操俊磊，姜海軍，李 青，陳 龍，胡海峰

[1. 南瑞集團（國網(wǎng)電力科學研究院）有限公司，江蘇省南京市 211106；2. 深圳蓄能發(fā)電有限公司，廣東省深圳市 518116]

0 引言

深圳抽水蓄能電站（以下簡稱深蓄電站）處于廣東的電力負荷中心，是西電東送的落點和粵港電網(wǎng)的連接點。電站總裝機容量為1200MW，安裝4臺30萬kW抽水蓄能機組，建成后年發(fā)電量達到20億kWh。電站樞紐建筑物主要由上水庫、下水庫、輸水系統(tǒng)、地下廠房和地面開關站等組成。電站建成后將成為南方電網(wǎng)的“蓄電池”“應急電源”，承擔電網(wǎng)調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、調(diào)相和事故備用等任務，將進一步增強南方電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻能力，顯著提高電網(wǎng)安全穩(wěn)定水平和供電可靠性。

電站監(jiān)控系統(tǒng)采用了南瑞集團水電公司研發(fā)的SJ-3000計算機監(jiān)控系統(tǒng)，上位機為NC2000（V3.0）監(jiān)控軟件，下位機為SJ-600現(xiàn)地控制單元，按無人值班（少人值守）設計，為電站安全穩(wěn)定高效運行提供了保障。

1 機組運行方式

深蓄電站機組運行方式較為復雜，工況包括：停機、空轉(zhuǎn)、空載、發(fā)電、發(fā)電調(diào)相、抽水、抽水調(diào)相等7種穩(wěn)定工況，同時具備黑啟動和線路充電功能。

機組運行的工況轉(zhuǎn)換主要有：a停機→停機熱備；b停機熱備→空轉(zhuǎn)；c空轉(zhuǎn)→空載；d空載→發(fā)電；e發(fā)電→發(fā)電調(diào)相；f發(fā)電調(diào)相→發(fā)電；g發(fā)電→空載；h空載→空轉(zhuǎn)；i空轉(zhuǎn)→停機；j發(fā)電調(diào)相→停機；k停機熱備→抽水調(diào)相（SFC拖動）；l停機熱備→抽水調(diào)相（BTB拖動）；m停機→旋轉(zhuǎn)（BTB作為拖動機）；n抽水調(diào)相→抽水；o抽水→抽水調(diào)相；p抽水→停機；q抽水調(diào)相→停機；r抽水→發(fā)電；s停機熱備→黑啟動。

機組正常開停機工況轉(zhuǎn)換流程結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 機組工況轉(zhuǎn)換流程結(jié)構(gòu)圖Figure 1 Conversion diagram of unit working condition

2 背靠背抽水順控流程組成

本文主要介紹背靠背抽水順控流程，該流程由開機預啟動條件、背靠背工況轉(zhuǎn)換條件和工況轉(zhuǎn)換流程組成。其中，開機預啟動條件是機組開機啟動順控流程的前提，條件滿足方可開機。工況轉(zhuǎn)換條件滿足后，監(jiān)控系統(tǒng)方可執(zhí)行對應的工況轉(zhuǎn)換流程。

背靠背工況轉(zhuǎn)換流程分為拖動機BTB拖動流程和被拖動機BTB抽水流程，由圖1可知，BTB拖動流程由1、13、21、22組成，即停機→停機熱備→BTB拖動→停機熱備→停機態(tài)。BTB抽水工況轉(zhuǎn)換流程由1、12、14組成，即停機→停機熱備→BTB抽水調(diào)相→抽水態(tài)。

2.1 開機預啟動條件

開機預啟動條件由機組各個分系統(tǒng)啟動條件組成，主要包括保護系統(tǒng)、電氣部分、主變壓器系統(tǒng)、調(diào)速器、勵磁系統(tǒng)、進水閥系統(tǒng)、水輪機發(fā)電機系統(tǒng)以及計算機監(jiān)控系統(tǒng)。各個系統(tǒng)啟動條件的邏輯組成這里不再贅述，電站可根據(jù)實際情況編制和實施。

各個系統(tǒng)的啟動條件均具備，開機預啟動條件方可滿足，邏輯組成如圖2所示。

圖2 開機預啟動條件邏輯組成圖Figure 2 Logic composition of starting condition

圖3 拖動機組工況轉(zhuǎn)換條件邏輯組成圖Figure 3 Logic composition of conversion condition of drag unit

圖4 被拖動機組工況轉(zhuǎn)換條件邏輯組成圖Figure 4 Logic composition of the condition of the dragged unit

2.2 背靠背工況轉(zhuǎn)換條件

作為拖動機組，其工況轉(zhuǎn)換條件主要包括：機組在停機穩(wěn)態(tài)且開機預啟動條件滿足，拖動刀閘/啟動刀閘位置狀態(tài)正確，以及上下庫水位信號正常。邏輯組成如圖3所示。

