永泰抽水蓄能电站抽水方向同期问题分析处理

高 创，张自敏

（中国水利水电第十四工程局有限公司，云南 昆明 650041）

1 概述

抽水方向并网机组调试的一个里程碑试验，并网后的工况抽水调相是机组一个重要的工况，更是机组转到抽水工况必须经过的过渡阶段。抽水方向并网主要检查机组并网时机端电压和电网电压的相序、幅值、频差及角差是否满足要求，保证机组并网运行的安全性。同期并网前先进行同期模拟试验，检查同期参数及同期回路的准确性，并验证静止变频器（SFC）输出开关与机组出口断路器（GCB）联动的逻辑满足设计要求。

永泰抽水蓄能电站装机4 台可逆式水泵水轮发电机组，电站配置一套SFC 系统作为电动工况的主启动方式，背靠背作为后备启动方式。在进行机组水泵方向同期并网瞬间，机组的无功功率进相数值比较大，机组进入抽水调相稳态时无功功率逐渐上升至设定值。并网瞬间机端电压低于电网电压，冲击电流较大且方向流向机组，导致瞬间无功的进相数值很大，对机组的安全运行不利，因此需作为机组调试的缺陷问题进行分析、整改。

2 抽水方向同期并网条件及方式

永泰抽水蓄能电站机组抽水方向可以通过SFC启动或背靠背启动，主要介绍SFC 方式启动并网。

机组需要先完成同期模拟试验，验证机端电压和电网电压的相序、幅值、频差及角差是满足要求的，并验证SFC 输出开关和GCB 之间的联动逻辑正确才能进行同期试验。

机组通过SFC 拖动至99%的额定转速时，SFC发监控系统信号“机组转速99%”，监控系统收到99%转速信号后给励磁系统发出“设置励磁系统自动模式”，励磁系统启动自动方式并反馈至监控系统。之前励磁由SFC 控制，给定励磁电流，控制方式手动电流环模式，切换自动模式后为电压环控制模式（SFC 系统发出机组转速99%后，SFC 励磁给定延时3 s 退出）。励磁启动自动模式后，监控系统发出“启动同期装置”命令，同期装置进行机组频率、电压电压调节，满足合闸条件时开出合闸命令，检查机组出口断路器合闸。GCB 合闸时联跳SFC输出开关，并停机SFC 系统。机组和SFC 拖动电气搭桥断开。机组执行流程分被拖动开关和启动母线刀闸，机组进入抽水调相状态，设定机组无功功率10 Mvar。

3 抽水方向同期并网问题缺陷

抽水方向并网时，1 号~4 号机组同期测录数据如表1-1 所示，同期装置参数如表1、表2 所示。

表1 同期测录数据

表2 同期装置参数

从表1、表2 可看出机组同期时压差虽满足同期并网参数，但是机端电压与系统电压之间仍有一定的压差，机端的电压低于系统电压，同期合闸的瞬间产生较大的冲击电流流向机组，机组的无功进相较大，数值大约在-80~-90 Mvar，对机组安全运行不利。机组并网瞬间没有到达稳态（抽水调相），其无功设置无法启用，机组执行流程断开拖动搭桥、分机组被拖动开关和启动母线隔离开关后进入抽水调相态，此时机组的无功设定启用，机组的无功逐渐从-90 Mvar 左右上升至10 Mvar（程序内设定的并网带无功初始值）。

在机组励磁系统切换为自动控制时，机组的励磁电流发生变化，机组的机端电压降低，同期过程中由同期装置发令调节电压，电压升至满足同期要求数值，此过程造成机端电压的波动及机组同期时间的加长，有引起同期失败的风险。

4 抽水方向同期并网问题缺陷分析

SFC 拖动机组到99%额定转速时，励磁系统切换自动控制，励磁给定由SFC 手动方式转为自动方式，励磁电流发生变化（减小），机端电压明显下降，后同期装置调节电压，将电压逐渐上升到符合同期要求的数值。此过程虽然没有影响到同期的结果，但是增加了同期装置的运行调节时间，增大了同期失败的风险。要解决此缺陷需要切换的时候能使电压尽可能的稳定，抽水方向同期并网瞬时无功进相大的问题：机组同期装置调节电压值到同期范围内时，机端的电压低于系统的电压，但是压差满足同期装置设定的压差，此时同期合闸，有较大的冲击电流流向机组侧，机组的电压偏低，励磁系统从电网吸收无功功率，使得机组无功进相。机组顺流程到调相态时，机组的无功会逐渐升上到设定值。无功进相只是发生在在机组并网至无功到设定值的这段时间。机组的并网的冲击电流和无功进相对机组的长久安全稳定运行是不利的，应该消除此缺陷。

