永泰抽水蓄能電站抽水方向同期問題分析處理

高 創(chuàng)，張自敏

（中國水利水電第十四工程局有限公司，云南 昆明 650041）

1 概述

抽水方向并網(wǎng)機(jī)組調(diào)試的一個里程碑試驗(yàn)，并網(wǎng)后的工況抽水調(diào)相是機(jī)組一個重要的工況，更是機(jī)組轉(zhuǎn)到抽水工況必須經(jīng)過的過渡階段。抽水方向并網(wǎng)主要檢查機(jī)組并網(wǎng)時機(jī)端電壓和電網(wǎng)電壓的相序、幅值、頻差及角差是否滿足要求，保證機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行的安全性。同期并網(wǎng)前先進(jìn)行同期模擬試驗(yàn)，檢查同期參數(shù)及同期回路的準(zhǔn)確性，并驗(yàn)證靜止變頻器（SFC）輸出開關(guān)與機(jī)組出口斷路器（GCB）聯(lián)動的邏輯滿足設(shè)計要求。

永泰抽水蓄能電站裝機(jī)4 臺可逆式水泵水輪發(fā)電機(jī)組，電站配置一套SFC 系統(tǒng)作為電動工況的主啟動方式，背靠背作為后備啟動方式。在進(jìn)行機(jī)組水泵方向同期并網(wǎng)瞬間，機(jī)組的無功功率進(jìn)相數(shù)值比較大，機(jī)組進(jìn)入抽水調(diào)相穩(wěn)態(tài)時無功功率逐漸上升至設(shè)定值。并網(wǎng)瞬間機(jī)端電壓低于電網(wǎng)電壓，沖擊電流較大且方向流向機(jī)組，導(dǎo)致瞬間無功的進(jìn)相數(shù)值很大，對機(jī)組的安全運(yùn)行不利，因此需作為機(jī)組調(diào)試的缺陷問題進(jìn)行分析、整改。

2 抽水方向同期并網(wǎng)條件及方式

永泰抽水蓄能電站機(jī)組抽水方向可以通過SFC啟動或背靠背啟動，主要介紹SFC 方式啟動并網(wǎng)。

機(jī)組需要先完成同期模擬試驗(yàn)，驗(yàn)證機(jī)端電壓和電網(wǎng)電壓的相序、幅值、頻差及角差是滿足要求的，并驗(yàn)證SFC 輸出開關(guān)和GCB 之間的聯(lián)動邏輯正確才能進(jìn)行同期試驗(yàn)。

機(jī)組通過SFC 拖動至99%的額定轉(zhuǎn)速時，SFC發(fā)監(jiān)控系統(tǒng)信號“機(jī)組轉(zhuǎn)速99%”，監(jiān)控系統(tǒng)收到99%轉(zhuǎn)速信號后給勵磁系統(tǒng)發(fā)出“設(shè)置勵磁系統(tǒng)自動模式”，勵磁系統(tǒng)啟動自動方式并反饋至監(jiān)控系統(tǒng)。之前勵磁由SFC 控制，給定勵磁電流，控制方式手動電流環(huán)模式，切換自動模式后為電壓環(huán)控制模式（SFC 系統(tǒng)發(fā)出機(jī)組轉(zhuǎn)速99%后，SFC 勵磁給定延時3 s 退出）。勵磁啟動自動模式后，監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出“啟動同期裝置”命令，同期裝置進(jìn)行機(jī)組頻率、電壓電壓調(diào)節(jié)，滿足合閘條件時開出合閘命令，檢查機(jī)組出口斷路器合閘。GCB 合閘時聯(lián)跳SFC輸出開關(guān)，并停機(jī)SFC 系統(tǒng)。機(jī)組和SFC 拖動電氣搭橋斷開。機(jī)組執(zhí)行流程分被拖動開關(guān)和啟動母線刀閘，機(jī)組進(jìn)入抽水調(diào)相狀態(tài)，設(shè)定機(jī)組無功功率10 Mvar。

3 抽水方向同期并網(wǎng)問題缺陷

抽水方向并網(wǎng)時，1 號~4 號機(jī)組同期測錄數(shù)據(jù)如表1-1 所示，同期裝置參數(shù)如表1、表2 所示。

表1 同期測錄數(shù)據(jù)

表2 同期裝置參數(shù)

