1、2007年第3期 上海电力 上海电网黑启动方案研究和应用 李舟演，蔡晟琦 (上海市电力公司调度通信中心，上海 200122) 摘要：随着互联电网的发展，电网运行的规模越来越大，而诱发电网大面积停电的潜在因素也变得越来越难 以控制，2003年8月14日发生的美加大停电事件，引发了人们对如何应对大停电的思考。目前，上海电网一 旦发生全网停电只能依靠外部电网的支援来恢复供电，而不具备从内部自我启动恢复的能力。为解决这个问 题，当务之急在上海电网内开展对黑启动方案的研究，并制订出切实可行的方案。文章从上海电网的实际情 况出发，详细地介绍了上海电网的黑启动方案，重点论述了调度运行部门对实现黑启动方案的技
2、术要求，以及 如何从网架结构、设备性能、操作步骤，执行时间等方面对黑启动路径方案进行优化组合，形成黑启动操作卡， 通过黑启动操作卡的编制，使上海电网黑启动方案具有可操作性。 关键词：电网黑启动；恢复路径；黑启动操作卡 中图分类号：TM743 文献标识码：B 1 引言 电力系统是城市的命脉，一旦发生大面积停 电而导致城市瘫痪，其危害程度不亚于战争，甚至 可能引发重大政治事件或社会动荡。近年来国际 上发生的多起大停电事故再一次表明，电力系统 风云莫测，具备在极端情况下的防治措施决非 多余。 上海作为一座特大型国际化大都市，人口密 集，保证上海电网的安全、可靠供电对上海地区 的经济发展及人民生活质量
3、具有极其重要意 义。然而，上海电网是一个受端电网，一旦发生 全网停电，目前只能依靠外站电网的支援来恢 复供电，而上海电网安全余度却十分有限，不具 备自我恢复供电的能力，况且上海还是容易受 到台风灾害以及战事攻击的城市，电网一旦崩 溃所造成的后果将是灾难性的。因此，在上海 电网内开展对黑启动方案的研究和应用，具有 必要性、现实性和紧迫性。此外，上海电力系统 又是一个复杂的交直流混合输电系统，负荷密 (4)提高电动机启动前的母线电压水平可以 有效地提高发电机带电动机全压启动的能力；在 发电机容量充足时，带一定量的初始负荷对提高 发电机的电动机启动能力也将有所帮助。 参考文献： i江长明等湖北电网首
4、次黑启动试验EJ华中电力，2002年 第5期 2汪国梁电机学l-M北京：机械工业出版社，1996年 3杨艳，等黑启动方案中启动厂用负荷时电压与频率的仿真 校验J继电器，2004，32(8)， 4黄升华，等三维电动机的电磁暂态模型J电工技术学 报，i994，4 I-s高越农，等，电动机软启动离线仿真J电工技术杂志， 2003，1 6 Ivan VWHunt，etcDiesel engine generators for block start and supply emergenciesM，Electrical Engineers As s0ciati0n An nl】al C0nference
5、Auckland，2002，161 7 7Payne，MGMotor Starting on Diesel Generators JElectronics and Power1977Sweet。W”Power and Energy”IEEE Spectrum，2000 8 North American Electric Reliability Council 1 99 3，E lectric System Restoration，Princeton，NJ，April 1 收稿日期：20070627 作者简介：王伟红(1973一)，女，上海人，工程师，大学，主 要研究方向为电力系统潮流分析计算，
6、O2128926661；杨 增辉(1976一)，男，陕西西安人，工程师，硕士，主要研究方 向为电力系统潮流分析计算，O21-25650339；俞旭峰 (1966一)，男，上海松江人，工程师，大学，主要研究方向为 电力系统无功电压分析和优化运行，021-64720000；傅聚 荣(1949一)，男，浙江人，高级工程师，大学，主要从事发电 厂运行管理工作，021-65057001；张旭航(1962一)，男，高 级工程师，主要研究方向为电力系统分析，021 25650352。 (责任编辑：吕斌) 维普资讯 http:/ 上海电力 2007年第3期 度高，而且均为火电机组，大容量机组比例极 高，大停电
