大型抽水蓄能机组同步控制试验

刘鹏龙，霍献东，马聖恒

（河南国网宝泉抽水蓄能有限公司，河南 新乡 453636）

大型抽水蓄能机组同步控制试验

刘鹏龙，霍献东，马聖恒

（河南国网宝泉抽水蓄能有限公司，河南 新乡 453636）

讨论了大型抽水蓄能机组同步控制试验的内容、方法及注意事项，重点描述了机组不同工况下假同步试验的具体过程，对其他抽水蓄能电站具有一定的参考意义。

抽水蓄能；同步试验；假同步

1 前言

抽水蓄能电站在电网中一般承担着调峰、填谷、调频、调相以及事故备用等任务，快速、安全地与电力系统同步并列是抽水蓄能机组应满足的基本功能。抽水蓄能机组具有发电和抽水两个旋转方向，运行工况多且工况转换频繁，涉及到机组同步并列的工况转换有发电工况启动、抽水调相工况启动（SFC拖动方式）、抽水工况启动（SFC拖动方式）、抽水调相工况启动（BTB拖动方式）、抽水工况启动（BTB拖动方式）等，机组同步控制需要考虑机组各种运行工况下的需求，因此机组同步控制设计也较为复杂。

抽水蓄能机组首次启动前、机组大修后、机组同步控制相关一次或二次回路有异动时，为了检验机组同步控制回路接线的正确性和同步控制逻辑及参数的正确性，优化同步控制参数，防止出现接线错误、逻辑错误或参数错误等其他问题导致机组非同步并列，保证机组和电网的安全稳定运行，机组整组启动前与整组启动调试时应对机组同步控制系统进行必要的检查与试验。

抽水蓄能机组同步方式和常规水电机组一样，采用以自动准同步方式为主用，手动准同步为备用的同步并列方式。

2 同步控制系统检查与试验项目

通常机组同步控制系统检查与实验项目有以下内容：

（1）硬布线控制回路接线检查与校核。对硬布线控制回路的物理连接进行检查并核对相关接线端子号及设备标识的正确性和完整性。对硬布线回路的电气连接进行校核，相关回路及元件带电，按照控制回路图纸，采取拆线或短接等方式，测量和检查控制回路及元件动作是否正常。测试时应按照设计图纸，覆盖全部内容和各种控制逻辑，回路应通的要通且不应通的不通，元件应动作的要动作且不应动作的不动作，并实时在图纸上进行标记，对于当时不具备测试条件的回路，做好记录，在条件具备时再进行测试。

（2）交流电压回路接线检查与核相。对交流电压回路的物理连接进行检查并核对相关接线端子号及设备标识的正确性和完整性。核相是用电气的方法对接线进行校核，当机组是电站首机首次启动且采用水泵工况启动时，同步电压核相一般结合机端母线受电试验进行，当机组是水轮机工况启动时，同步电压核相一般通过发变组零起升压来进行。

（3）自动准同步装置静态功能校验。设定自动准同步装置参数，通过继电保护测试仪或信号发生器校验装置的定值、参数、动作逻辑，校验频率调节脉冲周期及脉冲占比测量、电压调节脉冲周期及脉冲占比测量，以及安全闭锁等功能是否正确。

（4）同步检验装置静态功能校验。设定自动准同步装置参数，通过继电保护测试仪或信号发生器校验装置的定值、参数、动作逻辑、安全闭锁等功能是否正确。

（5）导前时间测量。自动准同步装置捕捉到合闸机会时提前发出合闸脉冲，使同步断路器主触头在相角差为零时闭合，这个提前时间量就是导前时间。导前时间测量一般结合假同步试验进行。导前时间测量当前主要由两种方式：一是自动准同步装置具有导前时间测量功能，可以使用这一功能来测量导前时间；二是通过信号录波的方式测量导前时间，同时录制同步点两侧的交流电压信号（或滑差电压）、自动准同步装置合闸信号、同步断路器合闸位置信号（或同步断路器分闸位置信号），通过分析同步断路器合闸过程的波形来测算出导前时间。为提高导前时间精确性，条件具备的情况下，可以同时录制上述所有波形图及时序图进行综合分析计算导前时间，一般在不同频差周期情况下多次测算，取平均值。

