深圳抽水蓄能电站机组背靠背拖动监控流程设计

操俊磊，姜海军，李 青，陈 龙，胡海峰

[1. 南瑞集团（国网电力科学研究院）有限公司，江苏省南京市 211106；2. 深圳蓄能发电有限公司，广东省深圳市 518116]

0 引言

深圳抽水蓄能电站（以下简称深蓄电站）处于广东的电力负荷中心，是西电东送的落点和粤港电网的连接点。电站总装机容量为1200MW，安装4台30万kW抽水蓄能机组，建成后年发电量达到20亿kWh。电站枢纽建筑物主要由上水库、下水库、输水系统、地下厂房和地面开关站等组成。电站建成后将成为南方电网的“蓄电池”“应急电源”，承担电网调峰、填谷、调频、调相和事故备用等任务，将进一步增强南方电网调峰调频能力，显著提高电网安全稳定水平和供电可靠性。

电站监控系统采用了南瑞集团水电公司研发的SJ-3000计算机监控系统，上位机为NC2000（V3.0）监控软件，下位机为SJ-600现地控制单元，按无人值班（少人值守）设计，为电站安全稳定高效运行提供了保障。

1 机组运行方式

深蓄电站机组运行方式较为复杂，工况包括：停机、空转、空载、发电、发电调相、抽水、抽水调相等7种稳定工况，同时具备黑启动和线路充电功能。

机组运行的工况转换主要有：a停机→停机热备；b停机热备→空转；c空转→空载；d空载→发电；e发电→发电调相；f发电调相→发电；g发电→空载；h空载→空转；i空转→停机；j发电调相→停机；k停机热备→抽水调相（SFC拖动）；l停机热备→抽水调相（BTB拖动）；m停机→旋转（BTB作为拖动机）；n抽水调相→抽水；o抽水→抽水调相；p抽水→停机；q抽水调相→停机；r抽水→发电；s停机热备→黑启动。

机组正常开停机工况转换流程结构如图1所示。

图1 机组工况转换流程结构图Figure 1 Conversion diagram of unit working condition

2 背靠背抽水顺控流程组成

本文主要介绍背靠背抽水顺控流程，该流程由开机预启动条件、背靠背工况转换条件和工况转换流程组成。其中，开机预启动条件是机组开机启动顺控流程的前提，条件满足方可开机。工况转换条件满足后，监控系统方可执行对应的工况转换流程。

背靠背工况转换流程分为拖动机BTB拖动流程和被拖动机BTB抽水流程，由图1可知，BTB拖动流程由1、13、21、22组成，即停机→停机热备→BTB拖动→停机热备→停机态。BTB抽水工况转换流程由1、12、14组成，即停机→停机热备→BTB抽水调相→抽水态。

2.1 开机预启动条件

开机预启动条件由机组各个分系统启动条件组成，主要包括保护系统、电气部分、主变压器系统、调速器、励磁系统、进水阀系统、水轮机发电机系统以及计算机监控系统。各个系统启动条件的逻辑组成这里不再赘述，电站可根据实际情况编制和实施。

各个系统的启动条件均具备，开机预启动条件方可满足，逻辑组成如图2所示。

图2 开机预启动条件逻辑组成图Figure 2 Logic composition of starting condition

图3 拖动机组工况转换条件逻辑组成图Figure 3 Logic composition of conversion condition of drag unit

图4 被拖动机组工况转换条件逻辑组成图Figure 4 Logic composition of the condition of the dragged unit

2.2 背靠背工况转换条件

作为拖动机组，其工况转换条件主要包括：机组在停机稳态且开机预启动条件满足，拖动刀闸/启动刀闸位置状态正确，以及上下库水位信号正常。逻辑组成如图3所示。

作为被拖动机组，由于机组需开机并网经过抽水调相工况，从而转至抽水稳态，所以其工况转换条件需加判主变带电、充气压水设备正常、同一流道其他机组不在发电方向工况、功率测量源正常等，主要逻辑组成如图4所示。

2.3 背靠背工况转换流程

以电站机组“1拖2”为例，即1号机组作为拖动机拖动2号机组至抽水态，详细介绍背靠背的顺控流程。

步骤1：1号机组作为拖动机，2号机组作为被拖动机，两台机组同步执行由停机至停机热备子流程，开启机组辅助设备。辅助设备主要包括技术供水、水导外循环油、推力及下导外循环油、调速器油压系统以及高压油顶起装置等。由图1可知，该过程是机组所有开机流程公用部分，这里不详细介绍。

步骤2：1号机组分中性点隔离开关，2号机组合抽水工况换相隔离开关和启动隔离开关（被拖动隔离开关），同时发给1号机组拖动隔离开关合闸允许信号，1号机组收到该信号后合拖动隔离开关。

