抽水蓄能電站電氣特點(diǎn)課件

1、2022/7/17水電站的電氣設(shè)備（電氣二次）18.1 蓄能電站特有的機(jī)電設(shè)備1）可逆式機(jī)組2）換相開(kāi)關(guān)3）拖動(dòng)開(kāi)關(guān)和被拖動(dòng)開(kāi)關(guān)4）啟動(dòng)母線(xiàn)5）SFC2022/7/17水電站的電氣設(shè)備（電氣二次）2抽水蓄能電站接線(xiàn)舉例2022/7/17水電站的電氣設(shè)備（電氣二次）38.2 可逆式機(jī)組及相關(guān)問(wèn)題我國(guó)已建和近期將建的大中型抽水蓄能電站的機(jī)組幾乎均為可逆式，大軸上端為發(fā)電電動(dòng)機(jī)，下端為水泵水輪機(jī)。在發(fā)電工況下機(jī)組作為水輪機(jī)發(fā)電機(jī)運(yùn)行，抽水工況下作為水泵電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，兩種工況的轉(zhuǎn)向相反。作為國(guó)內(nèi)的一個(gè)特例，水頭超過(guò)800m的西藏羊卓雍湖抽水蓄能電站的機(jī)組采用多級(jí)蓄能泵、水輪機(jī)和發(fā)電電動(dòng)機(jī)同軸的三機(jī)式機(jī)組

2、。2022/7/17水電站的電氣設(shè)備（電氣二次）48.2 可逆式機(jī)組及相關(guān)問(wèn)題（1）與常規(guī)發(fā)電機(jī)相比，可逆式機(jī)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(fù)雜程度大為增加，并帶來(lái)了抽水工況的啟動(dòng)問(wèn)題。（2）混流式可逆式機(jī)組的水頭大都在100米以上，蝸殼前必須安裝進(jìn)水閥（球閥或蝶閥），而且停機(jī)時(shí)必須關(guān)閉進(jìn)水閥。進(jìn)水閥的啟閉操作是工況轉(zhuǎn)換流程的一部分。（3）可逆式機(jī)組的吸出高度遠(yuǎn)大于常規(guī)機(jī)組，意味著下水庫(kù)的相對(duì)水位很高，常為數(shù)十米，甚至超過(guò)100米。這意味著防止水淹廠(chǎng)房的操作必須包括關(guān)閉尾水閘門(mén)。此外，進(jìn)水閥與尾水閘門(mén)的操作需相互閉鎖。2022/7/17水電站的電氣設(shè)備（電氣二次）58.3 換相

3、開(kāi)關(guān)及相關(guān)問(wèn)題2022/7/17水電站的電氣設(shè)備（電氣二次）68.3 換相開(kāi)關(guān)及相關(guān)問(wèn)題 抽水蓄能電站具有發(fā)電與抽水兩種工況，對(duì)可逆式機(jī)組，換相開(kāi)關(guān)用于改變相序，從而改變電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。換相開(kāi)關(guān)多采用隔離開(kāi)關(guān)。換相開(kāi)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(xiàn)復(fù)雜。所以近期所建的抽水蓄能電站均將換相開(kāi)關(guān)設(shè)在低壓側(cè)。換相開(kāi)關(guān)的切換導(dǎo)致了相序的改變，機(jī)組和變壓器的繼電保護(hù)要采取必要的措施以保證不同工況下保護(hù)都能正常運(yùn)行。2022/7/17水電站的電氣設(shè)備（電氣二次）78.4 拖動(dòng)開(kāi)關(guān)和被拖動(dòng)開(kāi)關(guān)及相關(guān)問(wèn)題被拖動(dòng)開(kāi)關(guān)在機(jī)組作為水泵或水泵方向調(diào)相啟動(dòng)（包括SFC啟動(dòng)和背靠背啟