7、后的重建过程将相当漫长，因此上海 电灾防治工作任重而道远。 近几年，各级政府和行业部门对突发公共事 件高度重视，国务院和上海市政府相继颁布了相 关法规和规定，国家电网公司继而颁发了国家处 置电网大面积停电事件预案等多个相关文件，华 东电网有限公司也对此做出了电网应急处理和实 施恢复的具体要求，对上海市电力公司开展的“黑 启动”工作起到了强有力的推动作用，并赋予了新 的内涵。 2调度部门对黑启动的技术要求 调度运行部门的黑启动方案要求上海电网的 恢复时间必须在电网可承受的极限时间内，这是 因为上海电网内的发电厂和变电站的设备在全网 停电后到可以恢复正常运行状态所能等待的时间 不是无限制的，超过一
8、定的时间，很多设备将无法 投入正常使用。 对上海电网内的电厂来说，最多的机组特性 是，在启动恢复时，既需要外来电源又需要外来气 源的支持，而且支援时间必须控制在48 h内， 才能确保机组能够顺利启动。如果超过某一期 限，这些机组将长期无法启动。 对上海电网内的变电站来讲，目前按照国家 标准配置的后备保障直流电源的要求过低，一般 按停电后维持23 h的要求配置，上海电网内通 信设施的配置标准同样如此。这显然达不到应对 电灾防治和黑启动恢复的要求，由此带来的后果 是，超过变电站规定的送电时间后，将出现开关操 作失灵、继电保护失效、电网通信中断等情况，从 而严重影响整个上海电网系统的恢复送电时间，
9、贻误发电厂再启动的时机。 上海因停电可能会导致易燃易爆等化学品的 安全保护设施的失灵，危险化学品和毒气的泄漏， 或因突然停电可能影响到重要的国防设施；还有 对各种通信系统、电台、医院、机场、地铁、消防、煤 气、自来水、排污、监狱、燃料运输系统的重要设备 和人身安全造成威胁。一切情况都要求必须在第 一时间内快速启动电网内预先安排的黑启动电 源，迅速恢复对重要性质负荷的供电，将停电的影 响和损失控制在最小范围内。一旦错过了黑启动 的最佳恢复时间，再要恢复上海电网供电的难度 无法预料。因此，黑启动方案必须考虑到上海电 石宝2131 宝宝2100 能宝4291 图1上海电网黑启动范围 维普资讯 htt
10、p:/ 2007年第3期 上海电力 网恢复时间上的限制。 3上海电网黑启动方案 上海电网黑启动主要是考虑当上海电网遭遇 全黑事故时，将以闸北燃机为黑启动机组，不依靠 外来电源，由其配置的柴油发电机作为启动电源， 并按事先设定的恢复路径对上海电网恢复送电。 当系统发生事故，并且证实系统瓦解，且已经 确知在短期内无法按照正常方式恢复送电时，系 统调度员应立即汇报黑启动领导小组，由调度决 定发布执行本网黑启动方案的命令。上海市调对 管辖范围内的220 kV电厂、变电站及地区调度 发布执行黑启动方案命令。此种事故情况下被指 定参与黑启动的发电厂、变电站如果长时间无法 与上级调度取得联系，且本站直流系统
11、电源已严 重放电降压的情况下，可根据实际情况按预定的 黑启动方案先行处理。 31上海电网黑启动范围 上海电网黑启动方案共涉及6座电厂的1O 台机组、8座220 kV变电站的17台变压器、11条 220 kV线路；从路径上说主要有向东和向北两条 路径，这两条路径随闸北燃机机组逐渐并网后，交 替延伸向外扩展。向北路径主要包括钢铁、蕴藻 浜、新宝钢、宝能、宝钢等变电站以及石洞口第一 电厂；向东路径主要有森林、银山变电站以及杨树 浦发电厂、外高桥电厂，上海电网黑启动范围如图 1所示。 32上海电网黑启动的总体思路 -上海电霸金 黑各厂站按 照要求安摊好 方式I -迅速：千辟出闭 北电厂_石j一 口、阐
12、北一宝 钢电厂的220k 向北恢复通遭 -迅速：千辟出闭 北电厂外高 桥电厂的220 kX 向东恢复通道l 30rain内 叠克牛 (1)当上海电网遭遇全黑事故时，立即启动 黑启动预案，届时，闸北燃气轮机利用预先配置的 大功率柴油发电机自行启动一台燃机并网，并逐 渐接人负荷，尽快创造条件让第2、3、4台燃机启 动，并根据运行机组容量先对杨行地区容易恢复 的负荷送电后再考虑重要用户的送电，以利于孤 岛系统的运行稳定； (2)向北延伸恢复原则，要求以最快速度对 石洞口、宝钢电厂送电。为争取有利态势，考虑最 大范围内的启动方式，即一次性启动多条线路，以 缩短黑启动操作时间，同时考虑线路和主变同时 空
