江苏国信溧阳抽水蓄能发电有限公司 江苏 213334
摘要：随着国家的发展，各领域的不断提高。为了提高大功率缺失下抽水蓄能机组参与故障恢复的能力，提出了抽水蓄能机组分阶段有功控制方法。首先，基于抽水蓄能电站运行特点，构建了抽水蓄能机组参与有功控制的数学模型；其次，为满足大功率缺失下断面和频率的控制需求，提出了考虑机组安全运行约束的抽水蓄能机组分阶段有功控制方法；最后，结合在特高压受端省级电网的应用实践，验证了所述方法在大功率缺失下提升抽水蓄能机组响应能力的有效性。
关键词：抽水蓄能；机组泵；工况分阶段启动；经济运
引言
国外抽水蓄能电站（简称抽蓄电站）的出现已有一百多年的历史，我国在上世纪60年代后期才开始开发，虽然起步比较晚，但起点却较高，近年建设的大型抽蓄电站技术已达到世界先进水平，例如：广蓄电站总装机容量2400MW，为世界上最大的抽蓄电站。
1概述
抽水蓄能电厂相对于核电厂和风电厂来说，其运行成本低，稳定性高，容量大，因此在电网系统中具有重要地位。近年来，我国逐渐加大了抽水蓄能电站的建设力度，对稳定电力系统、促进经济稳步发展具有重要作用；然而，我国工农业生产和生活对电能的需求逐渐增加，抽水蓄能电站面临巨大的运行压力，如何做好机组保护工作，确保电站的安全运行就显得十分必要。
2抽水蓄能电厂机组保护
2.1理论概述
抽水蓄能电站是利用低估时期富裕电力做抽水工作，将水从下水库抽至上水库，这一过程是电能转化为势能的过程；在用电高峰期，将水从上水库下放，利用水的势能对发电机组做功，产生电能，补充高峰期时段电力的不足。由以上原理可知，抽水蓄能电厂机组需要具有良好的启、停反应机制，灵活的负荷调节能力，通过科学调度，达到调峰填谷、事故备用的目的。
2.2机组保护分析
抽水蓄能电厂机组启动、停止次数较多，作业方式转换频率大，增加了机组的运行风险。为了确保机组的安全运行，机组运行管理人员需要针对不同的运行作业方式，制定合理的保护措施。抽水蓄能电厂机组工作时，需要进行抽水和发电两种操作，则机组旋转方向有两种，通过换向刀闸完成，如图1所示。
图1 换相刀闸结构示意图
当机组需要抽水时，接通C相，需要闭合2、3、5极；需要发电时，则应该连通A相，需将1、3、4级闭合。机组执行换相操作时，会对继电保护带来影响，主要表现在两方面，其一是进行跨过换相刀的主变大差动保护时，会产生高低压侧相与相之间的不对应，需要在二次回路上进行补充保护；其二是机组作业方式有两种，运行环境也有两种，在对电压、电流相序进行保护时，需要设置两套保护装置，以适应不同的运行环境。例如，进行相序监视保护时就需要设置两套保护装置，除此以外，负序保护和失磁保护同样需要设置两套，以对应不同旋转方向时的工况，而且每套保护装置都要在不对应旋转方向时锁闭；低功率保护和溅水功率保护用于抽水作业保护，即电动机方向；逆功率保护则用于发电方向；功率保护和失磁保护设置时，要对旋转方向进行准确设定。各部分保护装置的设置目的分别为：①相序监视保护。抽水蓄能机组有两种作业方式，需要在两相间进行转换，为确保换向的正确性，配置了相序监视保护系统，该系统可通过发射信号提醒机组是否转向正确；相序监视保护系统采用电压继电器，当机组处于发电工况时，励磁在转速达到90%后才能运行，此时可判断转向是否正确。②低频过电流保护。机组处于抽水状态时，水泵启动的初始阶段，电流频率由小逐渐增大，然后达到正常运行条件。在这个渐变过程中，差动保护装置由于无法达到运行条件而不能执行保护动作，为保护机组设备，此时需要配置低频过电流保护，以适应低频状态下的过电流保护；对采集周波样进行分析可知，这一保护动作时间至少为40ms。③逆功率保护。抽水蓄能机组的作业方式有抽水和发电两种，机组在两种工况下运行时会出现S区。若在抽水状态下，水轮机空载运行达到额定转速时，或者机组并网后在低负载状态下运行时，流量较小，机组在S区的稳定性下降，就可能进入反水泵工作环境，即机组可能会从利用电能做功，增加机组的振动，为此配置逆功率保护系统，当水泵在非法条件下换相时将其闭锁，达到保护机组的目的。④低功率保护。蓄能机组在水泵工况时，利用电能做功，将下水库的水抽到上水库。在抽水过程中，水泵一旦失电，处于压力钢管中的水会逆向下落，对处于抽水状态的机组产生制动作用，甚至会改变其旋转方向，损害机组性能。为减少低功率时带来的危害，设置了低功率保护系统，当电动机的实际功率降到限定值时，保护系统发出跳机指令，关闭导叶，保护机组免受损害。⑤溅水功率保护。启动水泵工况时，机组拖至额定转速需要一个充水排气的过程，这个过程中涉及的操作有压水，将机组转至调相状态，然后转向水泵状态，以确保导叶打开时水泵不抽空。溅水功率保护系统设置的主要目的是向监视系统发送排气状况信息，控制程序执行，不执行跳机动作。⑥失磁保护。DRS系统失磁保护主要根据转子角和励磁电流两个指标进行判断。其中转子角是指电机内电势E与外系统电压VS之间的夹角，图2所示。
图2 转角相量图
机组静态稳定限制决定转角设定，若转角大于设定值，且满足励磁电流降低依据，则短延时跳闸；若不满足，则长延时跳闸。该保护的整定包括等效系统电抗、电机交轴电抗、失步角、延时、励磁电流、电压相序。失磁保护涉及到了V和I，因此需要对发电方向和水泵方向分别设置独立的保护系统。
结语
抽水蓄能电厂对调整用电峰谷，满足我国工农业生产和生活用电方面具有重要作用，是我国电力系统的重要组成部分，需要采取有效的安全防护措施，保障电厂机组安全运行。抽水蓄能电厂机组运行期间会涉及两种工况，因此在部分安全防护环节，需要设置两套保护系统，以满足发电和水泵两种工况安全运行的需要。
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论文作者:朱冲
论文发表刊物:《防护工程》2019年第7期
论文发表时间:2019/6/28
标签：机组论文; 工况论文; 电厂论文; 功率论文; 水泵论文; 电站论文; 系统论文; 《防护工程》2019年第7期论文;