在電網(wǎng)發(fā)生大面積或全網(wǎng)停電的情況下，如果沒有任何黑啟動(dòng)措施，將使得停電時(shí)間大大延長(zhǎng)，甚至對(duì)電網(wǎng)安全恢復(fù)無從入手，不知所措，并由此造成國民經(jīng)濟(jì)的重大損失。水電站(包括抽水蓄能電站)的水輪發(fā)電機(jī)組是電網(wǎng)安全恢復(fù)首選的黑啟動(dòng)電源，與火電、核電機(jī)組相比，水輪發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，沒有復(fù)雜的輔機(jī)系統(tǒng)，廠用電少，啟動(dòng)速度快，是安全、理想、方便的電網(wǎng)安全恢復(fù)工具之一，筆者根據(jù)在電力系統(tǒng)穩(wěn)定分析的多年實(shí)踐，認(rèn)為電網(wǎng)安全恢復(fù)采用黑啟動(dòng)低電壓恢復(fù)不僅速度快，而且安全可靠。
　　1　電網(wǎng)安全穩(wěn)定的要求
　　電力系統(tǒng)穩(wěn)定性定義包含3個(gè)內(nèi)容：不發(fā)生主系統(tǒng)的非同步運(yùn)行；不發(fā)生頻率崩潰；不發(fā)生電壓崩潰。在原則上，首先應(yīng)當(dāng)盡一切可能防止主系統(tǒng)出現(xiàn)穩(wěn)定破壞事故。對(duì)于主系統(tǒng)的穩(wěn)定破壞，如果處理不當(dāng)或者因繼電保護(hù)等不正確動(dòng)作，都可能導(dǎo)致系統(tǒng)大面積長(zhǎng)期停電的事故，因此，考慮電力系統(tǒng)可能出現(xiàn)的最壞情況，從最壞處著眼，建立應(yīng)對(duì)電網(wǎng)失去穩(wěn)定性的措施，確實(shí)是保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的最后一道防線。 把安全工程師站點(diǎn)加入收藏夾
　　黑啟動(dòng)的實(shí)質(zhì)是指在電網(wǎng)發(fā)生大面積或全網(wǎng)停電的情況下，電網(wǎng)利用內(nèi)部部分發(fā)電機(jī)組(即電源)自身或外來的動(dòng)力資源使發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速并建立正常電壓，有步驟地對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行充電，恢復(fù)電網(wǎng)運(yùn)行和用戶供電。
　　目前，電力系統(tǒng)的黑啟動(dòng)主要分為電網(wǎng)黑啟動(dòng)和水電站黑啟動(dòng)兩個(gè)層面。
　　1.1　電網(wǎng)黑啟動(dòng)
　　電網(wǎng)黑啟動(dòng)是指系統(tǒng)全部停電后(不排除獨(dú)立小電網(wǎng)仍維持運(yùn)行)，迅速恢復(fù)電網(wǎng)供電的方式。電網(wǎng)恢復(fù)的基本方法有串行恢復(fù)和并行恢復(fù)兩種。
　　(1)串行恢復(fù)
　　串行恢復(fù)是在大多數(shù)發(fā)電機(jī)并網(wǎng)前對(duì)整個(gè)(或局部)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行充電。在電網(wǎng)局部和子系統(tǒng)恢復(fù)時(shí)常被電網(wǎng)所采用。
　　串行恢復(fù)存在的主要問題是：高壓輸電系統(tǒng)充電時(shí)系統(tǒng)產(chǎn)生的無功常常超出實(shí)施充電的發(fā)電機(jī)的無功吸收能力，可能導(dǎo)致系統(tǒng)端出現(xiàn)過電壓。
　　(2)并行恢復(fù)
　　并行恢復(fù)是將系統(tǒng)分成幾個(gè)子系統(tǒng)同時(shí)恢復(fù)，各子系統(tǒng)同步后進(jìn)行同期并列將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)連接起來。在系統(tǒng)全黑情況下或沒有任何外部互聯(lián)情況時(shí)，因子系統(tǒng)同步恢復(fù)能顯著縮短恢復(fù)時(shí)間，因而此方案通常被全電網(wǎng)所采用。
　　1.2　水電站黑啟動(dòng)
　　水電站黑啟動(dòng)是指機(jī)組在無400V廠用電情況下，依DC220V電源迅速完成機(jī)組自啟動(dòng)，對(duì)內(nèi)恢復(fù)廠用電，并配合調(diào)度對(duì)電網(wǎng)安全恢復(fù)。
　　水電站黑啟動(dòng)的基本任務(wù)為：對(duì)內(nèi)恢復(fù)廠用電；對(duì)電網(wǎng)安全恢復(fù)，即用機(jī)組自啟動(dòng)后并對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行充電。
　　2　水電站黑啟動(dòng)的分析
