抽水蓄能機組懸?？刂品椒ㄔO(shè)計與應用

袁二哲

(山西垣曲抽水蓄能有限公司，山西 運城 043700)

截至2022年8月底，我國抽水蓄能新增投產(chǎn)580萬kW，在運裝機規(guī)模達到4219萬kW。進一步提升系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力，大力加強抽水蓄能電站建設(shè)，積極支持各種新型儲能規(guī)模化應用，進一步以數(shù)字技術(shù)為電網(wǎng)賦能，促進源網(wǎng)荷儲協(xié)調(diào)互動。

1 工程概況

1.1 概況

回龍抽水蓄能電站位于河南省南陽市南召縣境內(nèi)，距離南陽市負荷中心70km，電站是河南省第一座抽水蓄能電站，裝機總量為120MW，安裝2臺60MW可逆式混流水泵水輪機組，額定水頭379m，最高揚程420m，機組轉(zhuǎn)速為750r/min，是國內(nèi)生產(chǎn)的第一臺高水頭高轉(zhuǎn)速蓄能機組，在電網(wǎng)中擔任的主要任務是調(diào)峰調(diào)頻、黑啟動和事故備用等。南陽回龍電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)(CSCS)采用分層分布式，按“無人值班，少人值守”原則進行總體設(shè)計，經(jīng)技術(shù)改造后的機組于2018年4月投入運行。機組調(diào)試期間，常出現(xiàn)因自動化元件動作不可靠而引起的頻繁停機事件，造成非停次數(shù)較多，為提高機組啟動成功率，工程技術(shù)人員對監(jiān)控系統(tǒng)的順控流程進行歸納總結(jié)與分析，提出了進一步優(yōu)化機組控制流程的要求。

1.2 存在問題

抽水蓄能作為新興的清潔能源產(chǎn)業(yè)，其特點為機組相較常規(guī)水電啟停頻繁，按每天兩發(fā)一抽計算，每天啟停3次，年啟動次數(shù)就達到1095次，其年利用小時數(shù)多在800～3000h，較常規(guī)水電機組年利用小時數(shù)少，但啟停次數(shù)多。針對抽水蓄能機組工況轉(zhuǎn)換復雜的運行特點，為保障機組的啟動成功率，經(jīng)過對機組的啟動故障進行統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)在機組啟機順控流程執(zhí)行過程中，啟機故障多出在機組開始轉(zhuǎn)動前，在啟動輔機過程中，機組常因輔機的自動化元件動作不可靠的原因而啟動失敗。為降低非計劃停機次數(shù)，避免上級的非計劃停機考核，急需在流程控制上想辦法減少不必要的機組停機，保障機組的順利啟機。

2 實施方法

經(jīng)上述分析，本文提出一種流程控制方法，在發(fā)電開球閥前、抽水充氣壓水前，加入懸?？刂萍叭藶榕袛啵F(xiàn)場處理完簡單故障后，可點擊按鈕繼續(xù)執(zhí)行流程。若故障較大，短時間無法處理流程，可退出流程再做事故停機處理。該控制方法僅用于發(fā)電啟機和抽水啟機流程，不影響機組事故停機、機械停機、緊急停機流程的執(zhí)行。

設(shè)計的該啟機邏輯控制系統(tǒng)主要包含監(jiān)控PLC邏輯判斷模塊、監(jiān)控畫面監(jiān)視控制模塊、人工介入判斷處理模塊(見圖1)。

圖1 懸停控制系統(tǒng)控制模塊構(gòu)成及處理流程

2.1 監(jiān)控PLC邏輯判斷模塊設(shè)計

對于常規(guī)的機組啟機流程判斷邏輯如圖2所示，所述預設(shè)條件包括開機條件、高頂已啟動條件、技術(shù)供水已啟動條件、水導外循環(huán)啟動條件、主軸密封水已啟動條件、導葉接力器鎖錠已拔出條件、機械制動器已撤出條件和/或換相開關(guān)已合閘條件。不滿足其中的任一種條件直接退出。

圖2 常規(guī)機組啟機流程判斷

本方案提出的是另一種異于常規(guī)的判斷邏輯，本方案中流程判斷不滿足時不再直接退出，而是再次發(fā)令，由人為判斷現(xiàn)場設(shè)備是否滿足流程控制條件(見圖3)。

