大型抽水蓄能机组励磁系统设计.docx

大型抽水蓄能机组励磁系统设计赫卫国 , 大型抽水蓄能机组励磁系统设计 赫卫国 , 华光辉 , 李 臻 , 周 峰 (国网电力科学研究院/ 南京南瑞集团公司 , 江苏省南京市 210003) 摘要 : 抽水蓄能电站承担调峰填谷 、调频调相、事故备用和蓄洪补枯等多重任务 ,具有运行灵活、反 应快速的特点 ,在智能电网的建设中发挥着重要作用。文中介绍了大型抽水蓄能机组励磁系统控 制功能和各主要组成装置的设计原则 ,为大型抽水蓄能机组励磁系统的设计提供参考。 关键词 : 抽水蓄能机组 ; 控制策略 ; 励磁系统 ; 励磁变压器 ; 功率整流装置 ; 灭磁 引言 抽水蓄能机组既能在电网负荷高峰时作为发电 机发电 ,也可以在电网负荷低谷时作为电动机进行 抽水蓄能 ,具有启动快 、反应灵敏、负荷跟踪迅速的 特点 ,对电网的安全、经济和稳定运行发挥着重要作 用。抽水蓄能机组具有发电机模式、电动机模式 、背 靠背 (B TB) 发电机模式 、B TB 电动机模式 、静止变 频器 ( SFC) 启动模式、电制动模式和黑启动等多种 运行方式 ,根据电网实际需要 ,在日常运行中经常需 要进行工况转换 ,这对励磁系统提出了更高的要求 。 0 抽水蓄能机组励磁系统组成 抽水蓄能机组一般采用低压同期的接线方式 , 为标准自并励励磁方式。励磁系统由励磁变压器 、 数字式励磁调节器、阳极开关、功率整流装置、灭磁 开关、灭磁及过电压保护装置 、黑启动装置等组成 。 抽水蓄能机组励磁系统原理如图 1 所示[ 124 ] 。 1 图 1 抽水蓄能机组励磁系统原理 低压同期方式为励磁变压器从主变压器低压侧 (换相开关外侧) 引出 ,励磁电源相序始终与电网相 序一致。低压同期接线如图 2 所示。 图 2 低压同期接线 低压同期的好处是机组无论在发电机状态还是 电动机状态 ,励磁系统的电压测量、功率测量和触发 — 25 — 收稿日期 : 2010205206 ; 修回日期 : 2011203211 。 2011 , 35 (3)脉冲均可保持不变 ,并 2011 , 35 (3) 脉冲均可保持不变 ,并且在电气制动时 ,不需要另外 设置制动变压器。 为复杂 ,分为以下 5 类 : ①发电空载 、负载工况 ; ②电 动负载工况 ; ③发电、电动调相工况 ; ④B TB 发电 机、电动机启动工况 ; ⑤SFC 启动工况。 励磁系统首先判断抽水蓄能机组运行于何种工 况 ,然后根据机组不同运行工况采取不同的控制策 略。控制流程如图 3 所示。 控制功能设计 多种运行工况控制策略 相比常规水电机组 ,抽水蓄能机组运行工况更 2 2 . 1 图 3 励磁系统控制流程 励磁系统投入前 ,监控系统必须先给励磁系统 发送运行工况选择指令 ,励磁系统将根据指令选择 相应的运行控制策略 。 2 . 2 自动控制励磁系统一次回路的分合 抽水蓄能机组分为日调节、月调节和年调节型 3 种。无论是哪种抽水蓄能机组 ,机组的启停、工况 的转换都比常规水轮机组要频繁 、复杂得多。 抽水蓄能机组励磁系统设计时应考虑能自动分 合励磁装置与励磁变压器、机组转子绕组的一次回 路。这种设计思路既保证了机组在运行时一次回路 连接的可靠性 ,又保证了机组在停止时检查和维护 励磁系统的便捷性 , 满足电站“无人值班”( 少人值 守) 的要求。 励磁系统自动分合一次回路的逻辑如下 : 励磁 系统处于停机状态时 ,当监控系统给励磁系统发出 工况指令时 ,励磁系统自动闭合直流磁场断路器 (灭 磁开关) 、交流隔离开关 ( 阳极开关) ,在检测到开关 的位置正常后再投入工作 ; 当监控要求励磁系统退 出运行时 ,励磁系统首先逆变灭磁减少励磁电流 ,然 后依次断开灭磁开关和阳极开关 ,并最终退出运行 。 2 . 3 电动工况运行时的恒压运行控制策略 目前 ,国外抽水蓄能机组励磁系统电动机工况 下多采用恒励磁电流运行方式 。这种运行方式的特 点是 :无功功率随有功功率的增加而减少或随有功 功率的减少而增加。当机组拖动的有功负载较稳定 或变化不大时 ,励磁系统适宜采用这种运行方式调 节 ;但当机组拖动的负载急剧变化时 ,恒励磁电流运 行方式将对电网无功功率产生较大的影响 ,不利于 电网的安全稳定运行 ,尤其是大型抽水蓄能机组对 电网的影响更加突出 。 针对大型抽水蓄能机组电动机运行工况采用了 恒机端电压运行方式 。这种运行方式的运行特点 是 :励磁系统控制抽水蓄能机组无功功率随电网电 压的变化自动增加或减少输出 ,以维持电网电压稳 定 ;在电网电压故障下降时 ,抽水蓄能机组也具有强 励的能力 。抽水蓄能机组电动机工况励磁系统采用 恒机端电压运行方式下的现场试验波形如图 4 所 示。 图 4 恒压方式运行试验波形