大型抽水蓄能機組同步控制試驗

劉鵬龍，霍獻東，馬聖恒

（河南國網寶泉抽水蓄能有限公司，河南 新鄉 453636）

大型抽水蓄能機組同步控制試驗

劉鵬龍，霍獻東，馬聖恒

（河南國網寶泉抽水蓄能有限公司，河南 新鄉 453636）

討論了大型抽水蓄能機組同步控制試驗的內容、方法及注意事項，重點描述了機組不同工況下假同步試驗的具體過程，對其他抽水蓄能電站具有一定的參考意義。

抽水蓄能；同步試驗；假同步

1 前言

抽水蓄能電站在電網中一般承擔著調峰、填谷、調頻、調相以及事故備用等任務，快速、安全地與電力系統同步并列是抽水蓄能機組應滿足的基本功能。抽水蓄能機組具有發電和抽水兩個旋轉方向，運行工況多且工況轉換頻繁，涉及到機組同步并列的工況轉換有發電工況啟動、抽水調相工況啟動（SFC拖動方式）、抽水工況啟動（SFC拖動方式）、抽水調相工況啟動（BTB拖動方式）、抽水工況啟動（BTB拖動方式）等，機組同步控制需要考慮機組各種運行工況下的需求，因此機組同步控制設計也較為復雜。

抽水蓄能機組首次啟動前、機組大修后、機組同步控制相關一次或二次回路有異動時，為了檢驗機組同步控制回路接線的正確性和同步控制邏輯及參數的正確性，優化同步控制參數，防止出現接線錯誤、邏輯錯誤或參數錯誤等其他問題導致機組非同步并列，保證機組和電網的安全穩定運行，機組整組啟動前與整組啟動調試時應對機組同步控制系統進行必要的檢查與試驗。

抽水蓄能機組同步方式和常規水電機組一樣，采用以自動準同步方式為主用，手動準同步為備用的同步并列方式。

2 同步控制系統檢查與試驗項目

通常機組同步控制系統檢查與實驗項目有以下內容：

（1）硬布線控制回路接線檢查與校核。對硬布線控制回路的物理連接進行檢查并核對相關接線端子號及設備標識的正確性和完整性。對硬布線回路的電氣連接進行校核，相關回路及元件帶電，按照控制回路圖紙，采取拆線或短接等方式，測量和檢查控制回路及元件動作是否正常。測試時應按照設計圖紙，覆蓋全部內容和各種控制邏輯，回路應通的要通且不應通的不通，元件應動作的要動作且不應動作的不動作，并實時在圖紙上進行標記，對于當時不具備測試條件的回路，做好記錄，在條件具備時再進行測試。

（2）交流電壓回路接線檢查與核相。對交流電壓回路的物理連接進行檢查并核對相關接線端子號及設備標識的正確性和完整性。核相是用電氣的方法對接線進行校核，當機組是電站首機首次啟動且采用水泵工況啟動時，同步電壓核相一般結合機端母線受電試驗進行，當機組是水輪機工況啟動時，同步電壓核相一般通過發變組零起升壓來進行。

（3）自動準同步裝置靜態功能校驗。設定自動準同步裝置參數，通過繼電保護測試儀或信號發生器校驗裝置的定值、參數、動作邏輯，校驗頻率調節脈沖周期及脈沖占比測量、電壓調節脈沖周期及脈沖占比測量，以及安全閉鎖等功能是否正確。

（4）同步檢驗裝置靜態功能校驗。設定自動準同步裝置參數，通過繼電保護測試儀或信號發生器校驗裝置的定值、參數、動作邏輯、安全閉鎖等功能是否正確。

（5）導前時間測量。自動準同步裝置捕捉到合閘機會時提前發出合閘脈沖，使同步斷路器主觸頭在相角差為零時閉合，這個提前時間量就是導前時間。導前時間測量一般結合假同步試驗進行。導前時間測量當前主要由兩種方式：一是自動準同步裝置具有導前時間測量功能，可以使用這一功能來測量導前時間；二是通過信號錄波的方式測量導前時間，同時錄制同步點兩側的交流電壓信號（或滑差電壓）、自動準同步裝置合閘信號、同步斷路器合閘位置信號（或同步斷路器分閘位置信號），通過分析同步斷路器合閘過程的波形來測算出導前時間。為提高導前時間精確性，條件具備的情況下，可以同時錄制上述所有波形圖及時序圖進行綜合分析計算導前時間，一般在不同頻差周期情況下多次測算，取平均值。

