天荒坪抽水蓄能机组励磁系统的运行
抽水蓄能机组励磁系统运行特点分析_李保平
收稿日期:2009-06-29作者简介:李保平(1962-),男,高级工程师,主要从事发电机励磁控制系统技术工作。
抽水蓄能机组励磁系统运行特点分析O pera tion Ch aracteristic An alysis o n Excita tion Sys tem fo r Pu mped Storage U nit李保平(河北省电力研究院,石家庄 050021)摘要:针对抽水蓄能机组与火电机组在运行方式上的不同,分析抽水蓄能机组在启动、停机的控制方式下励磁系统的运行特点。
结合抽水蓄能机组在电网中所起的作用,介绍在电网调峰和黑启动时机组励磁系统的运行特点。
关键词:抽水蓄能机组;励磁系统;SFC ;调峰;黑启动Abstract :I n allusion to the differdent opera tion mo de of pumped sto rage po wer unit with the rmal pow er plant ,this paper analyzes the o pera tion characteristics of the excitatio n sy stem in pumped sto rag e pow er unit during the sta rt -up and outage of unit .In v iew of the function of pumped sto rage po wer unit in the pow er grid ,a naly zes the o pera tion charac -teistics of pumped storag e pow er unit during adjusting peak and black sta rt of pow er g ridKey words :pumped sto rage pow er unit ;e xcita tion sy stem ;SF C ;adjusting peak load ;black star t 中图分类号:T V743;TM 761文献标志码:B文章编号:1001-9898(2009)06-0004-02抽水蓄能机组与火电机组在运行方式上有很大不同,无论是在机组的启动、停机的控制方式,还是在电网中的作用,与火电机组相比具有运行工况多、有特殊要求等特点,因此给参与控制的励磁系统提出了相应要求。
同期装置、励磁系统及SFC的配合
的联 系 ， 种设 备 的控制 可 能 由不 同的 系统来 负责 ， 各 但 它们 的动作顺 序 是基本 固定 的 ， 也是 安 全 的 下 面就 以 Ｓ Ｃｌ 动 ４号 机转 抽 水调相 工况为 Ｆ 拖
预 平衡 以加 速 机组 同期 并列 的速 度 ， 能实 现 电气 还 制动， 并为 Ｓ Ｃ、 Ｆ 背靠 背 启 动机 组 时提 供 励 磁 电 流 。
在正 常 的情 况 下 ， 台机 组 的励 磁 电 源 取 自单元 主 每 变 低压 侧 ， 当机 组 黑启 动 时 励 磁 电源 取 自厂用 电 的
定 值 后 ，Ｆ Ｓ Ｃ的 可控 硅 将 自动换 相 ， Ｓ Ｃ 的控 由 Ｆ
｛ 单 元 控制机／ ６ ｊ 网桥 ， 节 Ｓ Ｃ的输 出 电流 。 调 Ｆ
的不 同系统 发 出电压 、 率的升 降命 令 。 频 当检测 到发
电／ 电动 机 与系统 的电压 、 频率及 相角 差均在 设定 的 范 围 内 ， 期 装 置 就 发 出 发 电／ 动 机 出 口开 关 同 电 Ｇｃ Ｂ合 闸命 令 。 模 式二 ： 同步 或异 步 电网 、 路问 同期操 作或线 线