從表1、表2 可看出機(jī)組同期時壓差雖滿足同期并網(wǎng)參數(shù)，但是機(jī)端電壓與系統(tǒng)電壓之間仍有一定的壓差，機(jī)端的電壓低于系統(tǒng)電壓，同期合閘的瞬間產(chǎn)生較大的沖擊電流流向機(jī)組，機(jī)組的無功進(jìn)相較大，數(shù)值大約在-80~-90 Mvar，對機(jī)組安全運(yùn)行不利。機(jī)組并網(wǎng)瞬間沒有到達(dá)穩(wěn)態(tài)（抽水調(diào)相），其無功設(shè)置無法啟用，機(jī)組執(zhí)行流程斷開拖動搭橋、分機(jī)組被拖動開關(guān)和啟動母線隔離開關(guān)后進(jìn)入抽水調(diào)相態(tài)，此時機(jī)組的無功設(shè)定啟用，機(jī)組的無功逐漸從-90 Mvar 左右上升至10 Mvar（程序內(nèi)設(shè)定的并網(wǎng)帶無功初始值）。

在機(jī)組勵磁系統(tǒng)切換為自動控制時，機(jī)組的勵磁電流發(fā)生變化，機(jī)組的機(jī)端電壓降低，同期過程中由同期裝置發(fā)令調(diào)節(jié)電壓，電壓升至滿足同期要求數(shù)值，此過程造成機(jī)端電壓的波動及機(jī)組同期時間的加長，有引起同期失敗的風(fēng)險。

4 抽水方向同期并網(wǎng)問題缺陷分析

SFC 拖動機(jī)組到99%額定轉(zhuǎn)速時，勵磁系統(tǒng)切換自動控制，勵磁給定由SFC 手動方式轉(zhuǎn)為自動方式，勵磁電流發(fā)生變化（減小），機(jī)端電壓明顯下降，后同期裝置調(diào)節(jié)電壓，將電壓逐漸上升到符合同期要求的數(shù)值。此過程雖然沒有影響到同期的結(jié)果，但是增加了同期裝置的運(yùn)行調(diào)節(jié)時間，增大了同期失敗的風(fēng)險。要解決此缺陷需要切換的時候能使電壓盡可能的穩(wěn)定，抽水方向同期并網(wǎng)瞬時無功進(jìn)相大的問題：機(jī)組同期裝置調(diào)節(jié)電壓值到同期范圍內(nèi)時，機(jī)端的電壓低于系統(tǒng)的電壓，但是壓差滿足同期裝置設(shè)定的壓差，此時同期合閘，有較大的沖擊電流流向機(jī)組側(cè)，機(jī)組的電壓偏低，勵磁系統(tǒng)從電網(wǎng)吸收無功功率，使得機(jī)組無功進(jìn)相。機(jī)組順流程到調(diào)相態(tài)時，機(jī)組的無功會逐漸升上到設(shè)定值。無功進(jìn)相只是發(fā)生在在機(jī)組并網(wǎng)至無功到設(shè)定值的這段時間。機(jī)組的并網(wǎng)的沖擊電流和無功進(jìn)相對機(jī)組的長久安全穩(wěn)定運(yùn)行是不利的，應(yīng)該消除此缺陷。

圖1 錄波曲線

前期調(diào)試過程中，防止勵磁切換自動控制模式失敗，將手自動切換的偏差允許值調(diào)整為0.2（勵磁內(nèi)部參數(shù)，自動與手動控制的Uc 值偏差），及在手自動模式存在較大偏差情況允許切換。

從錄波曲線可以看出，在手自動切換之前，機(jī)端電壓一直在上升，到達(dá)99%轉(zhuǎn)速的同時，切換為自動控制模式，自動電壓模式即恒機(jī)端電壓模式，跟蹤機(jī)端電壓需要一定的時間，而在切換之前機(jī)端電壓一直出于上升階段，因此自動控制模式還未跟蹤到位，處于比當(dāng)前瞬時值低的電壓值，并且此時的切換允許偏差值在0.2，處于較大值，因此控制模式切換必將造成較大的電壓突降。

5 抽水方向同期并網(wǎng)問題缺陷解決方案

（1）針對機(jī)組勵磁系統(tǒng)切換自動控制時，勵磁電流波動做成機(jī)組的機(jī)端電壓的下降的問題可以考慮一下的方式進(jìn)行改進(jìn)：

1）降低手自動模式切換的偏差允許設(shè)定值，調(diào)整為0.05；

2）在監(jiān)控流程中增加“允許勵磁手自動切換”狀態(tài)信號，收到該信號后再給勵磁系統(tǒng)發(fā)自動控制指令；

3）將手自動切換之前的機(jī)端電壓適當(dāng)抬高，當(dāng)切換為自動控制模式后機(jī)端電壓與網(wǎng)壓偏差較??；

4）在收到SFC 轉(zhuǎn)速大于99%后，增加判斷勵磁允許手自動切換判斷條件，條件滿足則開出勵磁自動控制，若超過30 s 該條件不滿足，則強(qiáng)制設(shè)置勵磁自動控制，此時SFC 給定勵磁電流需要延時超過30 s 才能取消，一旦過早取消可能造成機(jī)組失磁引發(fā)事故停機(jī)。