13、充的特殊启动方式； (3)向东延伸恢复原则，要求尽快将电送至 外高桥电厂，启动顾路地区大容量机组，逐步恢复 顾路地区负荷。对于向东路径，同样考虑最大范 围内的启动方式，即一次性启动多条线路，或线路 和主变同时空充的启动方式。 选取以上的恢复路径启动模式并不是随意 的，主要出于多方面的设备操作要求。在方案研 究设计中对主要设备性能参数进行了理论校核， 分别为：潮流校核、暂态稳定校核、自励磁校核、电 压稳定校核、过电压校核、空充变压器校核、机组 启动并网校核等等。 33上海电网黑启动方案 通过对电网内设备的研究分析，结合调度运 行部门操作经验和安全考虑，最终将上海电网黑 启动方案中主要的操作项目划
14、分为六个阶段，如 图2所示。 -侬鑫娥油发电 机闭北炼机 自启动I -零起升压闭北 电厂I6号主变 和l10kV正母 践I -遇上厂用系蛇 ，为系纯韧始 负荷的耠取创 造条件I 同蠢麓粗尽快 启铀并嗣后 支着I 克对掌易 置 的支着遗电后 善掌庵重要1用 户的返电。必 姜埘可时拾l 支着进行 叠 -迅速形成 阉北燃机电厂 为核 的上海 电同黑启动电 薄并I -尽快恢复闭北 电厂石j一 口、阐北一宝 铜电厂的22O 千伙通道运行 膏庵t大苊曩 内的启毒方 文，姨翟 毒多索线蓐。 以簟擘最启毒 时目I 一f膏庵蠢 和主吏一时空 竞-辟童毒 方式 争取嗣北燃机 多台机蛆并 同，为充电宝 钢地区3O叫
15、V 主变创造备 件t -尽快恢复闭北 电厂卅高桥 电厂的220kV 由东通道I -争取启动阐北 l6号$ 蛆l 毒抉扩大已 复的小不竞誊 量。jt高毽宅 挂I 支着龃寸小 秉茂盛毒骺埒 札组-1 I问 要掌 图2上海电网黑启动时间段划分 -继续耠取相关 备站的负荷。 并启动蓐往上 的圭变。为电 厂的机蛆并同 创造条件； -充电宝铜地区 300MVA主 变I 克电宝大塞 量圭变时洼 蠢主囊分接头 的括往 叠 维普资讯 http:/ 上海电力 2007年第3期 图3上海电网黑启动调整时间 第一个阶段可称为黑启动准备阶段，即当上 海电网全黑后，启动路径上的所有厂站，根据黑启 动准备方式调整站内的母线
16、和开关，为黑启动的 顺利开展做好准备工作。上海电网黑启动调整时 间，如图3所示。 从上海电网黑启动调整时间图上可以看出， 通过约30 min的方式调整，可开辟出一条向北延 伸至石洞口电厂和宝钢电厂，向东延伸至外高桥 电厂的黑启动路径。 上海电网经过了黑启动的第一阶段后就已 经初步形成了一个向北至石洞口一厂、宝钢电 厂；向东至外高桥电厂的黑启动通道。此后即 可根据闸北燃机开机方式的变化，向北、向东路 径不断拓展延伸，闸北电厂燃机并网后，对16 号主变进行零起升压，为系统恢复创造条件。 通过拾取负荷保证系统稳定，同时开始对相关 的线路和主变充电。继续拾取负荷，为扩大系 统做准备。对部分电厂主变充电
17、，为机组并网 创造条件。机组相继并网，同时继续恢复负荷， 开始全面恢复系统。 4黑启动各阶段操作项目的整合和优化 对于调度部门来说，如何对每一个阶段具体 一244一 操作步骤进行优化十分重要，这事实上也是编制 调度黑启动操作卡的主要目的所在。因此，当上 海电网全黑后，黑启动第一阶段的主要任务是以 最快的速度开辟一条从闸北燃机电厂至石洞口、 宝钢和外高桥电厂的恢复路径，为第二阶段系统 恢复奠定坚实的基础。 在闸北燃机电厂15 rain内调整完厂用电方 式后，立即通过大功率柴油发电机启动第一台 燃机并网，同时对220 kV 16号主变零起升压， 恢复闸北油机厂用电，这个过程耗时约25 min； 当
18、闸北燃机第一台机组并网后，通过市区地调 在闸北拾取负荷(主要是通过闸白1115和闸白 1124两条110 kV线路)，创造第二台燃机的并 网条件。 当第二台燃机顺利并网后，即开始对向北路 径上的变电站进行恢复，操作项目为：合上闸北 侧闸铁2212开关，对钢铁的220 kV母线和主 变充电；合上闸蕴2205闸北侧开关，充电闸蕴 2205线路、蕴藻浜220 kV正母副一母，行蕴 2193、宝行2196线路，新宝变220 kV正母副 母，宝宝21O0线路，宝能变220 kV正母副母， 石宝2131线路，直至石洞口220 kV正一母和 11号高备变。至此石洞口一厂的厂用电已经得 维普资讯 http:/
