全黑啟動問題概述

全黑啟動的“全黑(blackout)”是指整個電力系統因事故崩潰停止運轉後，系統 全部停電，處於“全停電”狀態，此時須通過電力系統中具有自行啓動能力發電機組

（即全黑啟動發電機組）的啓動來帶動無自行啓動能力的發電機組，逐步擴大系 統的復電範圍，最終實現整個系統的恢復供電。“全黑啟動”成功的關鍵在於具自行 啟動能力的全黑啟動發電廠的啓動，全黑啓動發電廠必須具備在沒有外來電源供

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給的情況下，依照電力調度中心的指令，能夠自行啓動發電機組並開始最初的電 力系統之復電工作。全黑啓動的要求是以適宜的啓動功率與復電時間完成，即用 適宜的全黑啓動功率來啓動大型發電機組，以滿足所要求復電時間的需求，並嚴 格遵循系統復電計劃，以使電力系統復電操作步驟最少。為能加速復電，減少復 電時間，通常會將電力系統依結構劃分成幾個子系統，分別配置各區域充足之全 黑啟動容量，全停電時各區域同時復電，以縮短復電時間。系統復電過程通常包 括：全黑啓動發電機組的啓動，斷路器／隔離開關的操作，輸送啓動功率給無全 黑啓動能力的發電機組，負載的增減，變壓器分接頭的調整，虛功補償裝置的投 入啟斷等[23]。

5.2.2 全黑啟動電源的選擇與配置

全黑啓動發電廠通常首選水力機組如水力電廠、抽水蓄能機組，因爲與火電、

核電機組相比，水輪發電機結構簡單，沒有複雜的輔機系統，電廠用電少，啓動 速度快，因此是理想、方便的全黑啓動發電廠。水輪發電機組自行啓動的關鍵是 停電後控制水輪機組導葉開啓的壓力油槽油壓能否維持在正常工作範圍內。但，

水力機組一般遠離負載中心，需經長距離高壓線路接入系統，有可能會發生自勵 磁或線路末端電壓過高的情況，如果能在送電過程中及時復電某些負載或調整復 電路徑，一般過電壓問題可以得到控制。然而水力機組也受地域、氣候的限制，

因爲有的地區沒有水力發電，同時水力發電還受儲水量與配合農業灌溉時間發電 等的限制。

另外一個適宜做為全黑啟動機組的發電機是單循環氣輪機組。衆所周知，單 循環氣渦輪機組相對燃煤機組而言，最大的優點是啓停迅速、加減負載快。所以，

目前單循環氣渦輪機組在電網中主要承擔調整尖峰負載任務，因而適宜做為全黑 啟動機組。部分複循環氣渦輪機組電廠如果略加改造，就可作爲電網全黑啟動的 發電廠。

如有數個電廠均適宜作為全黑啟動電廠，則全黑啟動電廠位置的選擇，可考 量全黑啟動電廠至各非全黑啟動電廠的輸電線路徑較短與操作斷路器次數較少的 原則，來加以選擇較適宜作為全黑啟動電廠的位置[23]。

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5.2.3 系統復電原則

由於系統發生全停事故的機率極小，一般來說，大部分電力系統運轉人員缺 乏電力網路全停電事故的處理經驗，因此有必要確定系統復電的總原則，以使系 統復電有條不紊地進行。相關原則如下[23]：

(1) 在系統崩潰後，具有全黑啓動能力電廠的現場運轉人員應自行啟斷所有對外 輸電線開關，其他停電的廠與變電所應啟斷匯流排開關或匯流排分段開關，

並在每一組匯流排上保留一個可能來電的電源開關，其他電源開關全部啟斷，

這樣有助於簡化網路結構和實現快速復電。

(2) 在復電系統的最初階段，現場值班人員可按照相關規程中的操作順序獨立啟 斷線路和主變壓器開關，而不要求必須通過調度中心進行協調，以減少調度 中心壓力及減少事故處理過程中可能發生因通訊通道或遠端資訊失靈帶來的 困難，以加速系統復電。

(3) 各區域子系統中具有全黑啓動能力的發電機組啓動後，爲確保穩定運轉和控 制匯流排電壓在規定範圍，可及時投入一定容量的負載，並儘快向此子系統 中的其他電廠送電，以加速全系統的復電。

(4) 子系統內機組的併聯運轉。具有全黑啟動能力的機組復電發電後，應儘快帶 動其他機組啓動。根據機組性能合理安排機組復電順序，儘快完成各機組之 間的併聯運轉。

(5) 子系統間的併聯。各子系統之間在事先確定適宜的合聯點，以實現同步併 聯，逐步完成全系統的復電。

5.2.4 系統復電中可能遇到的問題及一般應對策略

系統從全黑復電過程當中可能遭遇之問題及對策如下[23]：

（1）全黑啟動時機組的自勵磁問題

系統發生全停事故後，調度中心首先應判斷系統狀態，確定全黑啟動機組，

儘快啓動全黑啟動機組，對線路進行加壓，此時可能出現機組的自勵磁和 線路末端的高電壓問題。同步發電機的自勵磁指的是發電機在過大的電容

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負載下電壓發生自發勵磁上升的現象。當發電機輕載加壓長輸電線路時，