4、動(dòng)）時(shí)，應(yīng)當(dāng)合上，以便從啟動(dòng)母線(xiàn)引入電流。機(jī)組并網(wǎng)、拖動(dòng)電源斷開(kāi)后，被拖動(dòng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。拖動(dòng)開(kāi)關(guān)在機(jī)組作為背靠背啟動(dòng)的拖動(dòng)機(jī)時(shí)合上，將電流經(jīng)由啟動(dòng)母線(xiàn)送到被拖動(dòng)機(jī)組。機(jī)組并網(wǎng)、拖動(dòng)機(jī)GCB斷開(kāi)后，拖動(dòng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。2022/7/17水電站的電氣設(shè)備（電氣二次）88.5 啟動(dòng)母線(xiàn)及相關(guān)問(wèn)題啟動(dòng)母線(xiàn)是被啟動(dòng)機(jī)組從啟動(dòng)電源（SFC或拖動(dòng)機(jī)）獲得電能量的中介。多臺(tái)機(jī)組的情況下，啟動(dòng)母線(xiàn)多分為兩段，以備在特殊情況下，在兩段獨(dú)立母線(xiàn)上分別實(shí)現(xiàn)兩對(duì)機(jī)組同時(shí)背靠背拖動(dòng)（例如1號(hào)機(jī)啟動(dòng)2號(hào)機(jī)、3號(hào)機(jī)啟動(dòng)4號(hào)機(jī)）或者一對(duì)機(jī)組背靠背拖動(dòng)、一臺(tái)機(jī)組由SFC啟動(dòng)。2022/7/17水電站的電氣設(shè)備（電氣二次）98.6 勵(lì)磁電源

5、的接線(xiàn)蓄能機(jī)組都采用自并勵(lì)的勵(lì)磁方式，如果發(fā)電機(jī)端設(shè)斷路器，則勵(lì)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(dòng)過(guò)程中電動(dòng)機(jī)能夠獲得勵(lì)磁電源。2022/7/17水電站的電氣設(shè)備（電氣二次）108.7 蓄能機(jī)組繼電保護(hù)的特點(diǎn)（1）換相帶來(lái)的問(wèn)題抽水蓄能機(jī)組在發(fā)電運(yùn)行和抽水運(yùn)行時(shí)換相開(kāi)關(guān)位置不同，這對(duì)機(jī)組保護(hù)產(chǎn)生了多方面的影響。當(dāng)換相開(kāi)關(guān)位于差動(dòng)保護(hù)范圍內(nèi)時(shí)，必須采取相應(yīng)措施，因?yàn)閾Q相前后差動(dòng)保護(hù)兩側(cè)電流互感器的相序不同。此外，失磁保護(hù)、失步保護(hù)、負(fù)序過(guò)電流保護(hù)和低阻抗保護(hù)等與相位和相序有關(guān)的保護(hù)都應(yīng)采取措施以保證保護(hù)的正確運(yùn)行。GB/T 14285要求用一套保護(hù)裝置滿(mǎn)足兩種運(yùn)行工況，實(shí)際上主張

6、用軟件實(shí)現(xiàn)不同工況的相序適配。2022/7/17水電站的電氣設(shè)備（電氣二次）11解決差動(dòng)保護(hù)相序適配的兩個(gè)例子2022/7/17水電站的電氣設(shè)備（電氣二次）12（2）水泵工況啟動(dòng)過(guò)程帶來(lái)的問(wèn)題常規(guī)機(jī)組在啟動(dòng)過(guò)程中轉(zhuǎn)速超過(guò)90%甚至更高才開(kāi)始起勵(lì)，機(jī)組大部分時(shí)間處于無(wú)電流、低電壓的狀態(tài)，不必考慮機(jī)組的電氣保護(hù)。而在抽水蓄能機(jī)組水泵工況的同步啟動(dòng)過(guò)程中，機(jī)組和連接母線(xiàn)都流過(guò)低于工頻的電流，承受低于工頻頻率的電壓，必要的機(jī)組電氣保護(hù)在這個(gè)過(guò)程中必須投入。但是，低頻率下有的保護(hù)可能誤動(dòng)（例如低功率保護(hù)、低頻保護(hù)等）所以不得不在啟動(dòng)過(guò)程中將部分保護(hù)閉鎖，在機(jī)組接近或達(dá)到同步轉(zhuǎn)速時(shí)才投入運(yùn)行。2022/7