步骤3：1、2号机组分别设置调速器、励磁和保护工况模式，1号机组启动同期无压合模式合出口断路器。至此，电气链接已建立，链路方向为GM1→G1拖动隔离开关→I段启动母线→G2启动隔离开关→GM2，背靠背电气链接图如图5所示。

步骤4：1号机组开启球阀，2号机组调用充气压水子流程。球阀开启至中间位置后将“拖动机组准备好”信号发送至2号机组，2号机组收到该信号后启动励磁系统（合灭磁断路器），随后将“开始拖动”命令发送给1号机组，1号机组随即启动励磁系统（合灭磁断路器）。

图5 背靠背电气链接图Figure 5 Back to back electrical link diagram

步骤5：1号机组开导叶，此时2号机组组被1号机组拖动，两台机组转速同步上升。2号机组转速和电压升至额定90%以上，监控系统启动同期装置并网。

步骤6：2号机组出口断路器合位，将“拖动机出口断路器分闸”命令发送给1号机组，1号机组分出口断路器，并将分闸位置信号反馈至2号机组，2号机组随即分开启动隔离开关到达抽水调相稳态。

步骤7：1号机组退出励磁、分拖动隔离开关、关闭导叶、关闭球阀，进入旋转停机→停机流程，待机组转速降至零，合上中性点隔离开关，退出机组辅助设备，最终转为停机态。2号机组调用抽水调相→抽水流程，排气回水、开球阀、开导叶、复归保护调相模式后到达抽水稳态。

1、2号机组主要流程转换及信息交互如图6所示。

图6 背靠背顺控流程图Figure 6 Back to back control flow chart

3 监控系统的安全与闭锁

背靠背启动工况流程复杂，涉及面广，在保障机组设备安全方面，监控系统的保护闭锁措施起着至关重要的作用。本文就深蓄电站监控系统针对背靠背工况的安全与闭锁设计，主要列举如下几点。

3.1 出口断路器的低频闭锁

作为拖动机组，其出口断路器在开启导叶前已通过同期无压合合上，开启导叶后拖动机与被拖动机同步转动，由于低频状态下断路器拉弧能力下降，如果升速过程中设备故障或流程失败导致断路器分闸，此时会对断路器造成损害，影响设备工作寿命。

监控系统为防止低频情况下分开断路器对设备造成损伤，在背靠背拖动过程中，如若流程超时或设备故障等原因触发事故停机，需第一时间分开机组灭磁断路器，延时约5s后再分开出口断路器，监控的闭锁逻辑如图7所示。

图7 低频闭锁逻辑图Figure 7 LF latch logic diagram

3.2 避免两电源同时供电措施

被拖动机组背靠背抽水同期并网时，要注意避免拖动机和电网同时给被拖动机供电的问题。被拖动机同期并网瞬间，通过现地控制单元LCU通信将“分拖动机出口断路器”命令发送至拖动机，拖动机随即开出分闸命令，实现电气链接解列。

为保证此过程安全可靠以及时效性，监控系统另设计了一套硬接线回路，取“被拖动机同期合闸令”扩展信号作为分拖动机出口断路器回路节点，“软硬结合”确保并网的第一时间分开拖动机组的出口断路器。被拖动机分拖动机GCB硬接线回路设计如图8所示。

3.3 转差保护

在背靠背启动过程中，因电气参数不合理、机械故障等原因导致两台机组转速不同步的情况时有发生。此时，电站运行或调试人员应立即手动按下事故停机按钮将机组停下来。

为及时避免机组事故进一步扩大，深蓄电站监控系统对于该项保护增加电气事故停机启动源，事故一旦发生则第一时间自动启动事故停机流程将两台机组停稳。试验参数暂整定为“转差大于10%Ne”且持续10s以上，则触发事故停机流程。

3.4 流程失败启动事故停机

背靠背的启动过程涉及两台机组，期间存在拖动机组与被拖动机组的电气链接和信息交互，其中一台机组的设备故障或卡顿都会直接导致启动失败。

图8 被拖动机分拖动机GCB硬接线回路设计图Figure 8 Design diagram of hard wiring circuit for dragged unit tripping GCB of drag unit

为保障机组设备安全，监控系统现地控制单元实时扫描重要设备状态信息，拖动/被拖动机组设备故障或顺控流程超时均会自动触发监控电气事故停机流程，同时联跳对侧机组，以避免事故扩大。

4 结束语

背靠背拖动过程较为复杂，涉及监控、保护、励磁以及调速器等二次设备的配合问题。例如监控同期参数、保护低频过流参数、励磁电流整定以及调速器的导叶开启规律等均会直接影响背靠背启动的成功率。深蓄电站于2018年2月完成1号机组和2号机组背靠背拖动调试，安全闭锁测试充分，试验过程顺利，实践证明了监控系统顺控流程设计的安全可靠性，也为后续其他抽水蓄能电站的投运和改造项目提供有力的技术参考。