（6）頻率調節參數優化。機組同步過程中，自動準同步裝置根據控制算法向動力裝置發送頻率/轉速增減指令來實現機組頻率的調整，使同步點兩側頻差、相位差快速滿足同步并列條件。大型抽水蓄能機組同步控制頻率調節涉及本機組調速器（發電方向啟動時）、SFC（SFC拖動方式抽水方向啟動時）、拖動機調速器（BTB拖動方式抽水方向啟動時）等設備，當自動準同步裝置各工況采用同一套參數時，頻率調節參數優化應考慮與各相關機組調速器和SFC的調節參數相匹配，同時對自動準同步裝置參數、相關機組調速器參數和SFC參數進行優化，以達到在各種工況下均有良好的頻率調節性能。當自動準同步裝置配置多套參數，不同工況啟用不同參數時，在各工況下分別優化頻率調節參數，必要時對相關機組調速器參數和SFC參數進行優化，以達到在各種工況下均有良好的頻率調節性能。

（7）電壓調節參數優化。機組同步過程中，自動準同步裝置根據控制算法向勵磁系統發送電壓增減指令來實現機端電壓的調整，使同步點兩側電壓差快速滿足同步并列條件。機組各工況下同步時電壓調節只涉及本機組勵磁系統，可選擇任一工況下優化電壓調節參數，并在其他工況下進行校核，必要時對勵磁系統參數進行優化，以達到良好的電壓調節性能。

（8）手動準同步頻率調節和電壓調節試驗。本試驗一般結合頻率調節參數優化和電壓調節參數優化來進行，驗證手動頻率調節和電壓調節的功能是否正常。

（9）假同步試驗。本試驗是整體驗證機組同步控制系統性能的試驗，將在下一節重點描述此試驗的相關內容。

（10）同步試驗。機組真實與電力系統同步并列，錄制同步過程中同步電壓、機端三相電流、自動準同步裝置合閘信號、同步斷路器合閘位置信號（或同步斷路器分閘位置信號）波形圖和時序圖，檢驗實際同步并列效果，特別是合閘沖擊電流是否滿足要求，根據合閘沖擊電流起始點信號計算復核導前時間，必要時對導前時間進行修正。

3 大型抽水蓄能機組假同步試驗

為確保機組同步控制系統原件及回路工作正常，防止發生機組非同步并列，在機組整組啟動調試期間應進行機組假同步試驗，驗證同步控制系統工作正常后才能進行正式同步并列試驗。抽水蓄能機組同步并列涉及多個工況，機組整組調試首次啟動采用不同工況時，假同步試驗的過程有所差別，下面對機組首次啟動采用不同工況下的假同步試驗過程進行簡要描述，以下各工況均假設機組同步點為發電電動機出口斷路器。假同步試驗期間一般同時進行頻率調節參數優化、電壓調節參數優化、手動準同步頻率調節和電壓調節試驗等試驗內容，但本節不討論這些試驗內容。

3.1 機組首次啟動采用水輪機工況

試驗基本前提條件：已完成同步控制系統硬布線回路接線檢查與校核，自動準同步裝置靜態功能校驗，同步檢驗裝置靜態功能校驗，同步交流電壓回路接線檢查與核相，機組具備水輪機工況整組啟動條件，機組出口母線相關開關設備運行正常。

試驗過程：

（1）檢查確認機組換相隔離開關在分閘位置并上機械鎖。

（2）同步電壓硬布線回路中短接換相隔離開關發電方向位置信號的相關接線端子，使同步電壓按照發電模式接入自動準同步裝置、同步校驗裝置、同步組合表和假同步試驗錄波裝置。

（3）拆除接入調速器的發電電動機出口斷路器位置信號接線端子。

（4）拆除接入勵磁系統的發電電動機出口斷路器位置信號接線端子。

（5）拆除接入計算機監控系統的發電電動機出口斷路器合閘位置信號接線端子。

（6）修改調速器導葉開度限制值，可設置為比導葉空載開度高5%，防止試驗過程中機組出現過速。

（7）連接試驗錄波儀器相關信號，有同步點兩側電壓、發電電動機出口斷路器位置信號、自動準同步裝置合閘脈沖信號等。

（8）機組現地單步控制方式發電工況啟機，啟機過程中人為干預換相隔離開關信號，以滿足機組啟動流程條件。

（9）機組轉速大于同步授權轉速（一般為95%額定轉速）時，檢查同步裝置啟動是否正常，同時啟動錄波裝置。

（10）監視機組同步控制過程。斷路器合閘后，保存并分析相關波形及時序圖，檢查導前時間、壓差、頻差、相角差是否合適，必要時對有關參數予以修正。

（11）在計算機監控系統中強制同步授權輸出信號為0，確認同步控制系統停止工作。

（12）現地手動分斷發電電動機出口斷路器，再把其控制方式切至遠方自動。

（13）在計算機監控系統中解除強制同期授權輸出信號，同步控制系統再次啟動，監視機組同步控制過程。斷路器合閘后，保存并分析相關波形及時序圖，檢查導前時間、壓差、頻差、相角差是否滿足要求。