7、/17水電站的電氣設(shè)備（電氣二次）13（2）水泵工況啟動(dòng)過(guò)程帶來(lái)的問(wèn)題CT、VT在啟動(dòng)過(guò)程中都運(yùn)行在低頻狀態(tài)，而CT、VT通常的額定頻率是50Hz,所以在招標(biāo)采購(gòu)時(shí)，必須提出對(duì)CT、VT的低頻性能的要求，并要求廠(chǎng)家提出試驗(yàn)數(shù)據(jù)證實(shí)。2022/7/17水電站的電氣設(shè)備（電氣二次）14抽水蓄能機(jī)組對(duì)互感器配置的要求在電流互感器時(shí)，應(yīng)當(dāng)考慮在變頻啟動(dòng)和背靠背啟動(dòng)工況下，被拖動(dòng)機(jī)組和拖動(dòng)機(jī)組都至少有一套主保護(hù)和后備保護(hù)的互感器能夠接入。招標(biāo)采購(gòu)時(shí)，應(yīng)明確要求互感器應(yīng)當(dāng)有良好的頻率特性。廠(chǎng)家一般都能滿(mǎn)足這一要求，但保證準(zhǔn)確級(jí)的同時(shí)，互感器的容量將會(huì)下降。考慮到微機(jī)保護(hù)交流回路功耗極小，負(fù)載能力的下降不會(huì)

8、帶來(lái)問(wèn)題。下表給出了廠(chǎng)家為某工程提供的資料。2022/7/1715抽水蓄能機(jī)組對(duì)互感器的特殊要求2022/7/1716（3）工況的特點(diǎn)需要的特殊保護(hù)低功率保護(hù)：防止機(jī)組在電動(dòng)機(jī)工況下輸入功率過(guò)低或失去電源。低頻保護(hù)：防止機(jī)組在調(diào)相工況下失去電源，并作為電動(dòng)機(jī)工況下低功率保護(hù)保護(hù)的后備。逆功率保護(hù)：抽水蓄能機(jī)組在發(fā)電工況下有可能出現(xiàn)深度反水泵運(yùn)行，因此須設(shè)置逆功率保護(hù)。電壓相序保護(hù)：防止因換相開(kāi)關(guān)故障或誤操作導(dǎo)致相序錯(cuò)誤，應(yīng)對(duì)兩種工況分別設(shè)置。2022/7/17水電站的電氣設(shè)備（電氣二次）178.8 蓄能電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng) 的特點(diǎn)（1）工況轉(zhuǎn)換的復(fù)雜性抽水蓄能機(jī)組通常有如下五種可能的工況：發(fā)電、

9、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(guò)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(dòng)裝置啟動(dòng)方式和“背靠背”啟動(dòng)方式。2022/7/17水電站的電氣設(shè)備（電氣二次）188.8 蓄能電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng) 的特點(diǎn)（2）機(jī)組間的橫向聯(lián)系信息聯(lián)系多常規(guī)水電站不同機(jī)組LCU之間信息交流極少。蓄能電站因?yàn)橛斜晨勘硢?dòng)方式、一管多機(jī)等水道結(jié)構(gòu)，所以機(jī)組LCU之間、機(jī)組LCU與啟動(dòng)LCU之間有許多信息交換。信息交換的方式，主要通過(guò)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(guò)硬接線(xiàn)實(shí)現(xiàn)。2022/7/17水電站的電氣設(shè)備（電氣二次）198.8 蓄能電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的特點(diǎn)（3）工況轉(zhuǎn)換的特殊性舉例常規(guī)水電機(jī)組在正常停機(jī)時(shí)，先要將負(fù)荷減到接近零，然后跳開(kāi)斷路器，既避免了機(jī)組的過(guò)速，又減輕了斷路器的磨損。但抽水蓄能機(jī)組作為水泵停機(jī)時(shí)，不能將負(fù)荷減到接近零，而是在減至20%30%的額定功率時(shí)就跳開(kāi)斷路器。2022/7/17水電站的電氣設(shè)備（電氣二次）208.8 蓄能電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的特點(diǎn)（4）特殊的安全問(wèn)題對(duì)于上水庫(kù)，需設(shè)置水位監(jiān)視，以防過(guò)度充水導(dǎo)致溢流。通常設(shè)冗余的水位信號(hào)器和冗余的通