（6）频率调节参数优化。机组同步过程中，自动准同步装置根据控制算法向动力装置发送频率/转速增减指令来实现机组频率的调整，使同步点两侧频差、相位差快速满足同步并列条件。大型抽水蓄能机组同步控制频率调节涉及本机组调速器（发电方向启动时）、SFC（SFC拖动方式抽水方向启动时）、拖动机调速器（BTB拖动方式抽水方向启动时）等设备，当自动准同步装置各工况采用同一套参数时，频率调节参数优化应考虑与各相关机组调速器和SFC的调节参数相匹配，同时对自动准同步装置参数、相关机组调速器参数和SFC参数进行优化，以达到在各种工况下均有良好的频率调节性能。当自动准同步装置配置多套参数，不同工况启用不同参数时，在各工况下分别优化频率调节参数，必要时对相关机组调速器参数和SFC参数进行优化，以达到在各种工况下均有良好的频率调节性能。

（7）电压调节参数优化。机组同步过程中，自动准同步装置根据控制算法向励磁系统发送电压增减指令来实现机端电压的调整，使同步点两侧电压差快速满足同步并列条件。机组各工况下同步时电压调节只涉及本机组励磁系统，可选择任一工况下优化电压调节参数，并在其他工况下进行校核，必要时对励磁系统参数进行优化，以达到良好的电压调节性能。

（8）手动准同步频率调节和电压调节试验。本试验一般结合频率调节参数优化和电压调节参数优化来进行，验证手动频率调节和电压调节的功能是否正常。

（9）假同步试验。本试验是整体验证机组同步控制系统性能的试验，将在下一节重点描述此试验的相关内容。

（10）同步试验。机组真实与电力系统同步并列，录制同步过程中同步电压、机端三相电流、自动准同步装置合闸信号、同步断路器合闸位置信号（或同步断路器分闸位置信号）波形图和时序图，检验实际同步并列效果，特别是合闸冲击电流是否满足要求，根据合闸冲击电流起始点信号计算复核导前时间，必要时对导前时间进行修正。

3 大型抽水蓄能机组假同步试验

为确保机组同步控制系统原件及回路工作正常，防止发生机组非同步并列，在机组整组启动调试期间应进行机组假同步试验，验证同步控制系统工作正常后才能进行正式同步并列试验。抽水蓄能机组同步并列涉及多个工况，机组整组调试首次启动采用不同工况时，假同步试验的过程有所差别，下面对机组首次启动采用不同工况下的假同步试验过程进行简要描述，以下各工况均假设机组同步点为发电电动机出口断路器。假同步试验期间一般同时进行频率调节参数优化、电压调节参数优化、手动准同步频率调节和电压调节试验等试验内容，但本节不讨论这些试验内容。

3.1 机组首次启动采用水轮机工况

试验基本前提条件：已完成同步控制系统硬布线回路接线检查与校核，自动准同步装置静态功能校验，同步检验装置静态功能校验，同步交流电压回路接线检查与核相，机组具备水轮机工况整组启动条件，机组出口母线相关开关设备运行正常。

试验过程：

（1）检查确认机组换相隔离开关在分闸位置并上机械锁。

（2）同步电压硬布线回路中短接换相隔离开关发电方向位置信号的相关接线端子，使同步电压按照发电模式接入自动准同步装置、同步校验装置、同步组合表和假同步试验录波装置。

（3）拆除接入调速器的发电电动机出口断路器位置信号接线端子。

（4）拆除接入励磁系统的发电电动机出口断路器位置信号接线端子。

（5）拆除接入计算机监控系统的发电电动机出口断路器合闸位置信号接线端子。

（6）修改调速器导叶开度限制值，可设置为比导叶空载开度高5%，防止试验过程中机组出现过速。

（7）连接试验录波仪器相关信号，有同步点两侧电压、发电电动机出口断路器位置信号、自动准同步装置合闸脉冲信号等。

（8）机组现地单步控制方式发电工况启机，启机过程中人为干预换相隔离开关信号，以满足机组启动流程条件。

（9）机组转速大于同步授权转速（一般为95%额定转速）时，检查同步装置启动是否正常，同时启动录波装置。

（10）监视机组同步控制过程。断路器合闸后，保存并分析相关波形及时序图，检查导前时间、压差、频差、相角差是否合适，必要时对有关参数予以修正。

（11）在计算机监控系统中强制同步授权输出信号为0，确认同步控制系统停止工作。

（12）现地手动分断发电电动机出口断路器，再把其控制方式切至远方自动。

（13）在计算机监控系统中解除强制同期授权输出信号，同步控制系统再次启动，监视机组同步控制过程。断路器合闸后，保存并分析相关波形及时序图，检查导前时间、压差、频差、相角差是否满足要求。