（14）在計算機監控系統中再次強制同步授權輸出信號為0，確認同步控制系統停止工作。

（15）現地手動分斷發電電動機出口斷路器，再把其控制方式切至遠方自動。

（16）在計算機監控系統中解除強制同期授權輸出信號，同步控制系統再次啟動，監視機組同步控制過程。斷路器合閘后，保存并分析相關波形及時序圖，檢查導前時間、壓差、頻差、相角差是否滿足要求。

（17）三次假同步試驗機組同步并列有關波形圖和時序圖均滿足要求，自動準同步方式假同步試驗結束。接下來將繼續進行手動準同步方式假同步試驗。

（18）在計算機監控系統中再次強制同步授權輸出信號為0，確認同步控制系統停止工作。

（19）現地手動分斷發電電動機出口斷路器，再把其控制方式切至遠方自動。

（20）把機組同步控制方式切至手動準同步方式。

（21）在計算機監控系統中解除強制同期授權輸出信號，手動準同步方式下，自動準同步裝置不會啟動，同步校驗裝置正常工作，觀察手動同步組合表，手動調節機組轉速和機端電壓，在相角差緩慢接近同步點時按下合閘按鈕，斷路器合閘后，保存并分析相關波形及時序圖，檢查斷路器合閘瞬間壓差、頻差、相角差是否滿足要求。

（22）手動假同步試驗重復進行3次，若3次試驗有關波形圖和時序圖均滿足要求，手動準同步方式假同步試驗結束，機組停機。

（23）恢復試驗所做的臨時措施。

為保證試驗安全性，試驗時應注意以下事項：

（1）應檢查確認機組換相隔離開關在分閘位置并用機械鎖鎖上，從物理上和電氣上在機組與電力系統之間形成有效斷開點，防止試驗期間發生機組非同步并列。

（2）接入調速器、計算機監控系統的發電電動機出口斷路器位置信號應拆除，同時臨時修改調速器導葉開度限制值為略高于空載開度，防止出現機組轉速劇烈波動甚至發生過速。

（3）接入勵磁系統的發電電動機出口斷路器位置信號應拆除，防止機端電壓出現大幅波動。

（4）試驗過程中機組各部位若出現異常，應按執行停機，保證機組安全。

3.2 機組首次啟動采用水泵工況

機組首次啟動采用水泵工況，假同步試驗有SFC拖動方式和BTB拖動方式兩種情況，下面對較為常用的SFC拖動方式機組假同步試驗方法進行簡要描述，BTB拖動方式與此類似，在此不再進行討論。

試驗基本前提條件：已完成同步控制系統硬布線回路接線檢查與校核，自動準同步裝置靜態功能校驗，同步檢驗裝置靜態功能校驗，同步交流電壓回路接線檢查與核相，機組具備水泵調相工況整組啟動條件，SFC系統調試完畢可正常運行，機組出口母線相關開關設備運行正常。

試驗過程：

（1）檢查確認機組換相隔離開關在分閘位置并上機械鎖。

（2）同步電壓硬布線回路中短接換相隔離開關抽水方向位置信號的相關接線端子，使同步電壓按照抽水模式接入自動準同步裝置、同步校驗裝置、同步組合表和假同步試驗錄波裝置。

