深圳抽水蓄能電站機組工況轉(zhuǎn)換控制流程設(shè)計與應(yīng)用

李 青，姜海軍，李 碩，操俊磊，胡振愷，俞家良，萬 波，沈 燕

（1. 深圳蓄能發(fā)電有限公司，廣東 深圳518116；2. 南瑞集團（國網(wǎng)電力科學(xué)研究院）有限公司，江蘇 南京211106）

0 引言

深圳抽水蓄能電站位于廣東省深圳市鹽田區(qū)和龍崗區(qū)交界處，距深圳市中心約20 km，距離香港、大亞灣核電站、嶺澳核電站約25 km，處于廣東電力負(fù)荷中心，同時又是西電東送的落點和粵港電網(wǎng)的連接點。電站安裝4臺300 MW的立軸單級混流可逆式水泵水輪機-發(fā)電電動機，機組額定轉(zhuǎn)速428.6 r/min，額定水頭448 m，年發(fā)電量15.11億kW·h，年抽水電量19.55億kW·h。電站主接線采用發(fā)變組單元接線，每2組發(fā)變組單元在主變220 kV側(cè)聯(lián)合后以4回220 kV出線分別接入廣東電網(wǎng)，在電網(wǎng)中承擔(dān)調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、調(diào)相以及緊急事故備用等任務(wù)。電站按照“無人值班，少人值守”的原則設(shè)計，采用全計算機監(jiān)控方式。

1 機組運行工況轉(zhuǎn)換方式

深圳抽水蓄能電站運行方式復(fù)雜，機組啟停頻繁[1]，主要運行工況有：發(fā)電、發(fā)電調(diào)相、抽水、抽水調(diào)相、旋轉(zhuǎn)備用（空載）、停機等6種基本運行工況，同時具備黑啟動帶線路零起升壓的能力。

機組運行的工況轉(zhuǎn)換主要有：①停機→發(fā)電；②發(fā)電→停機；③停機→發(fā)電調(diào)相；④發(fā)電調(diào)相→停機；⑤停機→抽水；⑥抽水→停機；⑦停機→抽水調(diào)相；⑧抽水調(diào)相→停機；⑨停機→旋轉(zhuǎn)備用（空載）；⑩旋轉(zhuǎn)備用（空載）→停機；?發(fā)電調(diào)相→發(fā)電；?發(fā)電→發(fā)電調(diào)相；?抽水調(diào)相→抽水；?抽水→抽水調(diào)相；?旋轉(zhuǎn)備用（空載）→發(fā)電；?發(fā)電→旋轉(zhuǎn)備用（空載）；?抽水→發(fā)電；?停機→黑啟動。

2 機組工況轉(zhuǎn)換控制設(shè)計原則

深圳抽水蓄能電站機組運行工況多，轉(zhuǎn)換控制復(fù)雜[2]，對機組工況轉(zhuǎn)換控制流程要求很高，因此，深圳抽水蓄能電站機組運行工況轉(zhuǎn)換控制流程需考慮如下設(shè)計原則：

（1）模塊化編程原則。機組運行工況多，轉(zhuǎn)換控制復(fù)雜，為了機組工況轉(zhuǎn)換控制流程編寫簡單、修改方便，且節(jié)省內(nèi)存空間，需要將機組工況轉(zhuǎn)換控制流程進行模塊化分解，即由幾個子控制流程模塊化組合構(gòu)成一個完整的機組工況轉(zhuǎn)換控制流程[3]。

（2）靈活性操作原則。機組工況轉(zhuǎn)換控制流程需具有靈活的操作性，既可以按照機組工況轉(zhuǎn)換控制流程自動執(zhí)行，也可以在操作人員干預(yù)下進行單步執(zhí)行。

（3）容錯性校核原則。機組工況轉(zhuǎn)換控制流程需具有自檢查和自校核糾錯功能，防止不合理的或非法的命令輸入，當(dāng)操作命令有誤時能自動閉鎖并產(chǎn)生報警，保證機組工況轉(zhuǎn)換控制的正確性[3]。

（4）優(yōu)先性轉(zhuǎn)換原則。事故停機控制流程的優(yōu)先級高于停機控制流程，停機控制流程的優(yōu)先級高于發(fā)電、發(fā)電調(diào)相、抽水、抽水調(diào)相、空載和空轉(zhuǎn)等控制流程，當(dāng)優(yōu)先級高的控制流程被執(zhí)行，優(yōu)先級相同或低的控制流程均被禁止執(zhí)行。