低 速 阶段 是在 检 测 转子 的初 始位 置 后 ， 可 控硅 进 对 行 强制 换 相 ， 高 速 阶段 是 当机 组 的机 端 电 压升 到 而
一
期 工 作 模式 ， 里 主要 说 明 两 种相 关 的 同期 工作 模 这
式。
模 式 一 ： 电机 ／ 发 电动机 与线 路 、 母线 的 同期 操 作模式。 工作 于 这种 同期模 式 下的机组 ， 旦 同期装 一 置 被启 动 ， 自动 跟 踪系统 的电压 和频 率 ， 向机 组 将 而
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承 电站 机 电技 术
浅析洪屏抽水蓄能电站SFC、励磁及监控系统配合
２．１ 监 控 系 统 洪 屏 电 站 监 控 系 统 （简 称 ＣＳＣＳ）是 南 京 南 瑞 公
司 提 供 的 开 放 式 环 境 下 双 环 网 、全 分 布 计 算 机 监 控 系 统 ， 采 用 ＮＣ２０００ Ｖ３．０ 计 算 机 监 控 系 统 软 件 ，
收 稿 日期 ：２０１６－０６—０２ 作 者 简 介 ： 周 霖 轩 （１９９Ｏ一 ）， 男 ，江 西 九 江 人 ， 助 理 工 程 师 从 事 抽 水 蓄 能 电 站 运行 维 护工 作 ．
各 自 流 程 进 行 ， 又 相 互 交 互 信 息 ， 紧 密 配 合 ， 时 序 逻 辑 上 稍 有 疏 忽 就 会 导 致 启 动 失 败 。 因 此 ， 了 解 它 们 之 间 的 配 合 关 系 ， 就 显 得 尤 其 重 要 。 本 文 对 洪 屏 抽 水 蓄 能 电 站 ＳＦＣ 启 动 过 程 进 行 分 析 ， 理 清 整 个 拖 动 流 程 ， 有 助 于 快 速 分 析 启 动 失 败 可 能 原 因 。
中 图分 类 号 ：ＴＶ７４３（２５６）
文 献标 识 码 ：Ａ
文 章 编 号 ：０５５９ ９３４２（２０１６ ０８－００９０—０５
１ 工 程 概 况
洪 屏 抽 水 蓄 能 电 站 位 于 江 西 省 靖 安 县 三 爪 仑 乡 境 内 ， 属 周 调 节 纯 抽 水 蓄 能 电 站 ，安 装 ４ 台 单 机 容 量 ３Ｏ０ Ｍｗ 的 立 轴 单 级 可 逆 混 流 式 水 泵 水 轮 机 组 ， 总 装 机 容 量 １ ２００ Ｍ ｗ 。 电 站 建 成 后 ， 以 ５Ｏ０ ｋＶ 电 压 等 级 出 线 接 入 华 中 电 网 ， 在 系 统 中 担 任 调 峰 、 填 谷 ， 调 频 、 调 相 作 用 和 事 故 备 用 等 任 务 。
天荒坪：探访亚洲第一抽水蓄能电站
天荒坪：探访亚洲第一抽水蓄能电站抽水蓄能水电站就是利用电力负荷低谷时的电能抽水至上水库，在电力负荷高峰期再放水至下水库发电。
在天目山崇山峻岭中有座叫做天荒坪的山头，这里就有一座号称“亚洲第一，世界第二”的抽水蓄能水电站。
水电站的上水库位于海拔900多米的天荒坪峰顶，这一汪碧水也为天荒坪水电站赢得了“江南天池”的美称。
到达峰顶的“江南天池”要沿着修建在陡峭山崖上的盘山公路盘旋而上，公路一边紧靠山体，一边是深谷。
峡谷中的拦溪而建的就是天荒坪抽水蓄能水电站的下水库，当地人称“龙潭湖”，俯瞰龙潭湖有“两岸青山出平湖”的感觉。
在天荒坪峰顶的上水库和峡谷中的下水库之间的山体被掏空了，发电机组就安装在山体中，不得不佩服水电工人的创造力。
从下水库开车到上水库要半小时时间，山路崎岖陡峭让人惊心动魄。
峰顶的山水库在发电蓄能的同时已开发成游览景点，美其名曰“江南天池”，处于峰顶的上水库确有天池的味道，80块大洋的门票也不便宜。