（3）拆除接入調速器的發電電動機出口斷路器位置信號接線端子。

（4）拆除接入勵磁系統的發電電動機出口斷路器位置信號接線端子。

（5）拆除接入計算機監控系統的發電電動機出口斷路器合閘位置信號接線端子。

（6）拆除同步控制系統停SFC的控制信號接線端子，拆除接入SFC系統的發電電動機出口斷路器位置信號接線端子。

（7）修改調速器導葉開度限制值為0，必要時投入導葉檢修鎖定，防止試驗過程中導葉意外開啟。

（8）連接試驗錄波儀器相關信號，有同步點兩側電壓信號、發電電動機出口斷路器位置信號、自動準同步裝置合閘脈沖信號等。

（9）機組現地單步控制方式抽水調相工況啟機（SFC拖動模式），啟機過程中人為干預換相隔離開關信號，以滿足機組啟動流程條件。

（10）機組轉速大于同步授權轉速（一般為95%額定轉速）時，檢查同步裝置啟動是否正常，同時啟動錄波裝置。

（11）監視機組同步控制過程。斷路器合閘后，保存并分析相關波形及時序圖，檢查導前時間、壓差、頻差、相角差是否合適，是否滿足要求，必要時對有關參數予以修正。

（12）在計算機監控系統中強制同步授權輸出信號為0，確認同步控制系統停止工作。

（13）現地手動分斷發電電動機出口斷路器，再把其控制方式切至遠方自動。

（14）在計算機監控系統中解除強制同期授權輸出信號，同步控制系統再次啟動，監視機組同步控制過程，斷路器合閘后，保存并分析相關波形及時序圖，檢查導前時間、壓差、頻差、相角差是否滿足要求。

（15）在計算機監控系統中再次強制同步授權輸出信號為0，確認同步控制系統停止工作。

（16）現地手動分斷發電電動機出口斷路器，再把其控制方式切至遠方自動。

（17）在計算機監控系統中解除強制同期授權輸出信號，同步控制系統再次啟動，監視機組同步控制過程，斷路器合閘后，保存并分析相關波形及時序圖，檢查導前時間、壓差、頻差、相角差是否滿足要求。

（18）3次假同步試驗機組同步并列有關波形圖和時序圖均滿足要求，自動準同步方式假同步試驗結束。接下來將繼續進行手動準同步方式假同步試驗。

（19）在計算機監控系統中再次強制同步授權輸出信號為0，確認同步控制系統停止工作。

（20）現地手動分斷發電電動機出口斷路器，再把其控制方式切至遠方自動。

（21）把機組同步控制方式切至手動準同步方式。

（22）在計算機監控系統中解除強制同期授權輸出信號，手動準同步方式下，自動準同步裝置不會啟動，同步校驗裝置正常工作，觀察手動同步組合表，手動調節機組轉速和機端電壓，在相角差緩慢接近同步點時按下合閘按鈕，斷路器合閘后，保存并分析相關波形及時序圖，檢查斷路器合閘瞬間壓差、頻差、相角差是否滿足要求。

（23）手動假同步試驗重復進行3次，若3次試驗有關波形圖和時序圖均滿足要求，手動準同步方式假同步試驗結束，機組停機。

（24）恢復試驗所做的臨時措施。

為保證試驗安全性，試驗時應注意以下事項：

（1）應檢查確認機組換相隔離開關在分閘位置并用機械鎖鎖上，從物理上和電氣上在機組與電力系統之間形成有效斷開點，防止試驗期間發生機組非同步并列。

（2）接入調速器、計算機監控系統的發電電動機出口斷路器位置信號應拆除，同時臨時修改調速器導葉開度限制值為0，同時投入導葉檢修鎖定，防止出現導葉意外開啟。

（3）接入勵磁系統的發電電動機出口斷路器位置信號應拆除，防止出現機端電壓出現大幅波動。

（4）同步控制系統停SFC的控制信號接線端子和接入SFC系統的發電電動機出口斷路器位置信號接線端子應解除，防止斷路器合閘時SFC停止，電氣軸解列，試驗被迫中斷。

（5）應控制試驗時間，防止超出SFC連續負載允許時間，造成試驗被迫中斷。

（6）試驗過程中機組各部位若出現異常，應按執行停機，保證機組安全。

4 結束語

大型抽水蓄能機組運行工況多，同步控制過程涉及的設備也較多，需要各設備之間的密切配合才能實現機組快速、安全的與電力系統同步并列。完成機組同步控制系統各項試驗是實現機組快速、安全同步并列的基礎和前提，本文討論了大型抽水蓄能機組同步控制系統試驗的內容、方法及注意事項，重點描述了機組水輪機模式和水泵模式（SFC拖動方式）2種典型常用工況下機組假同步試驗的具體過程及注意事項，對其他抽水蓄能電站具有一定的參考意義。

TV743

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1672-5387（2016）07-0012-04

10.13599/j.cnki.11-5130.2016.07.004

2016-04-07

劉鵬龍（1984-），男，高級工程師，從事抽水蓄能自動控制與保護研究工作。