（5）可擴性修改原則。機組工況轉(zhuǎn)換控制流程需具有可添加控制流程和修改原有控制流程的功能，便于擴充和完善機組工況轉(zhuǎn)換控制流程[3]。

（6）安全可靠性原則。為了保障機組工況轉(zhuǎn)換控制的安全可靠性，控制流程每一步操作均設(shè)置啟動判斷條件，僅當(dāng)啟動判斷條件滿足后，才解除下一步操作的閉鎖，允許下一步操作；若啟動判斷條件不滿足，則中斷機組工況轉(zhuǎn)換控制流程，執(zhí)行事故停機控制流程，使機組停機[3]。此外，還設(shè)置機組事故停機后備操作措施，以確保機組安全可靠停機。

3 機組工況轉(zhuǎn)換控制流程

根據(jù)機組工況轉(zhuǎn)換控制設(shè)計原則，將深圳抽水蓄能電站機組工況轉(zhuǎn)換控制流程分解成如下運行工況：停機、空轉(zhuǎn)、空載、發(fā)電、發(fā)電調(diào)相、抽水調(diào)相和抽水等7種穩(wěn)態(tài)運行工況，黑啟動特殊態(tài)運行工況，背靠背（BTB）拖動、背靠背（BTB）啟動、靜止變頻裝置（SFC）啟動、旋轉(zhuǎn)停機和中轉(zhuǎn)停機等5種暫態(tài)運行工況。穩(wěn)態(tài)和特殊態(tài)運行工況能夠作為操作選擇目標(biāo)，暫態(tài)運行工況則不能作為操作選擇目標(biāo)。這樣，整個機組工況轉(zhuǎn)換控制流程便可以全部模塊化分解，每種工況轉(zhuǎn)換控制流程都由幾個子控制流程模塊組合而成[3]。深圳抽水蓄能電站機組工況轉(zhuǎn)換控制流程模塊化組合結(jié)構(gòu)見圖1～圖2，深圳抽水蓄能機組工況轉(zhuǎn)換控制流程模塊化組合見表1。

圖1 深圳抽水蓄能電站機組工況轉(zhuǎn)換控制流程模塊化組合結(jié)構(gòu)圖

圖2 深圳抽水蓄能電站機組事故停機控制流程模塊化組合結(jié)構(gòu)圖

表1 深圳抽水蓄能電站機組工況轉(zhuǎn)換控制流程模塊化組合表

4 機組工況轉(zhuǎn)換控制優(yōu)先級

根據(jù)機組工況轉(zhuǎn)換控制流程配置，深圳抽水蓄能電站機組工況轉(zhuǎn)換控制流程設(shè)置了空轉(zhuǎn)、空載、發(fā)電、發(fā)電調(diào)相、抽水調(diào)相、抽水、停機、機械事故停機、電氣事故停機和黑啟動等10種工況轉(zhuǎn)換控制操作。

考慮機組工況轉(zhuǎn)換控制的安全性，設(shè)置了機組工況轉(zhuǎn)換控制優(yōu)先級。事故停機控制流程的優(yōu)先級高于停機控制流程，停機控制流程的優(yōu)先級高于發(fā)電、發(fā)電調(diào)相、抽水、抽水調(diào)相、空載、空轉(zhuǎn)和黑啟動等控制流程，其工況轉(zhuǎn)換控制優(yōu)先級為：電氣事故停機＞機械事故停機＞停機＞發(fā)電=發(fā)電調(diào)相=抽水=抽水調(diào)相=空載=空轉(zhuǎn)=黑啟動，當(dāng)高級別的工況轉(zhuǎn)換控制流程被執(zhí)行時，將中斷并禁止低級別的工況轉(zhuǎn)換控制流程執(zhí)行；當(dāng)同級別的工況轉(zhuǎn)換控制流程正在執(zhí)行時，將禁止其他同級別的工況轉(zhuǎn)換控制流程執(zhí)行。

5 結(jié)論

抽水蓄能電站機組工況轉(zhuǎn)換控制流程是抽水蓄能電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)的重要組成部分[4]。深圳抽水蓄能電站機組工況轉(zhuǎn)換控制流程在設(shè)計方面充分考慮和采用了模塊化編程原則、靈活性操作原則、容錯性校核原則、優(yōu)先性轉(zhuǎn)換原則、可擴性修改原則和安全可靠性原則，控制邏輯嚴(yán)謹(jǐn)，安全閉鎖完善，是一種安全、可靠、靈活的抽水蓄能電站機組工況轉(zhuǎn)換控制流程。

深圳抽水蓄能電站機組工況轉(zhuǎn)換控制流程已于2017年11月份正式投入現(xiàn)場運行，自投入運行以來，運行穩(wěn)定可靠，完成了各種機組運行工況轉(zhuǎn)換控制任務(wù)，滿足深圳抽水蓄能電站機組運行工況轉(zhuǎn)換控制要求。