（14）在计算机监控系统中再次强制同步授权输出信号为0，确认同步控制系统停止工作。

（15）现地手动分断发电电动机出口断路器，再把其控制方式切至远方自动。

（16）在计算机监控系统中解除强制同期授权输出信号，同步控制系统再次启动，监视机组同步控制过程。断路器合闸后，保存并分析相关波形及时序图，检查导前时间、压差、频差、相角差是否满足要求。

（17）三次假同步试验机组同步并列有关波形图和时序图均满足要求，自动准同步方式假同步试验结束。接下来将继续进行手动准同步方式假同步试验。

（18）在计算机监控系统中再次强制同步授权输出信号为0，确认同步控制系统停止工作。

（19）现地手动分断发电电动机出口断路器，再把其控制方式切至远方自动。

（20）把机组同步控制方式切至手动准同步方式。

（21）在计算机监控系统中解除强制同期授权输出信号，手动准同步方式下，自动准同步装置不会启动，同步校验装置正常工作，观察手动同步组合表，手动调节机组转速和机端电压，在相角差缓慢接近同步点时按下合闸按钮，断路器合闸后，保存并分析相关波形及时序图，检查断路器合闸瞬间压差、频差、相角差是否满足要求。

（22）手动假同步试验重复进行3次，若3次试验有关波形图和时序图均满足要求，手动准同步方式假同步试验结束，机组停机。

（23）恢复试验所做的临时措施。

为保证试验安全性，试验时应注意以下事项：

（1）应检查确认机组换相隔离开关在分闸位置并用机械锁锁上，从物理上和电气上在机组与电力系统之间形成有效断开点，防止试验期间发生机组非同步并列。

（2）接入调速器、计算机监控系统的发电电动机出口断路器位置信号应拆除，同时临时修改调速器导叶开度限制值为略高于空载开度，防止出现机组转速剧烈波动甚至发生过速。

（3）接入励磁系统的发电电动机出口断路器位置信号应拆除，防止机端电压出现大幅波动。

（4）试验过程中机组各部位若出现异常，应按执行停机，保证机组安全。

3.2 机组首次启动采用水泵工况

机组首次启动采用水泵工况，假同步试验有SFC拖动方式和BTB拖动方式两种情况，下面对较为常用的SFC拖动方式机组假同步试验方法进行简要描述，BTB拖动方式与此类似，在此不再进行讨论。

试验基本前提条件：已完成同步控制系统硬布线回路接线检查与校核，自动准同步装置静态功能校验，同步检验装置静态功能校验，同步交流电压回路接线检查与核相，机组具备水泵调相工况整组启动条件，SFC系统调试完毕可正常运行，机组出口母线相关开关设备运行正常。

试验过程：

（1）检查确认机组换相隔离开关在分闸位置并上机械锁。

（2）同步电压硬布线回路中短接换相隔离开关抽水方向位置信号的相关接线端子，使同步电压按照抽水模式接入自动准同步装置、同步校验装置、同步组合表和假同步试验录波装置。

