【摘要】分析了制訂黑啟動方案所要考慮的若干主要原則，根據黑啟動的不同階段，論述了在各個階段可能出現的不正常運行問題。

【關鍵詞】黑啟動方案;制定原則;不正常運行

黑啟動(black-start)的定義是指電力系統發生大停電事故甚至是整個系統停運、電網架構發生變化后，按照預先制定的黑啟動方案，利用系統中具有自啟動能力的發電機組或系統外電源，帶動系統中其他的發電機組，快速重建電網架構，在最短的時間內恢復對負荷的供電。黑啟動方案是指由電力部門考慮本地區電網中發電機組、負荷實際情況以及各子網連接關系，預先制定并通過計算評估、模擬校驗的一種恢復負荷供電的實施方案。該方案能夠快速、有序地為電網構建一種新的穩定運行方式。

1制定原則

制定黑啟動的方案首先要選擇黑啟動電源，一般來說，水電機組或燃氣機組是最理想的黑啟動電源:水輪發電機結構簡單，輔助系統簡單，能夠在較短時間到達穩定運行狀態;燃氣機組需要的廠用電少，其冷態啟動約需要30分鐘，在緊急情況下進行的熱態啟動僅需15分鐘。制定黑啟動方案需要考慮的主要原則有:

(1)黑啟動方案要求盡量減少電壓等級的轉換，這個原則直接決定該方案的優劣程度。電壓的頻繁轉換，會增加電壓損耗和三相不同時合閘的概率，根據實踐經驗和理論計算，黑啟動電源和被啟動電廠之間經過的電壓轉換次數不應該超過3次。

(2)盡可能縮短經過的輸電線路長度。在負荷沒有恢復供電前，電網中的變壓器處于空載運行狀態，輸電線路長度越短，電容效應越小，這樣可避免產生數值過高的工頻過電壓進而引發操作過電壓。

(3)先啟動離重要負荷近的發電機組，保證重要負荷快速恢復供電。

2不正常運行問題

一般來說，可以將黑啟動過程分為三個階段:黑啟動階段、網絡重構階段、負荷恢復階段，各階段都會出現發生概率最大的不正常運行問題。

2.1黑啟動階段的同步發電機自勵磁問題和過電壓問題

黑啟動階段是第一個階段，一般歷時30到60分鐘。在這一階段，大系統被拆散形成局部的子系統，在子系統內由黑啟動電源向停運的具有臨界時間限制的發電機組供電，使其快速恢復發電能力，并等待時機進行全網重構。在這一階段，黑啟動方案需要完成的工作是選擇黑啟動電源和劃分子系統，同時需要考慮可能出現的同步發電機自勵磁問題和過電壓問題。黑啟動電源可以為本網電源:有些發電機組具有自啟動能力，有些發電機組在事故后形成運行孤島，它們都具備作為黑啟動電源的條件;還可以是外網電源，由鄰近的正常系統提供支援。近年來分布式電源發展迅速，某些微網運行特征符合要求的分布式電源，也可作為黑啟動電源。對子系統的劃分，可以看作是對系統內各類型發電廠、變電站的分組，子系統一般包含有黑啟動電源，能夠保證一定的發電能力，用以滿足電壓、頻率的各項參數要求。

2.1.1同步發電機自勵磁黑啟動階段，發電機組存在一定的自勵磁現象，其定義是指由于存在過大的容性負載，無勵磁的發電機端產生高壓的一種不穩定現象。電網中各發電廠之間有一定的地理距離，黑啟動機組向相鄰的發電機組恢復供電，必然要經過較長的空載線路，就相當于發電機帶了一個容性負載。線路合閘，會產生較為明顯的電容效應，引起發電機自勵磁，在輸出端產生一個高壓值。發電機參數一定時，電壓值隨著線路長度的增加而升高，可能會導致黑啟動失敗甚至危害電氣設備、操作人員和電網運行的安全。自勵磁現象與運行電壓無關，僅與系統參數有關，通常采用削減自勵磁效果或改變系統參數的方式來控制自勵磁現象造成的影響，例如增加系統無功功率能夠有效消除自勵磁、在線路兩側安裝并聯電抗器以補償容抗。

2.1.2工頻過電壓和操作過電壓工頻過電壓屬于穩態性質的過電壓，由空載線路的電容-電感效應、線路不對稱接地故障等因素影響產生，持續時間長但是電壓幅值較小，不會影響到正常電氣絕緣的設備。操作過電壓是一種暫態過電壓。在電力系統中存在諸多由容性和感性元件構成的復雜振蕩回路，當系統中的開關設備進行操作或發生故障時，系統會從一種穩定狀態經過振蕩轉換成另一種穩定狀態，由此會產生操作過電壓。在正常運行情況下，三相不同時合閘產生的過電壓最為嚴重，黑啟動方案要嚴格防止出現這種情況。

2.2網絡重構階段的低頻振蕩問題

網絡重構階段是第二個階段，一般歷時1到2小時，該階段利用黑啟動階段已經恢復的發電容量，依次啟動大容量發電機組，恢復主要輸電線路的功能。在網絡重構階段，主要面對的是低頻振蕩問題。黑啟動電機組與被啟動的大容量電機組并列運行時，受到微小擾動后可能會發生轉子間的相對搖擺，在缺乏阻尼或零、負阻尼時引起持續振蕩，此時系統結構較脆弱，會引發振蕩的聯鎖反應，波及輸電線路和正常的電氣設備。為保證系統頻率的穩定，可加入電力系統穩定器(PSS)，大幅提高系統阻尼水平，起到抑制低頻振蕩的作用。

2.3負荷恢復階段的合環電流問題

負荷恢復階段的目標是以最短的時間恢復對負荷的供電，這也是黑啟動的最終目標。這一階段中，在保證全網電壓、頻率，輸電線路、電氣設備熱穩定動穩定等電力運行參數的前提下，子系統進行快速合并，各類型負荷逐步獲得電能，最終形成完整穩定的供電網絡。在黑啟動的負荷恢復階段，各子系統在合并時，由于合環開關兩側的母線、輸電線路的電壓或等效阻抗不同，在合環過程中會引起一定的環流，合環電流過大，會對系統的安全和穩定造成影響，造成系統失穩、再次解裂甚至黑啟動失敗。因此，我國電力部門調度章程規定，為限制合環電流，運行的電網子系統在合環時應滿足相位要求、電壓差在20%以內等條件。在實際操作中，通過改變變壓器分接頭調整變比、改變無功裝置、調整系統網絡的電力參數，都可以減小合環電流，提高合環的成功率。

參考文獻:

[1]戴小俊.電力系統黑啟動研究[J].中國電力教育，2012.

[2]蔣越梅.電力系統黑啟動的研究[D].天津:天津大學自動化與工程學院，2007.

[3]孟憲朋，萬強，么莉等.電力系統黑啟動分析[J].河北電力技術，2008，27(4).

[4]蔡述濤，張堯等.地方電網黑啟動方案的制定[J].電力系統自動化，2005，29(12).

作者：曹磊 單位：國網河北保定供電公司