沙集抽水站抽水——发电换相操作方法

徐立建，崔晓远，李 衡

（江苏省骆运水利工程管理处，江苏 宿迁 223800）

现有的泵站启动回路换相系统中，变频启动方式和背靠背启动方式设计了相互独立的换相方式。其中，变频启动方式采用软件换相，即通过设置在变频启动装置内的换相软件实现换相；背靠背启动方式则是通过在拖动回路设置换相电缆或换相母线实现换相。本文主要叙述了沙集泵站的换相方法及变频启动换相参数的设定。

1 工程概况

江苏省沙集抽水泵站建于1993年,泵站位于徐州市睢宁县沙集镇的徐洪河上,距下游洪泽湖73 km，为江苏省利用世界银行贷款加强灌溉农业泵站工程项目之一，是南水北调东线的第五梯级泵站。工程整体结构采用闸站合一的形式，中间为抽水能力50 m3/s的泵站，两侧布置设计流量为200 m3/s，校核400 m3/s的节制闸，全部工程按一级水工建筑物设计，泵站选用1800HD-10.5型立式混流泵，共5台套，单机流量10 m3/s，配套TL1600-20/2150主电机5台，单机功率1 600 kW，总装机容量8 000 kW。同时，丰水季节沙集泵站可反向发电提高工程利用率。

2 沙集抽水泵站小水电改造情况简介

沙集抽水泵站于2014年通过小水电改造，装设了变频发电机组，有效提高了发电效率。变频机组通过降低发电的电压与频率，降低机组转速，提高发电效率。变频机组的工作原理主要是通过两台极对数不相同的同步电机同轴连接，其中一台电动机与电网连接，在50 Hz工频下运行，另一台电动机在低于工频的频率，产生一个低频小电网，带动机组倒转发电，水泵机组将在低于额定转速的发电转速下运转，然后变频装置将低于工频的电能转换成工频电能，从而提高发电效率。

变频启动装置用于机组抽水调相工况启动，相当于抽水调相启动过程中的调速器，改变定子电压、频率的变频调速。因而通过变频发电机组自身变频启动方式，可完成换相，无需再手动调换电机绕组进行电缆换相。但因抽水机组电压、频率与变频机组不同，需要在电动机保护管理装置中进行电压、频率参数修改。

沙集抽水泵站采用的是GE469电动机保护管理装置，该保护装置广泛应用于中、大容量电动机和拖动设备的整套保护和管理，将电动机保护、故障诊断、电力测量和通信功能集成于组件中。

GE469装置集中了各种保护特性，它装有6个岀口继电器用来跳闸、报警和闭锁电机的启动。GE469装置有完整的监视和测量功能。一个事件记录器存储40个带时间和日期的釆样记录。64个周期的波形记录使用户可以设置跳闸前后记录波形的周期个数。GE469具有完整的测量功能。当电动机启动时，GE469釆集加速时间，启动电流和热容量。如果电动机负载在启动期间相对稳定，这些釆集的值可用于调整加速保护。GE469也可以釆集—段时间内的平均电动机负载值。GE469具有强大的仿真功能，可在没有外部输入的情况下，对GE469进行性能和响应试验。

3 变频发电参数设置方法

目前沙集抽水站发电主要是通过变频机组发电，因而运行人员需熟悉变频发电时的换相操作方法。

具体操作的时候，将前面板的通信口与手提电脑用继电器提供的GE469 PC软件连接，可以修改保护参数。如图1所示，先在桌面“开始”菜单中选择“程序”，找到GE Power Management（GE电机管理系统）并点击GE Power Management进入设置界面，点击Ener Vista 469 Setup（469电机管理继电器软件）。GE469电机管理继电器软件是GE公司专门为大中型电机和驱动设备的保护和管理而设计的软件，用于各种保护参数的设置及修改。双击“sj”（sj代表沙集泵站的主机），双击需要修改的主机，例如“469 Relay 1”代表1号主机。双击“Settings”进入设置，双击“Protection”进入保护设置修改界面，双击“Voltage Elements”（电压元件），双击欠压保护选项“Undervoltage”，将 Undervoltage Trip选项后面的“Latched”关闭修改为“Off”，并点击右边“Save”保存，在对话框中点击“是”，随后会弹出新的对话框，在“Enter Password”后面输入密码，密码由厂家调试的时候设置，输入密码后点击“Send Password To Device”保存，传送数据，修改欠电压参数完成。

图1 469PC软件操作界面

同时，还需将电机频率进行修改，修改时，双击“Settings”进入设置，双击“Protection”进入保护设置修改界面，双击频率选项“Frequency”，将低频报警限额“Under Frequency Alarm Level”选项后面的“48.50 Hz”修改为“38.50 Hz”，并点击右边“Save”保存，在对话框中点击“是”，随后会弹出新的对话框，在“Enter Password”后面输入密码，密码由厂家调试的时候设置，输入密码后点击“Send Password TO Device”保存，传送数据，修改欠电压参数完成。

至此，抽水转发电电压、频率参数修改完毕。如泵站由发电转抽水工况，设置方法相反，即将Undervoltage Trip选项后面的“Off”修改为“Latched”，并点击右边“Save”保存，在对话框中点击“是”；将“Under Frequency Alarm Level”选项后面的“38.50 Hz”修改为“48.50 Hz”，并点击右边“Save”保存，在对话框中点击“是”。

4 背靠背换相启动方法

由于水泵水轮机两种运行工况的水流方向相反，所以发电电动机两种运行工况旋转方向必须相反。为此应使电动机运行时其旋转磁场的旋转方向与发电机运行时的旋转磁场方面相反，这就需改变三相绕组相序排列，直接通过调换绕组进线电缆的方法被称作直接换相法。

沙集抽水泵站的主电机采用星型接线法，星形接法由于其输出功率小，常用于小功率，大扭矩电机，或功率较大的电机起步时候用。由于沙集泵站建站设计时未设置有换相开关或换相刀闸，故每次抽水——发电换相的时候需要手动打开机组盖板，进行人工换相操作，任意调换两相相序即可。操作时，先拆除进线电缆连接螺母，调整任意两相电缆的相序后，重新压紧电缆接头。

如泵站发电抽水转发电结束，转回抽水工况需要重新调回原相序连接方式。由于泵站装设了变频发电机组，此方法已经很少使用，一般在变频机组发生故障时，不通过变频机组直接向电网送电，变频机组修复后，需尽快恢复变频机组发电运行方式。

5 泵站抽水——发电改造前景

在江苏，汛期时大部分泵站基本上处于闲置状态，如果利用汛期上游的多余来水发电，可以有效避免水资源的浪费，提高泵站的利用率。省境内现有400多座大中型泵站，是省水利和机电排灌事业的骨干和支柱工程，在排洪、除涝、灌溉、调水等方面发挥了极为重要的作用。江苏现有大中型泵站中，沙集站、刘老涧站等数十座泵站已经反向发电运行多年，随着泵站工程的建设，特别是南水北调二期工程的建设，还将有一些泵站要设置发电功能。对于老旧泵站，可通过改造的方式，主要是在抽水泵站装设变频机组，一方面可以提高发电效率，另一方面减少运行管理的压力，提高自动化管理水平。

不论是老旧泵站增加或者改造发电功能，新建泵站配置反向发电功能的设计和施工，均需综合考量水能条件分析、水力性能测试、发电方式选择、发电安全评估、发电功能实现、经济指标分析、发电启动验收、发电工况运行等各项参数，切实做好技术方案的研究，优化施工、改造方案，分析发电对河道工程、河道生态的影响，切实满足发电安全运行要求。