山顶建有度假村供游客休闲度假，山顶空气清新，周边山谷还经常有云海出现，确实是个度假胜地。
建设者利用两座山峰间的千亩田洼地开挖填筑而成一个大蓄水池，并有主坝和四座副坝及库岸围筑，整个上水库呈梨形。
平均水深42.2米，库容量885万立方米，相当于一个西湖的储水量。
天荒坪在周边的山峰中算是最高的，站在这里环顾四周，群山连绵，风景优美。
水坝上边修有环湖公路，浙种梯形的水坝坚固无比。
水库旁边的生态能源展馆，水电是最清洁的能源，抽水蓄能水电站更是把这种清洁能源循环利用。
景区内的旅游服务设施实用而又不缺美感。
天荒坪水电站是为华东电网调配电力而建，晚上用电低谷是把下面水库的水抽到上面，白天则放水发电补充电网的高用电量，坝体上留下清新的水痕。
这是上山的路，蜿蜒曲折可见一斑。
周边风景也不错。
秋天又到荻花飘飞的季节。
说起天荒坪抽水蓄能水电站不能不提一个人，那就是原水电部副部长王林，电站从立项到建设完工都是在这位老人的力促下进行的，老人为水电站的建设可谓是呕心沥血，死后也葬在水库旁边。
抽水蓄能电站励磁系统原理及应用
抽水蓄能电站励磁系统原理及应用发布时间：2022-09-15T09:58:40.555Z 来源：《福光技术》2022年19期作者：常旭马矿怡[导读] 随着近来各种新能源项目例如太阳能、风能、生物能的大规模并网，其峰谷特性与用电负荷也无法很好的拟合。
松花江水力发电有限公司吉林白山发电厂吉林吉林 132000摘要：随着近来各种新能源项目例如太阳能、风能、生物能的大规模并网，其峰谷特性与用电负荷也无法很好的拟合。
所以在高负荷中心与煤炭资源丰富的资源地区相隔较远，并且对于电能的需求量也在实时变化的情况下，电网需要时时刻刻调整机组的出力，电压和频率会受到一定的影响。
基于此，本文主要对抽水蓄能电站励磁系统原理及应用进行分析探讨。
关键词：抽水蓄能电站；励磁系统原理；应用1、前言由于抽水蓄能电站在电网中削峰填谷、调频、调相、黑启动等作用，使得机组启停频繁，可以说励磁系统的质量直接影响到了整个机组的稳定与安全。
作为一种难以大规模储存的能源，电能必须实时生产，实时消耗，但是整个电网的负荷却是一个动态变化的过程。
2、励磁方式综述励磁系统总体由功率单元和调节单元两个部分组成，功率单元主要负责为发电-电动机提供直流电流，调节单元根据发电-电动机的状态对功率单元作出进一步的调整。
2.1 励磁功率单元的选择(1)直流励磁机在早些年，为发电机配备一个专用的直流励磁机在当时看来是一个很自然的选择，简单和可靠是它最大的优点，但问题就是调节速度太慢和日常维护的繁琐，所以现在已经很少使用。
(2)交流励磁机为解决直流励磁的不足，有着稳定、转速适应强和较好的进相运行方式的交流励磁机应运而生。
同时继承了直流励磁机可靠和稳定的优点，伴随着大功率可控硅整流方式的出现，更是推进了交流励磁机的发展。
但是谐波分量和噪音的问题制约其进一步的发展。
(3)静止励磁方式不再设置专用的励磁机，而是在发电机出口或者厂用母线上直接通过变压器作为励磁电源，这样的简化使得整个励磁系统更加的简单。
浅析国产励磁系统在大型抽水蓄能电站的应用
浅析国产励磁系统在大型抽水蓄能电站的应用摘要本文介绍励磁系统主回路设备及励磁调节器的应用情况，明确指出该励磁系统在应用中出现的问题及对策分析，为国产励磁装置在抽水蓄能电站的应用提供参考。
1 国产励磁系统主回路设备1.1 励磁电源励磁系统中励磁变压器连接在主变低压侧，中间不设隔离开关。
交流电源通过电缆线被送至1号整流柜FLZ1内交流母线。
3个可控硅整流桥并联在交流母线上，为转子提供励磁电源。