19、 2007年第3期 上海电力 到了恢复，厂内可以根据自己的黑启动方案启 动1号机组。 向东路径上，操作项目为：通过合上闸北侧闸 森2269开关，充电森林站220 kV正母及1号主 变，为向东路径的继续恢复做好铺垫工作。 经过第三阶段，市调将进一步扩展黑启动系 统。同时在继续拾取负荷的过程中，闸北燃机第 三台机组并网。 向北路径中，通过在钢铁和闸北不断拾取负 荷，保证黑启动系统的稳定。同时充电蕴藻浜主 变，为下一步的负荷恢复创造条件。 向东路径中，一方面通过森林1号主变拾取 部分负荷，另一方面通过森林站220 kV母联充 电上森2264线路、杨树浦电厂220 kV正母和 二段母线、银上2184线
20、路、银山站220 kV副 母、外银2166线路最终至外高桥电厂正二母和 副母，为外高桥电厂机组的恢复创造了先决 条件。 直到第四阶段，黑启动系统不断得到扩展，重 要负荷也在不断的恢复中。 第五阶段的主要工作是闸北燃机第四台机组 并网，为系统进一步扩大提供条件。 通过在闸北、钢铁、蕴藻浜拾取负荷，保证 黑启动系统的稳定，并优先恢复重要负荷，同时 扩展向北路径，充电新宝钢1号主变和能宝 4291线路，为宝钢电厂机组的恢复提供必要 条件。 向东路径上，在森林和银山站拾取负荷，并充 电杨树浦电厂8号联变和外高桥电厂O2号高备 变，恢复该厂的厂用电，同时厂内开始根据各自的 黑启动方案启动机组，为黑启动系
21、统全面恢复创 造条件。 通过前五个阶段，黑启动向北、向东路径上厂 站的重要负荷和机组已初步恢复，黑启动系统小 具规模。 在第六阶段中，随着闸北16号机组、宝钢1 号机组和3号机组、石洞口电厂1号机组、外高桥 电厂4号机组的并网，闸北、钢铁、蕴藻浜、森林、 银山地区的负荷不断得到恢复，黑启动小系统已 经完全形成，并带负荷稳定运行。上海电网的黑 启动正式结束，接着就可以开始进入一般的事故 后恢复阶段。 根据对上述各阶段操作项目的优化组合思 路，调度精心编制了黑启动操作卡，以保证黑启 动事故情况下能及时准确处理恢复上海电网， 并且制定了相应的规章制度，定期对黑启动方 案进行更新，让各级单位在黑启动各
22、阶段做到 心中有数。黑启动操作卡是根据上海电网黑启 动预案相关内容编制，优化并完善上海电网黑 启动路径，并拟写具体的操作任务。通过黑启 动操作卡的编制使上海电网黑启动操作方案针 对性更强、可靠性更高，适应性更大，为重筑电 力系统赢得了宝贵的时间。 5 结语 在上海电网黑启动方案范围内的各级运行单 位，都对各自的子方案进行了细化，上海电网黑启 动操作卡共汇总了市东地调、市区地调、超高压公 司所属蕴藻浜、钢铁、森林、杨行、银山变电站，闸 北燃机电厂、闸北电厂、石洞口一厂、杨树浦电厂、 外高桥电厂、宝钢电厂及宝钢能源中心等多家单 位的详细预案，内容涵盖上海电网各种电压等级 电气设备的典型操作任务，是
23、对上海电网内运行 设备的一次全面整理，通过对黑启动典型操作卡 的编制，达到了以下几个目的： (1)让所有相关运行人员了解并掌握上海电 网黑启动预案，并拟写相应可执行的操作票，将黑 启动预案落到实处； (2)寻找并发现黑启动恢复电网过程中，相关 运行设备、保护或运行规则等各方面存在的漏洞， 并提出整改措施加以弥补和完善； (3)黑启动操作卡的编制完成将有利于提高 各级运行部门组织机构运作的和谐性，为今后成 功实施黑启动赢得宝贵的启动时间。 调度部门对黑启动方案的应用研究，对上海 电网防御电灾有极大的帮助，完善了上海电网 的应急体系。在对方案的系统分析中，调度部 门也拓展了思路，提高了认识。可以说，上海电 网调度部门对上海电网的管理将进入一个新的 阶段。 收稿日期：20070618 作者简介：李舟演(1974一)，男，上海人，硕士研究生，工程 师，从事电力系统电网调度和安全运行研究，o21 28926628；蔡晟琦(198o一)，女，浙江宁波人，本科，助工，从 事电网调度工作，o2128926664。 (责任编辑：杜建军) 一245 维普资讯 http:/
