抽水蓄能電站電氣特點

8抽水蓄能電站機電設(shè)備的特點

2024/9/8水電站的電氣設(shè)備（電氣二次）12024/9/8水電站的電氣設(shè)備（電氣二次）28.1蓄能電站特有的機電設(shè)備1）可逆式機組2）換相開關(guān)3）拖動開關(guān)和被拖動開關(guān)4）啟動母線5）SFC2024/9/8水電站的電氣設(shè)備（電氣二次）3抽水蓄能電站接線舉例2024/9/8水電站的電氣設(shè)備（電氣二次）48.2可逆式機組及相關(guān)問題我國已建和近期將建的大中型抽水蓄能電站的機組幾乎均為可逆式，大軸上端為發(fā)電電動機，下端為水泵水輪機。在發(fā)電工況下機組作為水輪機—發(fā)電機運行，抽水工況下作為水泵—電動機運行，兩種工況的轉(zhuǎn)向相反。作為國內(nèi)的一個特例，水頭超過800m的西藏羊卓雍湖抽水蓄能電站的機組采用多級蓄能泵、水輪機和發(fā)電電動機同軸的三機式機組。2024/9/8水電站的電氣設(shè)備（電氣二次）58.2可逆式機組及相關(guān)問題（1）與常規(guī)發(fā)電機相比，可逆式機組增加了抽水和抽水方向調(diào)相等工況，使工況轉(zhuǎn)換的復雜程度大為增加，并帶來了抽水工況的啟動問題。（2）混流式可逆式機組的水頭大都在100米以上，蝸殼前必須安裝進水閥（球閥或蝶閥），而且停機時必須關(guān)閉進水閥。進水閥的啟閉操作是工況轉(zhuǎn)換流程的一部分。（3）可逆式機組的吸出高度遠大于常規(guī)機組，意味著下水庫的相對水位很高，常為數(shù)十米，甚至超過100米。這意味著防止水淹廠房的操作必須包括關(guān)閉尾水閘門。此外，進水閥與尾水閘門的操作需相互閉鎖。2024/9/8水電站的電氣設(shè)備（電氣二次）68.3換相開關(guān)及相關(guān)問題2024/9/8水電站的電氣設(shè)備（電氣二次）78.3換相開關(guān)及相關(guān)問題抽水蓄能電站具有發(fā)電與抽水兩種工況，對可逆式機組，換相開關(guān)用于改變相序，從而改變電機的旋轉(zhuǎn)方向。換相開關(guān)多采用隔離開關(guān)。換相開關(guān)可設(shè)在主變高壓側(cè)，也可設(shè)在低壓側(cè)。但設(shè)在高壓側(cè)占地面積大，且二次接線復雜。所以近期所建的抽水蓄能電站均將換相開關(guān)設(shè)在低壓側(cè)。換相開關(guān)的切換導致了相序的改變，機組和變壓器的繼電保護要采取必要的措施以保證不同工況下保護都能正常運行。2024/9/8水電站的電氣設(shè)備（電氣二次）88.4拖動開關(guān)和被拖動開關(guān)及相關(guān)問題被拖動開關(guān)在機組作為水泵或水泵方向調(diào)相啟動（包括SFC啟動和背靠背啟動）時，應當合上，以便從啟動母線引入電流。機組并網(wǎng)、拖動電源斷開后，被拖動開關(guān)斷開。拖動開關(guān)在機組作為背靠背啟動的拖動機時合上，將電流經(jīng)由啟動母線送到被拖動機組。機組并網(wǎng)、拖動機GCB斷開后，拖動開關(guān)斷開。2024/9/8水電站的電氣設(shè)備（電氣二次）98.5啟動母線及相關(guān)問題啟動母線是被啟動機組從啟動電源（SFC或拖動機）獲得電能量的中介。多臺機組的情況下，啟動母線多分為兩段，以備在特殊情況下，在兩段獨立母線上分別實現(xiàn)兩對機組同時背靠背拖動（例如1號機啟動2號機、3號機啟動4號機）或者一對機組背靠背拖動、一臺機組由SFC啟動。2024/9/8水電站的電氣設(shè)備（電氣二次）10

8.6勵磁電源的接線

蓄能機組都采用自并勵的勵磁方式，如果發(fā)電機端設(shè)斷路器，則勵磁變壓器接于斷路器靠系統(tǒng)的一側(cè)，以保證水泵工況啟動過程中電動機能夠獲得勵磁電源。2024/9/8水電站的電氣設(shè)備（電氣二次）11

