内蒙古电网作为华北电网的重要组成部分，担负着向内蒙古中西部地区及京、津、唐地区供电的双重任务，因此，必须要防范电网事故特别是大面积停电和电网瓦解事故，确保内蒙古电网的安全稳定运行^[1]。目前随着内蒙古电网的不断发展，电网网架结构逐步增强，但由于风电等新能源大量接入、负荷快速增长等，致使内蒙古电网仍然存在多处薄弱环节。为了应对电网突发性大面积停电事故，开展了以区外电源作为黑启动电源点的内蒙古电网黑启动方案研究，对目标网架及主网架的电气计算进行校核，以确保这一阶段黑启动过程的顺利进行。1 区外电源黑启动方案 1.1 初步恢复供电方案

内蒙古电网和华北电网的联系比较紧密，因此华北电网可以作为内蒙古电网黑启动的电源之一。目前，内蒙古电网有4条外送通道，可以作为黑启动路径。初步选择2种内蒙古电网黑启动路径方案，即：华北电网万全—丰泉—永圣域，华北电网沽源—汗海—旗下营—永圣域。本文根据工频过电压、操作过电压等计算结果进行黑启动方案可行性分析。计算中涉及的线路及高压并联电抗器（以下简称高抗）配置见表 1所示。

表 1(Table 1)

表 1 500 kV线路长度及高抗配置

表 1 500 kV线路长度及高抗配置

基于黑启动初步恢复供电方案，按照内蒙古电网供电范围及网架结构拟定4个恢复阶段：第1阶段，恢复呼和浩特、乌兰察布地区的重要负荷供电；第2阶段，恢复包头、鄂尔多斯地区的重要负荷供电；第3阶段，恢复锡林郭勒、大乌海、巴彦淖尔地区的重要负荷供电；第4阶段，恢复内蒙古电网全网供电^[2]。本文对第1阶段至第3阶段的恢复供电过程进行了详细的仿真计算，分析电网恢复供电方案的可行性。2 初步恢复供电方案仿真计算

选取系统区域外部电源作为黑启动电源，进行黑启动过程线路合闸工频过电压及操作过电压校核计算，校核网架包括外部电源所在的区域电网，确保提供黑启动电源的外部电网安全稳定运行。 2.1 工频过电压

系统中的工频过电压一般由线路空载、接地故障和甩负荷等引起。考虑这几种因素的影响，选取正常送电状态下甩负荷和线路受端有单相接地故障情况下甩负荷作为确定系统工频过电压的条件。

采用RTDS仿真计算黑启动路径方案1中的丰万一线（丰万二线与此相同）、永丰一线、永丰二线、永丰三线和方案2中的汗沽一线（汗沽二线与此相同）、汗旗一线、汗旗二线、永旗一线的工频过电压。根据线路高抗投运情况，分别对线路正常送电甩负荷（K0）和线路末端单相短路甩负荷（K1）2种情况下的工频过电压进行计算，仿真计算结果见表2。从表 2可知，2个方案的相—地工频过电压均小于1.4（p.u.），满足《DL/T 620—1997 交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》规程规定^[3]。

表 2(Table 2)

表 2 工频过电压计算结果1）

表 2 工频过电压计算结果1）

空载线路合闸时，由于线路电感电容的振荡将产生合闸过电压。线路重合闸时，由于电源电势较高以及线路上残余电荷的存在，加剧了这一电磁振荡过程，使过电压进一步提高。针对该问题，采用RTDS仿真计算黑启动实施过程中可能出现的线路合闸操作过电压。

按照线路合闸操作步骤，即依次闭合开关，并记录合闸点母线电压。分别仿真计算方案1中的丰万一线（丰万二线与此相同）、永丰一线、永丰二线、永丰三线和方案2中的汗沽一线（汗沽二线与此相同）、汗旗一线、汗旗二线、永旗一线的操作过电压，根据高抗投运情况，分别进行随机合闸操作试验120次，采集到的合闸线路的首、末端电压见表 3。2个方案中相—地操作过电压均小于2.0（p.u.），能够满足规程规定^[3]。

表 3(Table 3)

表 3 操作过电压计算结果1）

表 3 操作过电压计算结果1）

（1） 相—地工频过电压最大值均出现在高抗未投运时，说明高抗投运对工频过电压能起到抑制作用。此外，线路末端单相短路时工频过电压比正常空充时高。

（2） 在高抗投和高抗退2种情况下分别出现相—地操作过电压最大值，说明操作过电压受高抗是否投运的影响较小。同时，由于安装在线路首、末端的避雷器能够有效抑制操作过电压的幅值，相—地操作过电压最大值均出现在线路中段。 3 内蒙古电网分阶段恢复供电方案

