抽水蓄能机组悬停控制方法设计与应用

袁二哲

(山西垣曲抽水蓄能有限公司，山西 运城 043700)

截至2022年8月底，我国抽水蓄能新增投产580万kW，在运装机规模达到4219万kW。进一步提升系统调节能力，大力加强抽水蓄能电站建设，积极支持各种新型储能规模化应用，进一步以数字技术为电网赋能，促进源网荷储协调互动。

1 工程概况

1.1 概况

回龙抽水蓄能电站位于河南省南阳市南召县境内，距离南阳市负荷中心70km，电站是河南省第一座抽水蓄能电站，装机总量为120MW，安装2台60MW可逆式混流水泵水轮机组，额定水头379m，最高扬程420m，机组转速为750r/min，是国内生产的第一台高水头高转速蓄能机组，在电网中担任的主要任务是调峰调频、黑启动和事故备用等。南阳回龙电站计算机监控系统(CSCS)采用分层分布式，按“无人值班，少人值守”原则进行总体设计，经技术改造后的机组于2018年4月投入运行。机组调试期间，常出现因自动化元件动作不可靠而引起的频繁停机事件，造成非停次数较多，为提高机组启动成功率，工程技术人员对监控系统的顺控流程进行归纳总结与分析，提出了进一步优化机组控制流程的要求。

1.2 存在问题

抽水蓄能作为新兴的清洁能源产业，其特点为机组相较常规水电启停频繁，按每天两发一抽计算，每天启停3次，年启动次数就达到1095次，其年利用小时数多在800～3000h，较常规水电机组年利用小时数少，但启停次数多。针对抽水蓄能机组工况转换复杂的运行特点，为保障机组的启动成功率，经过对机组的启动故障进行统计分析，发现在机组启机顺控流程执行过程中，启机故障多出在机组开始转动前，在启动辅机过程中，机组常因辅机的自动化元件动作不可靠的原因而启动失败。为降低非计划停机次数，避免上级的非计划停机考核，急需在流程控制上想办法减少不必要的机组停机，保障机组的顺利启机。

2 实施方法

经上述分析，本文提出一种流程控制方法，在发电开球阀前、抽水充气压水前，加入悬停控制及人为判断，现场处理完简单故障后，可点击按钮继续执行流程。若故障较大，短时间无法处理流程，可退出流程再做事故停机处理。该控制方法仅用于发电启机和抽水启机流程，不影响机组事故停机、机械停机、紧急停机流程的执行。

设计的该启机逻辑控制系统主要包含监控PLC逻辑判断模块、监控画面监视控制模块、人工介入判断处理模块(见图1)。

图1 悬停控制系统控制模块构成及处理流程

2.1 监控PLC逻辑判断模块设计

对于常规的机组启机流程判断逻辑如图2所示，所述预设条件包括开机条件、高顶已启动条件、技术供水已启动条件、水导外循环启动条件、主轴密封水已启动条件、导叶接力器锁锭已拔出条件、机械制动器已撤出条件和/或换相开关已合闸条件。不满足其中的任一种条件直接退出。

图2 常规机组启机流程判断

本方案提出的是另一种异于常规的判断逻辑，本方案中流程判断不满足时不再直接退出，而是再次发令，由人为判断现场设备是否满足流程控制条件(见图3)。

图3 引入悬停控制的流程判断简图

具体流程设计如图4所示，对机组的启动流程进行细化，首先根据开机参数，判断开机参数是否满足开机条件，并输出判断结果。延迟10s，若所述继续启机指令未到达，则进行超时报警。若满足，则根据启高顶参数，判断启高顶参数是否满足高顶已启动条件，并输出判断结果。延迟60s，若所述继续启机指令未到达，则进行超时报警。若满足，则根据技术供水参数，判断技术供水参数是否满足技术供水已启动条件，并输出判断结果。延迟60s，若所述继续启机指令未到达，则进行超时报警。若满足，则根据水导外循环参数，判断水导外循环参数是否满足水导外循环启动条件，并输出判断结果。延迟30s，若所述继续启机指令未到达，则进行超时报警。若满足，则根据主轴密封水投入参数，判断主轴密封水投入参数是否满足主轴密封水已启动条件，并输出判断结果。延迟40s，若所述继续启机指令未到达，则进行超时报警。若满足，则根据导叶接力器锁锭参数，判断导叶接力器锁锭参数是否满足导叶接力器锁锭已拔出条件，并输出判断结果。延迟10s，若所述继续启机指令未到达，则进行超时报警。若满足，则根据撤出机械制动器参数，判断撤出机械制动器参数是否满足撤出机械制动器参数，并输出判断结果。延迟60s，若所述继续启机指令未到达，则进行超时报警。若满足，则根据换相开关合闸参数，判断换相开关合闸参数是否满足换相开关已合闸条件，并输出判断结果。

图4 引入悬停控制的流程判断详细流程图

如图4所示，流程执行过程中，监控正常发令后若反馈信号正常到达，则流程正常执行，当反馈信号经超时判断后未正常到达，则超时报警，监控系统简报画面出现类似“分段关闭模式切换电磁阀发电模式反馈信号未到达，请及时处理”的报文。

2.2 监控画面监视控制模块设计

当流程判断条件超时报警时，监控系统简报中发出类似“开机条件不满足，请及时处理”的报文(见图5)。

2.3 人工介入判断处理模块设计

当正常流程执行过程中超时报警后，启机流程暂时中止，即为“悬停”状态。此时监控系统将再次下发流程控制指令，同时，中控室值班人员将会把报警信息告知ONCALL组值班人员，ONCALL人员在现场保证人员安全的条件下处理突发的小故障。

现场故障处理后，流程执行条件若能满足时，监控简报中会发出相应反馈信息，如“技术供水电动阀开启成功”等报文，监控值班室值班人员联合现场处理人员判断故障排除后，点击“故障已排除，流程继续执行”按钮，流程继续执行。当现场人工不能处理时，则由中控室值班人员点按“故障未处理，流程退出执行”控制按钮，则流程退出，走事故停机流程。

综上，监控画面流程监视控制页面中，设计“故障已排除，流程继续执行”绿色控制按钮与“故障未处理，流程退出执行”红色控制按钮(见图6)。

3 实施效果分析

为保证机组运行安全，此悬停控制仅涉及机组发电工况启机流程，停机到开球阀机组转机前，抽水工况启机流程中，为停机到充气压水前，此时机组尚未转动，可一定程度上确保机组主机部分的安全。并且，此悬停设计仅针对正常启机流程，不对事故启动流程做任何的改动，保证机组能正常事故停机，一旦有意外情况，也可由人工点按事故停机按钮或由系统自动启动事故停机流程，保证事故情况下的机组停机流程的及时启动。

此项方案实施后，一是保证了抽水蓄能机组启机成功率；二是降低了非计划停机次数；三是避免了因辅机自动化原件动作不可靠导致的上级的非计划停机考核；四是加快了机组的启动速度。

4 结 语

通过对回龙抽水蓄能电站的机组启机设计控制流程的修改，机组抽水和发电启辅机流程进一步优化，针对机组整组启动试运行过程中发现的问题进行分析，结合运维检修经验，将自动开机及工况转换控制流程模块化、标准化和实用化，对提高抽水蓄能机组运行控制的可靠性、灵活性和速动性具有一定的意义。