抽水蓄能機組電動工況啟動的自動控制

楊世昌

摘 要：對抽水蓄能機組電動工況啟動進行自動控制，涉及到的內(nèi)容比較多，操作過程復(fù)雜，技術(shù)性強，對技術(shù)人員提出了很高的要求。本文主要對電動工況啟動的一次回路和控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進行分析，并針對電動工況啟動出現(xiàn)的問題，提出針對性的解決措施，以達到良好的自動控制效果，提高抽水蓄能機組整體性能。

關(guān)鍵詞：抽水蓄能機組；電動工況；自動控制

以某地區(qū)抽水蓄能電廠為例，它的性質(zhì)是日調(diào)節(jié)純抽水蓄能電站，基礎(chǔ)設(shè)施完備，主要包括發(fā)電電動機組和輔助設(shè)備等，用途比較多樣化，既可調(diào)頻、調(diào)相，又可用來預(yù)防緊急事故。啟動電站機組過程中，可將靜止變頻啟動裝置（SFC）作為最佳選擇，假定未能發(fā)揮作用，采用背靠背（BTB）方式，安排其他機組啟動。前者的應(yīng)用原理是靜止變頻裝置的電源發(fā)生變化，一直拖動發(fā)電電動機，直至并網(wǎng)。而BTB則通過本電站機組進行啟動，并拖動其他機組，使其歷經(jīng)靜止、額定轉(zhuǎn)速、并網(wǎng)過程。它具備速度和資金方面的優(yōu)勢。

一、電動工況啟動的一次主回路

如圖1所示，選用以及一機一變組合單元，作為最佳電站接線方式。該過程中，換相閘刀發(fā)揮作用，符合相序各要求。機組電動工況啟動的先決條件有拖動刀BTB1、被拖動刀SFC1、啟動母線，它們適用于抽水蓄能電站中。

電站中的四臺機器，在靜止變頻啟動裝置方面具有通用性。1號和4號主變壓器低壓側(cè)對SFC電源進行有效控制，以SFC為載體，對閘刀和開關(guān)進行輸入，科學(xué)選擇輸入電源去向。

采用SFC拖動1號機的電氣連接方法是：1號機定子引出線與SFC連接，實現(xiàn)回路構(gòu)建。主要實現(xiàn)架構(gòu)是1號機被拖動閘刀SFC1、啟動母線Ⅰ段閘刀ST1和SFC輸出開關(guān)。充分發(fā)揮SFC裝置優(yōu)勢，對1號機電動工況拖動，并將它啟動至額定轉(zhuǎn)速。

假使啟動SFC并未發(fā)揮作用，可采用BTB方法，對其他機組進行啟動。以2號機拖動1號機的電氣連接為例：1號機定子引出線與2號機定子引出線構(gòu)成回路，主要實現(xiàn)方法是分別由1號機和2號機，對閘刀SFC1和SFC2進行有效控制。使2號機在發(fā)電工況下，拖動1號機，并使其處于啟動狀態(tài)，至額定轉(zhuǎn)速[ 1 ]。

二、電動工況啟動的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，涉及到很多專業(yè)要素，而計算機監(jiān)控系統(tǒng)和常規(guī)硬布線控制回路作為常規(guī)主體內(nèi)容。監(jiān)控系統(tǒng)的功用是實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信和邏輯控制，硬布線回路主要用以信息反饋和部分重點控制命令。

監(jiān)控系統(tǒng)控制級配包含9個LCU，前四個用以監(jiān)控4臺機組，LCU5用以監(jiān)控地下廠房全部公用設(shè)備，可在母線閘刀控制系統(tǒng)、SFC系統(tǒng)和LCU啟動過程中，對各要素進行架構(gòu)和鏈接，并傳送SFC和BTB拖動過程中所需信息及命令。

如圖2所示，電動工況啟動的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。機組和公用設(shè)備LCU采用100Mbps冗余雙光纖交換式工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)，實現(xiàn)通信。雙絞線主要為機組調(diào)速器和勵磁系統(tǒng)提供服務(wù)，實現(xiàn)方式是交換機和機組LCU。Modbus協(xié)議在LCU5和SFC通信過程中的應(yīng)用價值極大，通過光纖進行連接。

三、電動工況啟動出現(xiàn)的問題及解決措施

（一）SFC輸出變重瓦斯繼電器動作跳SFC進線開關(guān)

將SFC作為機組啟動載體，主要呈現(xiàn)方式是發(fā)出報警信號，SFC進線開關(guān)跳閘，無法使機組電動工況處于正常啟動狀態(tài)。經(jīng)片刻，報警信號回歸原有狀態(tài)。而SFC裝置經(jīng)告警復(fù)歸之后，在熱備用狀態(tài)下使用。采用正確的方式，對輸出變壓器進行有效核查，將瓦斯斷電器、相關(guān)回路等，作為主要分析內(nèi)容，明確重瓦斯繼動作原由：輸出變壓器油中含過多瓦斯氣體；重瓦斯繼電器接點抖動；強電磁場對跳閘回路長電纜產(chǎn)生干擾。