圖3 引入懸停控制的流程判斷簡圖

具體流程設(shè)計如圖4所示，對機組的啟動流程進行細化，首先根據(jù)開機參數(shù)，判斷開機參數(shù)是否滿足開機條件，并輸出判斷結(jié)果。延遲10s，若所述繼續(xù)啟機指令未到達，則進行超時報警。若滿足，則根據(jù)啟高頂參數(shù)，判斷啟高頂參數(shù)是否滿足高頂已啟動條件，并輸出判斷結(jié)果。延遲60s，若所述繼續(xù)啟機指令未到達，則進行超時報警。若滿足，則根據(jù)技術(shù)供水參數(shù)，判斷技術(shù)供水參數(shù)是否滿足技術(shù)供水已啟動條件，并輸出判斷結(jié)果。延遲60s，若所述繼續(xù)啟機指令未到達，則進行超時報警。若滿足，則根據(jù)水導外循環(huán)參數(shù)，判斷水導外循環(huán)參數(shù)是否滿足水導外循環(huán)啟動條件，并輸出判斷結(jié)果。延遲30s，若所述繼續(xù)啟機指令未到達，則進行超時報警。若滿足，則根據(jù)主軸密封水投入?yún)?shù)，判斷主軸密封水投入?yún)?shù)是否滿足主軸密封水已啟動條件，并輸出判斷結(jié)果。延遲40s，若所述繼續(xù)啟機指令未到達，則進行超時報警。若滿足，則根據(jù)導葉接力器鎖錠參數(shù)，判斷導葉接力器鎖錠參數(shù)是否滿足導葉接力器鎖錠已拔出條件，并輸出判斷結(jié)果。延遲10s，若所述繼續(xù)啟機指令未到達，則進行超時報警。若滿足，則根據(jù)撤出機械制動器參數(shù)，判斷撤出機械制動器參數(shù)是否滿足撤出機械制動器參數(shù)，并輸出判斷結(jié)果。延遲60s，若所述繼續(xù)啟機指令未到達，則進行超時報警。若滿足，則根據(jù)換相開關(guān)合閘參數(shù)，判斷換相開關(guān)合閘參數(shù)是否滿足換相開關(guān)已合閘條件，并輸出判斷結(jié)果。

圖4 引入懸?？刂频牧鞒膛袛嘣敿毩鞒虉D

如圖4所示，流程執(zhí)行過程中，監(jiān)控正常發(fā)令后若反饋信號正常到達，則流程正常執(zhí)行，當反饋信號經(jīng)超時判斷后未正常到達，則超時報警，監(jiān)控系統(tǒng)簡報畫面出現(xiàn)類似“分段關(guān)閉模式切換電磁閥發(fā)電模式反饋信號未到達，請及時處理”的報文。

2.2 監(jiān)控畫面監(jiān)視控制模塊設(shè)計

當流程判斷條件超時報警時，監(jiān)控系統(tǒng)簡報中發(fā)出類似“開機條件不滿足，請及時處理”的報文(見圖5)。

2.3 人工介入判斷處理模塊設(shè)計

當正常流程執(zhí)行過程中超時報警后，啟機流程暫時中止，即為“懸停”狀態(tài)。此時監(jiān)控系統(tǒng)將再次下發(fā)流程控制指令，同時，中控室值班人員將會把報警信息告知ONCALL組值班人員，ONCALL人員在現(xiàn)場保證人員安全的條件下處理突發(fā)的小故障。

現(xiàn)場故障處理后，流程執(zhí)行條件若能滿足時，監(jiān)控簡報中會發(fā)出相應反饋信息，如“技術(shù)供水電動閥開啟成功”等報文，監(jiān)控值班室值班人員聯(lián)合現(xiàn)場處理人員判斷故障排除后，點擊“故障已排除，流程繼續(xù)執(zhí)行”按鈕，流程繼續(xù)執(zhí)行。當現(xiàn)場人工不能處理時，則由中控室值班人員點按“故障未處理，流程退出執(zhí)行”控制按鈕，則流程退出，走事故停機流程。

綜上，監(jiān)控畫面流程監(jiān)視控制頁面中，設(shè)計“故障已排除，流程繼續(xù)執(zhí)行”綠色控制按鈕與“故障未處理，流程退出執(zhí)行”紅色控制按鈕(見圖6)。

3 實施效果分析

為保證機組運行安全，此懸?？刂苾H涉及機組發(fā)電工況啟機流程，停機到開球閥機組轉(zhuǎn)機前，抽水工況啟機流程中，為停機到充氣壓水前，此時機組尚未轉(zhuǎn)動，可一定程度上確保機組主機部分的安全。并且，此懸停設(shè)計僅針對正常啟機流程，不對事故啟動流程做任何的改動，保證機組能正常事故停機，一旦有意外情況，也可由人工點按事故停機按鈕或由系統(tǒng)自動啟動事故停機流程，保證事故情況下的機組停機流程的及時啟動。

此項方案實施后，一是保證了抽水蓄能機組啟機成功率；二是降低了非計劃停機次數(shù)；三是避免了因輔機自動化原件動作不可靠導致的上級的非計劃停機考核；四是加快了機組的啟動速度。

4 結(jié) 語

通過對回龍抽水蓄能電站的機組啟機設(shè)計控制流程的修改，機組抽水和發(fā)電啟輔機流程進一步優(yōu)化，針對機組整組啟動試運行過程中發(fā)現(xiàn)的問題進行分析，結(jié)合運維檢修經(jīng)驗，將自動開機及工況轉(zhuǎn)換控制流程模塊化、標準化和實用化，對提高抽水蓄能機組運行控制的可靠性、靈活性和速動性具有一定的意義。