电厂或附近地区的小水电提供，可实现快速启动，所以亦可考虑作为黑启动电源。
4．2　黑启动方案
　　根据黑启动电源的不同，制定了两个具体的黑启动方案：
（1）安康电厂自启动方案
　　安康电厂实施自启动后，带部分地区负荷；然后向安南线充电，带西安南郊、柞水、东郊、北郊等变电所，恢复调度中心的供电；最后可以启动渭河、秦岭、户县等电厂。根据投切安南双回线的方式及每次加负荷量的大小不同，本方案又分为2个具体的实施方案，两套具体实施方案的实施步骤参见文献［1］。
（2）汉中电网启动方案
本方案也分成2个具体的实施方案：
　　1）由相邻的四川电网启动碧口电厂，然后使之和石泉电厂并网，随后可以启动略阳电厂，通过洋周线、周枣线、枣园变，通过枣园变恢复调度中心的供电，最后启动渭河电厂。
　　2）石泉电厂由安康电厂供电启动，随后可启动略阳电厂，并恢复汉中电网，向洋周线、周枣线充电，最后启动渭河电厂。
上述1）、2）两套方案的详细情况参见文献［1］。
　　在上述黑启动方案中，应优先采用安康电厂自启动方案，若该方案因故（安南双回线同时故障时）不能实施，则采用汉中电网启动方案。上述方案均只讨论到渭河电厂启动便告结束，渭河电厂启动后，整个电网（主要是关中电网）的恢复见下文。

5　关中火电黑启动方案

5．1　黑启动电源
　　经对陕西关中电网的分析调研，若西北电网全停，可将以下电厂作为启动电源：
（1）渭河一厂
　　渭河一厂地处陕西电网的中心，又能通过厂内电缆直接供给装机容量为4×200MW的渭河二厂，因而选择渭河一厂作为保留机组，可在渭河一厂装设低周低压解列装置，当系统发生大面积停电事故时，将该厂和系统解列（具体解列定值另行研究决定），保留该电厂作为系统启动电源。
（2）秦岭电厂
　　在秦岭电厂的110kV母线上有2条和河南电网相连的线路。如图2所示。正常运行时潼关－阳平线路断开，两电网互不相连，当西北电网全面故障后，河南电网可通过阳平－潼关－杜峪－秦岭一厂110kV线路给秦岭电厂提供厂用电，启动秦岭电厂。
（3）韩城电厂
　　韩城电厂的110kV出线也和山西电网相连，如图3所示。正常情况时山西铝厂由山西和陕西电网共同供电，山西电网供到铝厂的电压一般为110～111kV，取铝厂电压110kV，在下峪口变和马村变不带负荷的情况下根据图2中所示参数计算出韩城电厂110kV母线电压为108．78kV，厂高变6kV侧在正常档位高压抽头2档时的电压是5．65kV，这不能满足厂用电动机启动的电压范围为6kV±5％（5．7～6．3）的要求，若将厂高变高压抽头的档位调到3档，则6kV侧的电压为5．81kV，可满足厂用电启动要求。5．2　黑启动方案
　　陕西电网事故后应该遵循以下顺序恢复：首先建立通道，启动电网中的主要发电厂；然后恢复330kV主网架；最后是恢复负荷、启动小电厂、恢复220kV及110kV电网。另外还应本着先关中、然后陕南、最后陕北的顺序恢复电网。根据上述恢复顺序，制定了渭河电厂及秦岭电厂两套启动方案。又根据安康电厂能否尽快启动，给上述两个方案均制定了两套具体的实施方案。每套启动方案的具体实施步骤参见文献［1］。4、5两节所提多个启动方案的关系如图4所示。6　黑启动中需注意的问题
　　在电网的黑启动过程中[1][2]下一页