變壓器重瓦斯保護動作，經(jīng)SFC輸出之后，從根本上杜絕變壓器油枕真空狀態(tài)和漏油情況。經(jīng)油樣檢測，變壓器油中各氣體含量無超標情況，符合基本運行訴求。一種短路含兩種保護功能，傳感器探測是其主要實現(xiàn)方法。該過程中，也能夠是其余無保護動作，自動復(fù)歸重瓦斯保護信號。綜上所述，能夠?qū)FC輸出變壓器油中瓦斯氣體含量超標導(dǎo)致的重瓦斯保護動作進行有效排除[ 2 ]。

錄波SFC控制回路，主要功用是撲捉SFC跳閘事件。采用正確的方式，校驗重瓦斯繼電器整定值，發(fā)現(xiàn)其無偏差。分析繼電器動作回路時，采用重瓦斯繼電器常閉節(jié)點，科學(xué)驅(qū)動中間繼電器，由中間繼電器常開點送硬布線回路瞬時出口跳閘和SFC控制器延時2S出口跳閘，上位機接收信號，滿足保護訴求。選用常開接點，并對控制和監(jiān)視回路進行修改，避免繼電器抖動，以對誤動問題進行監(jiān)視和解決。

采用上述方法實現(xiàn)運行，瓦斯繼電器仍會因電纜干擾，發(fā)生誤動。更改回路控制電源，使其轉(zhuǎn)化為DC220V，避免強電對DC24V繼電器造成干擾，產(chǎn)生誤動作。

將大功率繼電器放置在SFC變壓器本體控制箱中，避免因瓦斯繼電器原因?qū)е抡`動。增加掉牌信號繼電器，瓦斯繼電器動作之后，采用正確的方式，驅(qū)動大功率繼電器，并對具體動作情況進行監(jiān)視。如果二次跳閘，可將掉牌與否作為瓦斯繼電器誤動和長電纜干擾跳閘回路中間繼電器誤動判定標準。

采取該種方法，無類似跳閘事件。表明SFC跳閘回路長電纜很容易受強電磁場影響。而瓦斯繼電器本身接點抖動也會使SFC出現(xiàn)跳閘問題。

（二）BTB啟動問題及解決方法

低水頭下BTB拖動失?。阂阅畴娬緸槔?，拖動機選4號機，水頭不超過254m。具體實踐中，常出現(xiàn)調(diào)速器導(dǎo)葉開動值超限，而轉(zhuǎn)速沒有達到98%，表明開限將開度壓住，機組轉(zhuǎn)速無上升，導(dǎo)致拖動失敗。經(jīng)與廠家多次溝通，該機因安裝工藝，轉(zhuǎn)動阻尼大，先前的設(shè)置標準已經(jīng)不具備適用性，需要增大該參數(shù)。

修改參數(shù)時，要求極為嚴格，容易出現(xiàn)安全問題，需經(jīng)過嚴密計算和專業(yè)論證，方能夠使參數(shù)符合相關(guān)標準和具體要求。實施該導(dǎo)動之后，該機無類似情況發(fā)生[ 3 ]。

98%轉(zhuǎn)速信號抖動造成BTB拖動失敗：背靠背拖動啟動過程中，被拖動機轉(zhuǎn)速超過98%，投入和調(diào)節(jié)同期裝置，會存在轉(zhuǎn)速不足98%的情況。將原邏輯中轉(zhuǎn)速大于98%作為S4B-4的反饋，假使出現(xiàn)信號丟失或抖動狀況，流程會即刻下發(fā)非滿足信號，機組自動轉(zhuǎn)停機。專業(yè)技術(shù)人員進行轉(zhuǎn)速超出98%反饋時，可添加自保持回路，以符合具體反饋要求。該種背景下，即使同期調(diào)節(jié)或其他原因?qū)е碌霓D(zhuǎn)速低于98%，也無反饋丟失情況，從根本上對該種問題進行有效規(guī)避。

四、結(jié)語

綜上所述，抽水蓄能機組電動工況啟動自動控制中涉及到的相關(guān)要素及專業(yè)內(nèi)容比較多。SFC和BTB在抽水蓄能電廠中具有適用性，且控制流程復(fù)雜。

專業(yè)技術(shù)人員要采用正確的方法，對具體控制流程和SFC啟動過程中的具體流程及內(nèi)容進行嚴格控制，并對拖動過程中的異常情況進行合理分析，以對設(shè)備結(jié)構(gòu)和特性進行全面掌握，達到良好的故障處理效果，確保水泵工況啟動成功，推進電站全面快速發(fā)展。

參考文獻：

[1] 楊文道，張巖雨，等.抽水蓄能機組電動工況啟動的自動控制[J].水電與抽水蓄能，2015（04）：16-21.

[2] 劉鵬龍，劉春茹，等.大型抽水蓄能機組同步控制回路設(shè)計[J].水電與新能源，2016（08）：9-13.

[3] 李瀟洛，徐東海，等.大型抽水蓄能機組勵磁系統(tǒng)特點分析[J].水電自動化與大壩監(jiān)測，2014（04）：57-59.