（3）拆除接入调速器的发电电动机出口断路器位置信号接线端子。

（4）拆除接入励磁系统的发电电动机出口断路器位置信号接线端子。

（5）拆除接入计算机监控系统的发电电动机出口断路器合闸位置信号接线端子。

（6）拆除同步控制系统停SFC的控制信号接线端子，拆除接入SFC系统的发电电动机出口断路器位置信号接线端子。

（7）修改调速器导叶开度限制值为0，必要时投入导叶检修锁定，防止试验过程中导叶意外开启。

（8）连接试验录波仪器相关信号，有同步点两侧电压信号、发电电动机出口断路器位置信号、自动准同步装置合闸脉冲信号等。

（9）机组现地单步控制方式抽水调相工况启机（SFC拖动模式），启机过程中人为干预换相隔离开关信号，以满足机组启动流程条件。

（10）机组转速大于同步授权转速（一般为95%额定转速）时，检查同步装置启动是否正常，同时启动录波装置。

（11）监视机组同步控制过程。断路器合闸后，保存并分析相关波形及时序图，检查导前时间、压差、频差、相角差是否合适，是否满足要求，必要时对有关参数予以修正。

（12）在计算机监控系统中强制同步授权输出信号为0，确认同步控制系统停止工作。

（13）现地手动分断发电电动机出口断路器，再把其控制方式切至远方自动。

（14）在计算机监控系统中解除强制同期授权输出信号，同步控制系统再次启动，监视机组同步控制过程，断路器合闸后，保存并分析相关波形及时序图，检查导前时间、压差、频差、相角差是否满足要求。

（15）在计算机监控系统中再次强制同步授权输出信号为0，确认同步控制系统停止工作。

（16）现地手动分断发电电动机出口断路器，再把其控制方式切至远方自动。

（17）在计算机监控系统中解除强制同期授权输出信号，同步控制系统再次启动，监视机组同步控制过程，断路器合闸后，保存并分析相关波形及时序图，检查导前时间、压差、频差、相角差是否满足要求。

（18）3次假同步试验机组同步并列有关波形图和时序图均满足要求，自动准同步方式假同步试验结束。接下来将继续进行手动准同步方式假同步试验。

（19）在计算机监控系统中再次强制同步授权输出信号为0，确认同步控制系统停止工作。

（20）现地手动分断发电电动机出口断路器，再把其控制方式切至远方自动。

（21）把机组同步控制方式切至手动准同步方式。

（22）在计算机监控系统中解除强制同期授权输出信号，手动准同步方式下，自动准同步装置不会启动，同步校验装置正常工作，观察手动同步组合表，手动调节机组转速和机端电压，在相角差缓慢接近同步点时按下合闸按钮，断路器合闸后，保存并分析相关波形及时序图，检查断路器合闸瞬间压差、频差、相角差是否满足要求。

（23）手动假同步试验重复进行3次，若3次试验有关波形图和时序图均满足要求，手动准同步方式假同步试验结束，机组停机。

（24）恢复试验所做的临时措施。

为保证试验安全性，试验时应注意以下事项：

（1）应检查确认机组换相隔离开关在分闸位置并用机械锁锁上，从物理上和电气上在机组与电力系统之间形成有效断开点，防止试验期间发生机组非同步并列。

（2）接入调速器、计算机监控系统的发电电动机出口断路器位置信号应拆除，同时临时修改调速器导叶开度限制值为0，同时投入导叶检修锁定，防止出现导叶意外开启。

（3）接入励磁系统的发电电动机出口断路器位置信号应拆除，防止出现机端电压出现大幅波动。

（4）同步控制系统停SFC的控制信号接线端子和接入SFC系统的发电电动机出口断路器位置信号接线端子应解除，防止断路器合闸时SFC停止，电气轴解列，试验被迫中断。

（5）应控制试验时间，防止超出SFC连续负载允许时间，造成试验被迫中断。

（6）试验过程中机组各部位若出现异常，应按执行停机，保证机组安全。

4 结束语

大型抽水蓄能机组运行工况多，同步控制过程涉及的设备也较多，需要各设备之间的密切配合才能实现机组快速、安全的与电力系统同步并列。完成机组同步控制系统各项试验是实现机组快速、安全同步并列的基础和前提，本文讨论了大型抽水蓄能机组同步控制系统试验的内容、方法及注意事项，重点描述了机组水轮机模式和水泵模式（SFC拖动方式）2种典型常用工况下机组假同步试验的具体过程及注意事项，对其他抽水蓄能电站具有一定的参考意义。

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1672-5387（2016）07-0012-04

10.13599/j.cnki.11-5130.2016.07.004

2016-04-07

刘鹏龙（1984-），男，高级工程师，从事抽水蓄能自动控制与保护研究工作。