相當於帶了一個電容性負載，如果發電機有剩磁，則發電機端會有一個微小 的電壓，此電壓加在電容性負載上，系統將産生電容性電流，該電容性電流 會對發電機産生助磁效應。隨著勵磁電流的增大，機組端電壓將會升高，於 是系統中電容性電流也將增大，助磁效應加強，端電壓又將上升。如此反復，

機組端電壓將越來越高，産生自勵磁過電壓。但由於實際存在的磁路飽和，

發電機端電壓不會無限增大。

（2）無載線路的開關切換過電壓問題

無載投入高壓輸電線時必須考慮三個過電壓問題，即持續系統頻率過電 壓、開關操作過電壓和諧振過電壓。持續系統頻率過電壓是由於輕載輸電線 路充電電流引起，電壓過高會導致發電機欠激磁，甚至自勵磁和不穩定，前 述發電機自勵磁即屬系統頻率過電壓。開關操作過電壓是電力系統內部過電 壓的另一種類型，它是由系統中斷路器操作和各種故障産生的暫態過程引起 的。常見的操作過電壓有：中性點不接地系統中電弧接地過電壓、無載輸電 線路投入過電壓、啟斷無載輸電線路過電壓。諧振過電壓是指在電力系統中 鐵芯電感元件如發電機、變壓器、電抗器等非線性元件與系統中的電容元件 組成許多複雜的振盪回路，如果滿足一定的條件，就可能發生諧振，常常引 起嚴重且持續時間較長的過電壓。從安全角度考慮，系統復電時還是應根據 具體情況儘可能採取投入適量電抗器、啟斷電容器、雙回線網路只加壓一回 線、加壓短程輸電線路或低電壓等級線路等措施來限制線路末端的高電壓。

（3）全黑啟動初期低頻振盪問題

全黑機組啟動成功後，調度中心下一步要考慮的問題是輸送啓動電源給系 統中的鄰近電廠，以供應其廠內輔機負載熱機啟動所需功率，使其能儘快啟 動發電機組，以形成一個多電源的小系統。此時可能出現低頻振盪問題，其 實只是遠距離輸送負載，系統缺乏足夠的阻尼。大電網互聯電抗大小與系統 阻尼性能成反比，系統間電氣距離越近，其阻尼性能越好；反之，阻尼性能 變差，易出現低頻振盪。全黑啟動初期系統較弱，多爲超高壓、遠距離、重 負載送電，因此容易發生低頻振盪。這可由加入參數調整適當的電力系統穩

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定器(PSS) 來達到提升阻尼減少低頻振盪的目的，提高電力系統動態品質。

當自動電壓調節器(AVR) 退出時系統仍然振盪，一般是由於網路結構不適當 所引起的，例如功率輸送距離較遠、負載較大等。因此，合理調整潮流分佈 及將發電機組的PSS 投入，可有效抑制和消除低頻振盪。根據以上分析，爲 防止系統復電初期的低頻振盪，可考慮的應對策略如下：

(A) 儘量不用快速勵磁的機組，同時機組的 PSS 儘可能投入。

(B) 由於電網間的聯繫電抗與系統的阻尼性成反比，因此儘可能先給附近的 發電機組供電。

(C) 若發生低頻振盪，可通過調整網路結構，即調整負載潮流來進行控制。

（4）復電過程中頻率和電壓控制問題

調度中心在全黑啓動的實際操作過程中，保持系統頻率和電壓穩定至關重 要，每一步操作都應檢測系統頻率和重要節點電壓大小，否則極易導致全 黑啓動失敗。頻率與系統出力和負載有關，控制頻率涉及負載復電速度以 及發電機組調速器回應等。爲了保持系統穩定，需保證非自行啓動機組獲 得最多的啓動功率，同時必須恢復系統部份負載以保持功率平衡，一般往 往首先復電小且直接連接的配電負載，而後逐步加入較大的直接連接配電 負載和電網負載。負載的少量復電將延長復電時間，過快增長則有使頻率 下降的危險。增加負載的速度必須在加快復電時間和機組頻率穩定兩者之 間兼顧。電壓控制與虛功有關。全黑啟動進程中首先必須加壓無載或輕載 長輸電線路，由於分佈電容存在，勢必産生大量虛功，造成系統電壓升高。

在系統復電中電壓控制可採取的措施有：將發電機電壓以略低於額定電壓 運轉，對於雙回路輸電線只投入單回線；在變電所低壓側投入電抗器、啟 斷電容器，調整變壓器分接頭，增加具有滯後功率因數的負載等。

（5）初步復電後系統穩定問題

系統初步復電後網路比較脆弱，整個系統容量較小，因此系統受大干擾時

暫態穩定情況就必須考慮。所謂大干擾，是相對於小干擾而言，一般指短

暫態穩定情況就必須考慮。所謂大干擾，是相對於小干擾而言，一般指短