在励磁变的低压侧装设一只励磁变低压开关。
机组正常开机建压时，开关合闸；停机灭磁时，开关分闸。
电制动投入前合闸，电制动退出后分闸。
在励磁变保护动作时，该开关由保护出口跳闸，隔离故障设备，保障设备安全；在设备检修维护时将其断开作为停电隔离措施，保证人身安全。
1.2 可控硅整流装置单元操作，3可控硅整流桥投入运营，当发生故障时，可控硅整流桥监控系统会发出报警信号，剩下的两个可控硅整流桥仍然可以满足单位，包括强大的激励，最大运行输出要求；失败发生在两个可控硅整流桥，限制加载操作，立即有一个备用设备可以联系转移负荷和停止处理。
不同可控硅整流桥在同一桥臂晶闸管和失败的数量不超过1，单位仍然可以正常运行。
1.3 散热装置每个整流柜底部都安装2台DDM10/8型抽气式冷却风机，3个整流柜内部联通，在3号整流柜上方有一公共排气口。
励磁系统运行时，冷空气经滤网从整流柜底部进入，对可控硅进行冷却，热空气从3号整流柜上部排至柜外。
为了减少风扇的噪声，可以其内部安装噪音吸收装置。
1.4 黑启动装置盒子有一个黑启动发电机励磁系统配置功能，通过阻断二极管，限流电阻和接触器及其控制电路，励磁的励磁功率直流220 v。
励磁系统开始，激发密切接触时，访问直流电源，使发电机端电压增大，当单位电压达到额定电压5%的机器，启动整流晶闸管整流桥，发电机组的励磁电流逐渐上升，超过20%的励磁电流直流总线空载励磁电流、励磁接触器跳了起来。
从那时起，机器的电压会随着励磁电流的增加而增加[1]。
天荒坪抽水蓄能电站的运行方式与特点
３ ２
水 电 站 机 电技 术
２０ ０ ２年第 ２ 期
天荒 坪 抽 水 蓄 能 电站 的运 行 方 式 与 特 点
李 辉 亮
华东天荒坪抽水蓄能有限责任公 司， 浙江 安吉ｔ １３ ２ ３ ３ ０
摘
要
针对抽水蓄 能电站与常执水 电站运行方 式不同， 对天荒坪 电站的运 行方式和特 点进行探讨。
启动 装置或 背靠 背方 式启 动 ， 这样 被控制 的 面广 ， 且 各 种 控制 都 需按 严 格 的 步骤 和 严密 的 闭锁来 进 行 ，
用 电高峰且 发 电 出力 不足 时 ， 把水 从上水 库放 下 ， 再 经 水轮 发电机 组 发 电 。 以相 对常规 水 电站 而 言 ， 所 抽 水 蓄 能电站 由于辅助 设备 多 ． 监控对 象 多 ， 电力 系 在 统 中担 负 的任务 重 ， 以在运 行 方式 和控 制 方面 都 所
有停 机 、 电、 发 抽水 、 电调 相 、 发 抽水 调 相 等 ， 荒 坪 天 电站主 机合 同规定 共 有 １ 种工 况 转换过 程 。 中抽 ６ 其
水转 满 载发 电又分 正 常与紧 急二 种方式 。正 常转 换 指机组 从 抽 水工 况 经过 停 机 过 程 ， 即从 抽水 工 况 先
台机 组满 负荷运 行 ， 线 路的输 电功率 将受 到 限制 ； 则 此 时如 果这 条 运行 线路 发 生 故 障 ， 系统 的影 响将 对
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２０ ０ ２年 第系统 处 于远 方 自动控 制状 态 ；） ３ 检查 机 组 的控 制程 序和 控 制 盘各 仪 器 仪 表 正 常 ；） ４ 检查 机组励 磁 系统控 制盘 各仪 器仪 表正 常 等。
高水头 的水 力作 用 下转 速 下 降 ， 零 点 后往 反 向旋 经 转， 接着导 叶在 调 速器作 用下 逐 渐开启 ， 转速 随之上 升达 到机组 同期转 速 后 即与 系统 并列 ， 然后 加 负荷 至满 载 。 这种紧 急转 换 由于不 经过停 机 过程 ， 因而大 大缩短 转换 时 间 （ 一般 约需 ３ ｉ） 虽然 紧急转 换 时 ａ ｒｎ 。
