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

永泰抽水蓄能電站裝機4 臺可逆式水泵水輪發(fā)電機組，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。在進行機組水泵方向同期并網(wǎng)瞬間，機組的無功功率進相數(shù)值比較大，機組進入抽水調(diào)相穩(wěn)態(tài)時無功功率逐漸上升至設(shè)定值。并網(wǎng)瞬間機端電壓低于電網(wǎng)電壓，沖擊電流較大且方向流向機組，導致瞬間無功的進相數(shù)值很大，對機組的安全運行不利，因此需作為機組調(diào)試的缺陷問題進行分析、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)。

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

機組通過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，同期裝置進行機組頻率、電壓電壓調(diào)節(jié)，滿足合閘條件時開出合閘命令，檢查機組出口斷路器合閘。GCB 合閘時聯(lián)跳SFC輸出開關(guān)，并停機SFC 系統(tǒng)。機組和SFC 拖動電氣搭橋斷開。機組執(zhí)行流程分被拖動開關(guān)和啟動母線刀閘，機組進入抽水調(diào)相狀態(tài)，設(shè)定機組無功功率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 可看出機組同期時壓差雖滿足同期并網(wǎng)參數(shù)，但是機端電壓與系統(tǒng)電壓之間仍有一定的壓差，機端的電壓低于系統(tǒng)電壓，同期合閘的瞬間產(chǎn)生較大的沖擊電流流向機組，機組的無功進相較大，數(shù)值大約在-80~-90 Mvar，對機組安全運行不利。機組并網(wǎng)瞬間沒有到達穩(wěn)態(tài)（抽水調(diào)相），其無功設(shè)置無法啟用，機組執(zhí)行流程斷開拖動搭橋、分機組被拖動開關(guān)和啟動母線隔離開關(guān)后進入抽水調(diào)相態(tài)，此時機組的無功設(shè)定啟用，機組的無功逐漸從-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）。

在機組勵磁系統(tǒng)切換為自動控制時，機組的勵磁電流發(fā)生變化，機組的機端電壓降低，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，此過程造成機端電壓的波動及機組同期時間的加長，有引起同期失敗的風險。

4 抽水方向同期并網(wǎng)問題缺陷分析

SFC 拖動機組到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行調(diào)節(jié)時間，增大了同期失敗的風險。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)瞬時無功進相大的問題：機組同期裝置調(diào)節(jié)電壓值到同期范圍內(nèi)時，機端的電壓低于系統(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組側(cè)，機組的電壓偏低，勵磁系統(tǒng)從電網(wǎng)吸收無功功率，使得機組無功進相。機組順流程到調(diào)相態(tài)時，機組的無功會逐漸升上到設(shè)定值。無功進相只是發(fā)生在在機組并網(wǎng)至無功到設(shè)定值的這段時間。機組的并網(wǎng)的沖擊電流和無功進相對機組的長久安全穩(wěn)定運行是不利的，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，機端電壓一直在上升，到達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端電壓模式，跟蹤機端電壓需要一定的時間，而在切換之前機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）針對機組勵磁系統(tǒng)切換自動控制時，勵磁電流波動做成機組的機端電壓的下降的問題可以考慮一下的方式進行改進：

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端電壓適當抬高，當切換為自動控制模式后機端電壓與網(wǎng)壓偏差較小；

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組失磁引發(fā)事故停機。

圖2 機組流程圖（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)進行測試）減少同期并網(wǎng)時機端和主變低壓側(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)將機端電壓調(diào)節(jié)至負荷同期并網(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證及同期并網(wǎng)參數(shù)優(yōu)化

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

SFC 拖動機組至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。延時過程中機端電壓SFC 控制下上升，在切自動方式時機組機端電壓下降值已經(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，機組同期并網(wǎng)瞬間的無功進相值約為-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），這幾項數(shù)據(jù)都滿足現(xiàn)場要求。考慮機組安全運行、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，其他機組也可按照該參數(shù)進行設(shè)置，設(shè)置后可進行幾次驗證，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，加深了對機組各系統(tǒng)控制的認識，并通過實際試驗機組的方式對理論分析的結(jié)果進行驗證，再根據(jù)機組實際并網(wǎng)情況進行同期參數(shù)調(diào)整及機組流程修改，以便機組能更安全穩(wěn)定的并網(wǎng)運行。隨著近些年抽水蓄能機組大力發(fā)展，越來越多的抽水蓄能機組將投入使用，工作中會遇到更多的影響機組安全運行的缺陷問題，需要更加的謹慎小心。根據(jù)實際現(xiàn)象進行理論分析，提出解決的方案，再通過對機組動態(tài)試驗驗證解決方案是否可行，找出最佳結(jié)果，保證機組安全穩(wěn)定的運行。