　　對(duì)于對(duì)內(nèi)恢復(fù)廠用電，水電站能否自啟動(dòng)的關(guān)鍵是開機(jī)操作時(shí)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的油壓維持時(shí)間(一般在半個(gè)小時(shí)左右)和蓄電池(含UPS)的供電維護(hù)時(shí)間。對(duì)于對(duì)外恢復(fù)電網(wǎng)即在機(jī)組自啟動(dòng)后對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行充電。而水電站一般經(jīng)長(zhǎng)距離高壓線路接入系統(tǒng)，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生大面積停電事故后，在黑啟動(dòng)機(jī)組實(shí)施對(duì)電網(wǎng)充電過程中，存在的突出問題是對(duì)高壓輸電系統(tǒng)充電時(shí)，導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)嚴(yán)重過電壓。為此如何對(duì)充電過程中的過電壓進(jìn)行控制是水電站黑啟動(dòng)中的另一個(gè)關(guān)鍵問題。
　　下面結(jié)合實(shí)際探討水電站黑啟動(dòng)實(shí)施的兩個(gè)主要任務(wù)。
　　2.1　對(duì)內(nèi)恢復(fù)廠用電
　　電網(wǎng)全停事故后，具有黑啟動(dòng)電源的水電廠(站)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行人員在直流電源消失前和確認(rèn)設(shè)備正常后，遵循以下原則對(duì)內(nèi)恢復(fù)廠用電：
　　(1)運(yùn)行人員應(yīng)自行拉開所有220kV(110kV)出線開關(guān)；
　　(2)自動(dòng)或手動(dòng)啟動(dòng)機(jī)組至“空轉(zhuǎn)”，將勵(lì)磁裝置切至“逆變”狀態(tài)；
　　(3)合上發(fā)電機(jī)開關(guān)，而后對(duì)10kV母線(或主變)快速另升；
　　(4)恢復(fù)廠用400V電源。
　　眾所周知，水電站自啟動(dòng)要立足“快”字，這是決定后續(xù)電網(wǎng)黑啟動(dòng)恢復(fù)的關(guān)鍵步驟。如2001-05-20伊朗電網(wǎng)停電事故發(fā)生后約16min電網(wǎng)就開始恢復(fù)送電。這得益于電網(wǎng)中個(gè)別機(jī)組甩負(fù)荷后成功實(shí)現(xiàn)帶廠用電運(yùn)行，否則廠用電停電時(shí)間越長(zhǎng)黑啟動(dòng)恢復(fù)就越被動(dòng)。
　　2.2　對(duì)電網(wǎng)安全恢復(fù)的方法選用
　　就具體某個(gè)電站而言，在黑啟動(dòng)進(jìn)程中，必須對(duì)空載或輕載長(zhǎng)輸電線路充電。由于分布電容的存在，勢(shì)必產(chǎn)生大量無功，造成電網(wǎng)電壓抬高。如何選擇對(duì)外恢復(fù)電網(wǎng)的方法，應(yīng)根據(jù)電站主接線的結(jié)構(gòu)和設(shè)備來定，不能一概而論。
　　從理論上講，對(duì)電網(wǎng)恢復(fù)一般有3種方法：①采用低電壓對(duì)電網(wǎng)安全恢復(fù)(以下簡(jiǎn)稱低電壓恢復(fù))；②采用全電壓對(duì)電網(wǎng)安全恢復(fù)；③采用另起升壓對(duì)電網(wǎng)安全恢復(fù)。
　　不論何種方式投入，都將面臨過電壓的威脅。采用全電壓對(duì)電網(wǎng)安全恢復(fù)，充電恢復(fù)過程中的過電壓接近3倍相電壓，雖一般不會(huì)威脅絕緣，但會(huì)造成發(fā)電機(jī)過電壓保護(hù)和避雷器動(dòng)作；采用另起升壓恢復(fù)，雖能很好控制過電壓倍數(shù)，但時(shí)間較長(zhǎng)，操作緩慢；而采用低電壓恢復(fù)不僅可以彌補(bǔ)以上兩種方法的不足，而且可以避免損壞設(shè)備或避雷器動(dòng)作而重復(fù)停電等異常。因此從安全和實(shí)踐角度考慮，為了控制恢復(fù)過程中過電壓的威脅，以低電壓恢復(fù)更為合理。
　　3　低電壓恢復(fù)
　　低電壓恢復(fù)是采用發(fā)電機(jī)運(yùn)行在低電壓情況下，對(duì)供電區(qū)域內(nèi)的系統(tǒng)進(jìn)行充電。低電壓恢復(fù)要注意的兩個(gè)問題是：確定發(fā)電機(jī)實(shí)施充電的低電壓安全工作范圍；限制操作過程中的過電壓在合理的控制范圍內(nèi)。
　　如何確定發(fā)電機(jī)實(shí)施充電的低電壓安全工作范圍？鑒于電網(wǎng)系統(tǒng)過渡過程的復(fù)雜性，從被實(shí)施充電的組成系統(tǒng)角度出發(fā)，通過設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、繼電保護(hù)、電能質(zhì)量三者對(duì)空載線路合閘控制過電壓的標(biāo)準(zhǔn)要求分析，得出恢復(fù)操作中過電壓可能出現(xiàn)的最大倍。