关于抽水蓄能电站励磁系统功率柜正负半桥整流不平衡电流问题的分析
可 控硅 安装 之前 进行 必须 的性 能试 验及 机组 检 修期
间对励 磁 系统进 行 的小 电流实 验 ，可 以排 除 由于可
控硅损坏而造成直流侧电流测量出现差异 。天荒坪 电厂从 卡件 至 可控硅 采用 硬布 线连 接方 式 ，因此各
功 率 柜 内可 控 硅 具 有完 全 相 同 的整 流 器 控 制 角
电流表产生最大误差 ＝单个功率柜分配 电流
（理想 ）×１．５％
（２）
表 ２ 电流表测量误差值
单位 ：Ａ
表 １ 机组发 电及抽水工况功率柜 电流 单位 ：Ａ
２ 原 因分 析
天荒坪 电站励磁系统整流桥使用分流器采集直 流侧 电流量 ，单个盘柜上两个电流表对采集 电流进 行换算和指示 ，结合设备参数和工作状态进行分析 ， 认为可能造成电流表误差 的原因有 ：①电流表测量 误差；②直流分流器采集误差 ；③可控硅造成的误差。
１故 障说 明
机组磁场开关合 闸后 ，都出现了单个功率柜输 出直 流 （正负 ）不 相 等 ，甚 至 出现正 负 电流 相差 ４０ Ａ， 如 表 １所 示 。
（１）和式（２）计算 出单个功率柜分配 电流产生 的最大
误差 ，如表 ２。
单个功率柜分配电流（理想 ）＝Ｄｃ电流 ÷４ （１）
和换相 角 。故脉 冲不 是影 响正 负半 桥 电流差 异性 的原 因 。
为分析 可 控硅换 相期 间对 直 流 的影 响 ，必 须先 对 可 控硅 的换 相导 通过 程进行 认 识 。图 １为励 磁 系 统整流桥等值 电路图，图中 岛，ｅｈ， 分别为交流供电 系统 的等值 电势 ，Ｌ为交流系统的每相从 电源计到 整流 桥交 流输 入端 的等 值换 相 电感 ，交流 侧 电阻 忽 略不 计 。
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９ 额 定转 速 时 ． 磁 装 置 自动 切 至 电压 调节 器 控 ０ 励
制。
１ ２ ５ 试 验模 式 运行 ．． 励 磁 的试 验 运行 模式用 于检 查励 磁系 统功 率元 件 的特 性 机组 短路试 验和 发 电机空 载试验 。 励磁 切 至试 验 模式 时 ， 励磁运 行 在手动 方式 ， 手动设 定 的初
１ ３ 励磁调 节 器 的限制保 护 功能 ．
为了确 保 励 碰 装 置 和机 组 的安 全 运行 ， 个 通 每 道 的调 节控 制 软件 中设 有 以下保 护 功能 ： 大励 磁 最 电流 限制 器 用 于 限制 输 出最 大允 许 峰 值励 磁 电流 。
励磁 过电流 限 制器用 于 限制 输 出最 大允许 持续励 磁 电流 。最 小励 磁 电流 限制器 用 于 限制输 出最 小允 许 励磁 电流 定子 电流 限制器 用于 限制 发 电电动机 的
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４ ０２
１ ２ ３ 电气制 动运 行 ．． 机 组 正常 自动停 机 过程 中跳 开发 电机开关 和切
讯 口， 用 Ｐ 利 Ｃ机 或 手 持 调 试 终 端 （ ＮＤ ＨＡ ＨＯＬ Ｄ
始励 磁 电 流值 为零 ， 过励 磁调 节器 屏 面 板 上 的按 通 键 ， 以对励 磁装 置 的起停 、 磁 电流 的增 减等进行 可 励
调节 控制 。