8.7蓄能機組繼電保護的特點

（1）換相帶來的問題抽水蓄能機組在發(fā)電運行和抽水運行時換相開關(guān)位置不同，這對機組保護產(chǎn)生了多方面的影響。當換相開關(guān)位于差動保護范圍內(nèi)時，必須采取相應措施，因為換相前后差動保護兩側(cè)電流互感器的相序不同。此外，失磁保護、失步保護、負序過電流保護和低阻抗保護等與相位和相序有關(guān)的保護都應采取措施以保證保護的正確運行。GB/T14285要求用一套保護裝置滿足兩種運行工況，實際上主張用軟件實現(xiàn)不同工況的相序適配。2024/9/8水電站的電氣設(shè)備（電氣二次）12解決差動保護相序適配的兩個例子2024/9/8水電站的電氣設(shè)備（電氣二次）13

（2）水泵工況啟動過程帶來的問題

常規(guī)機組在啟動過程中轉(zhuǎn)速超過90%甚至更高才開始起勵，機組大部分時間處于無電流、低電壓的狀態(tài)，不必考慮機組的電氣保護。而在抽水蓄能機組水泵工況的同步啟動過程中，機組和連接母線都流過低于工頻的電流，承受低于工頻頻率的電壓，必要的機組電氣保護在這個過程中必須投入。但是，低頻率下有的保護可能誤動（例如低功率保護、低頻保護等）所以不得不在啟動過程中將部分保護閉鎖，在機組接近或達到同步轉(zhuǎn)速時才投入運行。2024/9/8水電站的電氣設(shè)備（電氣二次）14

（2）水泵工況啟動過程帶來的問題

CT、VT在啟動過程中都運行在低頻狀態(tài)，而CT、VT通常的額定頻率是50Hz,所以在招標采購時，必須提出對CT、VT的低頻性能的要求，并要求廠家提出試驗數(shù)據(jù)證實。2024/9/8水電站的電氣設(shè)備（電氣二次）15抽水蓄能機組對互感器配置的要求在電流互感器時，應當考慮在變頻啟動和背靠背啟動工況下，被拖動機組和拖動機組都至少有一套主保護和后備保護的互感器能夠接入。招標采購時，應明確要求互感器應當有良好的頻率特性。廠家一般都能滿足這一要求，但保證準確級的同時，互感器的容量將會下降?？紤]到微機保護交流回路功耗極小，負載能力的下降不會帶來問題。下表給出了廠家為某工程提供的資料。2024/9/816抽水蓄能機組對互感器的特殊要求2024/9/817（3）工況的特點需要的特殊保護—低功率保護：防止機組在電動機工況下輸入功率過低或失去電源?！皖l保護：防止機組在調(diào)相工況下失去電源，并作為電動機工況下低功率保護保護的后備?！婀β时Ｗo：抽水蓄能機組在發(fā)電工況下有可能出現(xiàn)深度反水泵運行，因此須設(shè)置逆功率保護?！妷合嘈虮Ｗo：防止因換相開關(guān)故障或誤操作導致相序錯誤，應對兩種工況分別設(shè)置。2024/9/8水電站的電氣設(shè)備（電氣二次）18

8.8蓄能電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)

的特點

（1）工況轉(zhuǎn)換的復雜性抽水蓄能機組通常有如下五種可能的工況：發(fā)電、發(fā)電轉(zhuǎn)向的調(diào)相、抽水、抽水轉(zhuǎn)向的調(diào)相、靜止。各種工況之間可能發(fā)生的轉(zhuǎn)換有十余種，各種轉(zhuǎn)換過程所經(jīng)歷的操作步驟均不相同。從靜止到抽水的轉(zhuǎn)換，又可分為變頻啟動裝置啟動方式和“背靠背”啟動方式。2024/9/8水電站的電氣設(shè)備（電氣二次）19

8.8蓄能電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)

的特點

（2）機組間的橫向聯(lián)系信息聯(lián)系多常規(guī)水電站不同機組LCU之間信息交流極少。蓄能電站因為有背靠背啟動方式、一管多機等水道結(jié)構(gòu)，所以機組LCU之間、機組LCU與啟動LCU之間有許多信息交換。信息交換的方式，主要通過電站監(jiān)控系統(tǒng)的以太網(wǎng)，也有部分信息和命令發(fā)送通過硬接線實現(xiàn)。2024/9/8水電站的電氣設(shè)備（電氣二次）208.8蓄能電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)的特點（3）工況轉(zhuǎn)換的特殊性舉例常規(guī)水電機組在正常停機時，先要將負荷減到接近零，然后跳開斷路器，既避免了機組的過速，又減輕了斷路器的磨損。但抽水蓄能機組作為水泵停機時，不能將負荷減到接近零，而是在減至20%～30%的額定功率時就跳開斷路器。2024/9/8水電站的電氣設(shè)備（電氣二次）218.8蓄能電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)的特點（4）特殊的安全問題對于上水庫，需設(shè)置水位監(jiān)視，以防過度充水導致溢流。通常設(shè)冗余的水位信號器和冗余的通