圖2 機(jī)組流程圖（增加“允許勵磁手自動切換”）

（2）抽水方向同期并網(wǎng)瞬時無功進(jìn)相的處理方法：

1）將同期裝置抽水方向并網(wǎng)參數(shù)允許壓差低限由-3V 改-1V，調(diào)速周期由5 修改為7，調(diào)壓周期由5 修改為2，調(diào)壓比例因子20 修改為30，（修改數(shù)據(jù)為暫定數(shù)據(jù)，后面可以在現(xiàn)場多修改幾組數(shù)據(jù)進(jìn)行測試）減少同期并網(wǎng)時機(jī)端和主變低壓側(cè)電壓壓差,縮短同期時間；

2）改變勵磁的調(diào)節(jié)速度，修改參數(shù)使得監(jiān)控給定勵磁的増磁、減磁的脈寬可以再適合的時間內(nèi)將機(jī)端電壓調(diào)節(jié)至負(fù)荷同期并網(wǎng)要求的電壓值，但不會對勵磁的其他調(diào)節(jié)產(chǎn)生影響。這樣可以防止同期裝置啟動時間過長造成同期失敗。

6 抽水方向同期并網(wǎng)問題缺陷解決方案驗(yàn)證及同期并網(wǎng)參數(shù)優(yōu)化

在進(jìn)行4 號機(jī)組動態(tài)調(diào)試的的時候進(jìn)行上述缺陷解決方案的驗(yàn)證，并確定最終合適的同期并網(wǎng)參數(shù)。

SFC 拖動機(jī)組至99%額定轉(zhuǎn)速后，延時30 s 后給定的勵磁電流取消，監(jiān)控系統(tǒng)收到99%額定轉(zhuǎn)速后延時27 s 發(fā)出勵磁系統(tǒng)設(shè)置自動控制方式，勵磁自動控制后，監(jiān)控系統(tǒng)啟動同期裝置。延時過程中機(jī)端電壓SFC 控制下上升，在切自動方式時機(jī)組機(jī)端電壓下降值已經(jīng)比較小，基本滿足要求，這樣也有利于后續(xù)同期時減少電壓的調(diào)節(jié)時間。

同期裝置的參數(shù)經(jīng)過幾次的修改測試，當(dāng)同期裝置設(shè)置的同期壓差±3 V 中將壓差下限值改為-0.2 時，調(diào)速周期由5 修改為7，調(diào)壓周期由5 修改為2，調(diào)壓比例因子20 修改為30，機(jī)組同期并網(wǎng)瞬間的無功進(jìn)相值約為-10 Mvar，沖擊電流相較之前也大大減小，同期時間（從啟動同期裝置到并網(wǎng)成功）大約為100 s（同期超180 s 發(fā)同期失敗），這幾項(xiàng)數(shù)據(jù)都滿足現(xiàn)場要求。考慮機(jī)組安全運(yùn)行、同期并網(wǎng)時間要求等幾方面的情況，可將同期裝置的參數(shù)按上述的數(shù)據(jù)設(shè)置，其他機(jī)組也可按照該參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，設(shè)置后可進(jìn)行幾次驗(yàn)證，確定最終結(jié)果滿足要求。

7 結(jié)束語

通過對永泰抽水蓄能電站機(jī)組抽水方向同期并網(wǎng)出現(xiàn)的問題缺陷分析及處理，加深了對機(jī)組各系統(tǒng)控制的認(rèn)識，并通過實(shí)際試驗(yàn)機(jī)組的方式對理論分析的結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，再根據(jù)機(jī)組實(shí)際并網(wǎng)情況進(jìn)行同期參數(shù)調(diào)整及機(jī)組流程修改，以便機(jī)組能更安全穩(wěn)定的并網(wǎng)運(yùn)行。隨著近些年抽水蓄能機(jī)組大力發(fā)展，越來越多的抽水蓄能機(jī)組將投入使用，工作中會遇到更多的影響機(jī)組安全運(yùn)行的缺陷問題，需要更加的謹(jǐn)慎小心。根據(jù)實(shí)際現(xiàn)象進(jìn)行理論分析，提出解決的方案，再通過對機(jī)組動態(tài)試驗(yàn)驗(yàn)證解決方案是否可行，找出最佳結(jié)果，保證機(jī)組安全穩(wěn)定的運(yùn)行。