功 率 柜 由 四组 可 控 硅 全控 桥 并 联 组成 ， 组桥 每 装 在 一 个 盘 柜 内 ， ＋Ｊ ０ ～Ｏ ， 即 Ｄ ３ ６ 其交 流 侧 和 直 流 母 线侧 均有 厢离开 关 。 四组 可控 硅桥 为 ３ １ 式 ， 方 即一 组桥 因故 障退 出运 行 时 ， 它 三组 桥 能够 正 常 其
磁 变绕组 内装 有三 只测温 元件 ， 一只用 于励 磁报警 ， 只用 于励 磁 跳 闸 ， 一只备 用 。 另 励磁 变开 关 （ Ｃ ） Ｅ Ｂ
一
在 励磁 变低 压侧 ， 在正 常情况 下 ， 无论 机组 在运行或
停机 状态 ， 磁变及 其开关 在带 电和台 闸位 置 。 励
２２ 可 控硅 功率柜 ．
利 于 系统尽 快恢 复正 常运行 。 １４ 励磁调 节 器 的操作与 切换 功 能 ． 在 励 磁 调 节 器 操 作 面 板 上 可 进 行 远 方／ 地 现
于交流侧 的 Ａ＋、 、 ＋ 、 ｃ一 Ｂ Ａ一 、 十 和 Ｂ一 ｃ 为 防止交 流 电源的 过 电压 对 可控硅 桥 堆产生 冲 击 ， 每组 整流 桥交 流侧 设 置 整 流 型 的 ＲＣ 冲击 波 在 吸收器 和每 只可控 硅 的两 端并 上 Ｒ Ｃ阻 尼 回路 励 磁运 行 时 ， 四组 可控 硅桥 通过 装 于 ＋Ｊ ３ Ｄ０ ￣ ０ ６盘柜上 部 的两 台风 扇强 迫冷 却 ， 台风 扇 互为 备 两 用， 可在调 节器 面板 上定期 切 换 。
２ ３ 灭 磁 开 关 ．
最 大允许 定 子 电流 。负荷 角 限制器用 于正 常运行 时 肪止发 电机 电压 和 电流之 问 的负荷角 不能 过大 。 电 压／ 率限制 器 用 于防止 发 电机运行 时 电压 ／ 率 之 额 频 值 过小 。 系统 稳定 器 用于 系统稳 定器 动作 时 ， 统 的 系 振 荡起 一定 的阻 尼作 用 ， 到 系统稳 定 。 直 强励 限制 器 用 于 当 线路 远 方 故 障造 成 机 靖 电 压 较 大 幅 度 降 低 时， 励磁 强励 限制器动 作 以提 高发 电机 机端 电压 ， 以
承 担全部 负 荷和峰值 电流 。 每 组桥 中 ， 个 正 桥 臂 Ｖ１ 、 １ Ｖ５ 三 １ Ｖ３ 、 ｌ并 接组 成 输 出 电压 的正 极 ， 个 负 桥 臂 Ｖ２ １ Ｖ６ 组 三 １ Ｖ４ 、 １ 成输 出电压 的负极 。每 个桥臂 的可控 硅 由独立 的脉 冲放 大器 触 发控制 ， 且每 臂有熔 丝 监视 保护 。 可控 硅 触 发顺 序为 Ｖ１ 、 １ Ｖ３ 、 １ Ｖ５ １ Ｖ６ 、 １ Ｖ２ 、 ｌ和 Ｖ４ ， 应 １对
些 重要 的运行 数 据和控 制量 。
同时 每 个 通道 都 有一 定 的 自检 功 能 ， 励 磁 的 对 输 入输 出 卡件 、 制 程序 、 控 励磁 电源 、 控 硅及 其 它 可
主 要励 磁元 件 的工 作 状 态进 行 实 时监 视 ， 时发 出 及
报警 或跳 闸信 号 。
Ｔ Ｒ ＮＡＬ） 仅 可 以对 运 行 软 件 的 一 些 参 数 或 Ｅ ＭＩ 不 控 制功 能进 行 修 改 ， 还可 以在 机组 试 验运 行 时监视
一
除励 磁后 ， 速 小 于 ５ 时 ， 磁起 动条件 具 备 ， 转 ｏ 励 机 组控 制 系统 起 动 励磁 制 动 运 行 ， 上 发 电机 短路 开 台
２ 其 它主 要 励 磁 元 件 的 运 行
２ １ 励磁 变 压器 ． 励磁 变压器 由三台单 相干式 变组成， ３× ４ ０ ＶＡ， ａ接 线 ，８ ｏ ５ ｋ 自然 空冷 。每相励 ７ｋ ￣／ １ ／ ． １ Ｖ，
转 速 的 上 升 ， 磁 电 流 一 直 保 持 恒 定 ， 速 大 于 励 转