图1 录波曲线

前期调试过程中，防止励磁切换自动控制模式失败，将手自动切换的偏差允许值调整为0.2（励磁内部参数，自动与手动控制的Uc 值偏差），及在手自动模式存在较大偏差情况允许切换。

从录波曲线可以看出，在手自动切换之前，机端电压一直在上升，到达99%转速的同时，切换为自动控制模式，自动电压模式即恒机端电压模式，跟踪机端电压需要一定的时间，而在切换之前机端电压一直出于上升阶段，因此自动控制模式还未跟踪到位，处于比当前瞬时值低的电压值，并且此时的切换允许偏差值在0.2，处于较大值，因此控制模式切换必将造成较大的电压突降。

5 抽水方向同期并网问题缺陷解决方案

（1）针对机组励磁系统切换自动控制时，励磁电流波动做成机组的机端电压的下降的问题可以考虑一下的方式进行改进：

1）降低手自动模式切换的偏差允许设定值，调整为0.05；

2）在监控流程中增加“允许励磁手自动切换”状态信号，收到该信号后再给励磁系统发自动控制指令；

3）将手自动切换之前的机端电压适当抬高，当切换为自动控制模式后机端电压与网压偏差较小；

4）在收到SFC 转速大于99%后，增加判断励磁允许手自动切换判断条件，条件满足则开出励磁自动控制，若超过30 s 该条件不满足，则强制设置励磁自动控制，此时SFC 给定励磁电流需要延时超过30 s 才能取消，一旦过早取消可能造成机组失磁引发事故停机。

图2 机组流程图（增加“允许励磁手自动切换”）

（2）抽水方向同期并网瞬时无功进相的处理方法：

1）将同期装置抽水方向并网参数允许压差低限由-3V 改-1V，调速周期由5 修改为7，调压周期由5 修改为2，调压比例因子20 修改为30，（修改数据为暂定数据，后面可以在现场多修改几组数据进行测试）减少同期并网时机端和主变低压侧电压压差,缩短同期时间；

2）改变励磁的调节速度，修改参数使得监控给定励磁的増磁、减磁的脉宽可以再适合的时间内将机端电压调节至负荷同期并网要求的电压值，但不会对励磁的其他调节产生影响。这样可以防止同期装置启动时间过长造成同期失败。

6 抽水方向同期并网问题缺陷解决方案验证及同期并网参数优化

在进行4 号机组动态调试的的时候进行上述缺陷解决方案的验证，并确定最终合适的同期并网参数。

SFC 拖动机组至99%额定转速后，延时30 s 后给定的励磁电流取消，监控系统收到99%额定转速后延时27 s 发出励磁系统设置自动控制方式，励磁自动控制后，监控系统启动同期装置。延时过程中机端电压SFC 控制下上升，在切自动方式时机组机端电压下降值已经比较小，基本满足要求，这样也有利于后续同期时减少电压的调节时间。

同期装置的参数经过几次的修改测试，当同期装置设置的同期压差±3 V 中将压差下限值改为-0.2 时，调速周期由5 修改为7，调压周期由5 修改为2，调压比例因子20 修改为30，机组同期并网瞬间的无功进相值约为-10 Mvar，冲击电流相较之前也大大减小，同期时间（从启动同期装置到并网成功）大约为100 s（同期超180 s 发同期失败），这几项数据都满足现场要求。考虑机组安全运行、同期并网时间要求等几方面的情况，可将同期装置的参数按上述的数据设置，其他机组也可按照该参数进行设置，设置后可进行几次验证，确定最终结果满足要求。

7 结束语

通过对永泰抽水蓄能电站机组抽水方向同期并网出现的问题缺陷分析及处理，加深了对机组各系统控制的认识，并通过实际试验机组的方式对理论分析的结果进行验证，再根据机组实际并网情况进行同期参数调整及机组流程修改，以便机组能更安全稳定的并网运行。随着近些年抽水蓄能机组大力发展，越来越多的抽水蓄能机组将投入使用，工作中会遇到更多的影响机组安全运行的缺陷问题，需要更加的谨慎小心。根据实际现象进行理论分析，提出解决的方案，再通过对机组动态试验验证解决方案是否可行，找出最佳结果，保证机组安全稳定的运行。