为确保大停电事故发生后系统黑启动的快速顺利进行，在黑启动初步送电方案的基础上研究了内蒙古电网的分阶段恢复供电方案，分析每个区域的恢复供电路径，针对黑启动各阶段开展详细的仿真计算校核，制定可靠、合理、有序的黑启动方案^[4]。 3.1 第1阶段恢复供电过程

呼和浩特市是内蒙古自治区首府城市，在黑启动时应首先恢复该地区供电。通过500 kV线路从华北电网送电至永圣域500 kV母线侧后，首先对永圣域变电站充电，再通过永圣域220 kV侧出线对昭君变、呼东郊变等担负重要负荷的220 kV变电站恢复送电。该地区丰泰电厂发电机组启备变压器（以下简称启备变）接在220 kV高压侧母线，可列为首选恢复电源。乌兰察布地区距离华北电网最近，可以第一批恢复供电，该地区新丰电厂发电机组启备变接在220 kV高压侧母线，可列为首选恢复电源。

通过仿真分析恢复供电过程，推荐恢复路径及启动顺序：路径1，永圣域—昭君—呼东郊—昭君变及呼东郊变负荷；路径2，永圣域—丰泰电厂；路径3，丰泉—新丰电厂。 3.2 第2阶段恢复供电过程

包头、鄂尔多斯地区恢复路径总体思路：利用500 kV主干网架，确保系统恢复初期的网架结构合理。优先恢复各地区重要负荷变电站供电，同时以最快的速度启动各地区火电机组。包头地区华电包头电厂发电机组启备变接在500 kV高压侧母线，可列为该地区首选恢复电源。鄂尔多斯东胜地区国电东胜电厂发电机组启备变接在220 kV高压侧母线，可列为该地区首选恢复电源。

通过RTDS仿真分析恢复供电过程，推荐恢复路径及启动顺序：路径1，永圣域—响沙湾—高新—昆河—张家营—昆河变及张家营变部分负荷—华电包头电厂；路径2，响沙湾—布日都—东胜—东胜变部分负荷—国电东胜电厂。3.3 第3阶段恢复供电过程

在临近呼和浩特市的电网恢复供电后，逐步恢复乌海地区、锡林郭勒盟、巴彦淖尔地区供电。由于恢复过程中系统已并网发电机组进相能力有限，无法同时恢复3个地区500 kV电网供电，因此，应首先恢复乌海地区重要负荷，然后恢复锡林浩特地区和巴彦淖尔地区负荷供电。大乌海地区凤凰岭、磴口2座火电厂以500 kV电压等级接入电网，但由于启备变电源来自其他变电站，不适合作为恢复电源点。蒙西电厂机组启备变电源来自电厂220 kV高压侧母线，可列为乌海地区首选恢复电源。锡林电厂发电机组启备变接在220 kV高压侧母线，可列为锡林郭勒盟首选恢复电源。临河电厂发电机组启备变接在220 kV高压侧母线，可列为巴彦淖尔地区首选恢复电源。

通过RTDS仿真分析恢复供电过程，推荐恢复路径及启动顺序：路径1，布日都—乌海—千里山—祥和变及伊河变及部分负荷；路径2，乌海—吉兰太—顺达、贺兰山—顺达变及贺兰山变部分负荷—蒙西电厂；路径3，丰泉—集宁东—汗海—白音—灰腾梁—塔拉—锡南郊变部分负荷—锡林电厂；路径4，千里山—磴口—河套—临河—临河电厂。 4 结论及建议

结合RTDS仿真试验，分析确定以华北电网作为黑启动电源点的内蒙古电网黑启动方案可行，并制定了分阶段系统恢复供电方案，整个恢复过程中系统能够保持稳定，各环节操作过电压及工频过电压能够满足规程要求。

（1） 在系统恢复供电初期，由于线路充电功率较大，并网发电机组吸收和发出无功功率的能力有限，因此需要投入线路或母线高抗、低压并联电抗器、低压并联电容器等无功设备来维持系统各环节的无功功率平衡，使系统电压运行在合理范围内，维持系统稳定运行。

（2） 在负荷恢复供电过程中，随着负荷的增加，系统电压和频率将不同程度地降低，部分恢复过程仅靠发电机自动调节难以维持电压、频率在合理范围内，需要手动调节各发电机组励磁及调速系统，使系统参数维持在合理范围内^[5]。

（3） 由于发电厂恢复过程较为缓慢，在进行仿真试验时，将各区域的发电厂恢复置于负荷恢复后，而实际过程中应在系统恢复负荷供电的同时，尽快启动已具备恢复条件的火电机组厂用负荷，使机组在最短时间内并网运行。

（4） 仿真试验过程表明，系统一旦全部失电，恢复过程极为复杂。如果没有一个完整的恢复方案，在恢复过程中势必会出现发电机组出力与负荷恢复不匹配的情况，特别是系统无功功率不平衡而引起恢复过程中的系统失稳，不仅不能达到快速恢复供电的效果，还可能会造成设备损坏，使事故影响加剧。