作為被拖動機組，由于機組需開機并網(wǎng)經(jīng)過抽水調(diào)相工況，從而轉(zhuǎn)至抽水穩(wěn)態(tài)，所以其工況轉(zhuǎn)換條件需加判主變帶電、充氣壓水設備正常、同一流道其他機組不在發(fā)電方向工況、功率測量源正常等，主要邏輯組成如圖4所示。

2.3 背靠背工況轉(zhuǎn)換流程

以電站機組“1拖2”為例，即1號機組作為拖動機拖動2號機組至抽水態(tài)，詳細介紹背靠背的順控流程。

步驟1：1號機組作為拖動機，2號機組作為被拖動機，兩臺機組同步執(zhí)行由停機至停機熱備子流程，開啟機組輔助設備。輔助設備主要包括技術供水、水導外循環(huán)油、推力及下導外循環(huán)油、調(diào)速器油壓系統(tǒng)以及高壓油頂起裝置等。由圖1可知，該過程是機組所有開機流程公用部分，這里不詳細介紹。

步驟2：1號機組分中性點隔離開關，2號機組合抽水工況換相隔離開關和啟動隔離開關（被拖動隔離開關），同時發(fā)給1號機組拖動隔離開關合閘允許信號，1號機組收到該信號后合拖動隔離開關。

步驟3：1、2號機組分別設置調(diào)速器、勵磁和保護工況模式，1號機組啟動同期無壓合模式合出口斷路器。至此，電氣鏈接已建立，鏈路方向為GM1→G1拖動隔離開關→I段啟動母線→G2啟動隔離開關→GM2，背靠背電氣鏈接圖如圖5所示。

步驟4：1號機組開啟球閥，2號機組調(diào)用充氣壓水子流程。球閥開啟至中間位置后將“拖動機組準備好”信號發(fā)送至2號機組，2號機組收到該信號后啟動勵磁系統(tǒng)（合滅磁斷路器），隨后將“開始拖動”命令發(fā)送給1號機組，1號機組隨即啟動勵磁系統(tǒng)（合滅磁斷路器）。

圖5 背靠背電氣鏈接圖Figure 5 Back to back electrical link diagram

步驟5：1號機組開導葉，此時2號機組組被1號機組拖動，兩臺機組轉(zhuǎn)速同步上升。2號機組轉(zhuǎn)速和電壓升至額定90%以上，監(jiān)控系統(tǒng)啟動同期裝置并網(wǎng)。

步驟6：2號機組出口斷路器合位，將“拖動機出口斷路器分閘”命令發(fā)送給1號機組，1號機組分出口斷路器，并將分閘位置信號反饋至2號機組，2號機組隨即分開啟動隔離開關到達抽水調(diào)相穩(wěn)態(tài)。

步驟7：1號機組退出勵磁、分拖動隔離開關、關閉導葉、關閉球閥，進入旋轉(zhuǎn)停機→停機流程，待機組轉(zhuǎn)速降至零，合上中性點隔離開關，退出機組輔助設備，最終轉(zhuǎn)為停機態(tài)。2號機組調(diào)用抽水調(diào)相→抽水流程，排氣回水、開球閥、開導葉、復歸保護調(diào)相模式后到達抽水穩(wěn)態(tài)。

1、2號機組主要流程轉(zhuǎn)換及信息交互如圖6所示。

圖6 背靠背順控流程圖Figure 6 Back to back control flow chart

3 監(jiān)控系統(tǒng)的安全與閉鎖

背靠背啟動工況流程復雜，涉及面廣，在保障機組設備安全方面，監(jiān)控系統(tǒng)的保護閉鎖措施起著至關重要的作用。本文就深蓄電站監(jiān)控系統(tǒng)針對背靠背工況的安全與閉鎖設計，主要列舉如下幾點。

3.1 出口斷路器的低頻閉鎖

作為拖動機組，其出口斷路器在開啟導葉前已通過同期無壓合合上，開啟導葉后拖動機與被拖動機同步轉(zhuǎn)動，由于低頻狀態(tài)下斷路器拉弧能力下降，如果升速過程中設備故障或流程失敗導致斷路器分閘，此時會對斷路器造成損害，影響設備工作壽命。

監(jiān)控系統(tǒng)為防止低頻情況下分開斷路器對設備造成損傷，在背靠背拖動過程中，如若流程超時或設備故障等原因觸發(fā)事故停機，需第一時間分開機組滅磁斷路器，延時約5s后再分開出口斷路器，監(jiān)控的閉鎖邏輯如圖7所示。

圖7 低頻閉鎖邏輯圖Figure 7 LF latch logic diagram

3.2 避免兩電源同時供電措施

被拖動機組背靠背抽水同期并網(wǎng)時，要注意避免拖動機和電網(wǎng)同時給被拖動機供電的問題。被拖動機同期并網(wǎng)瞬間，通過現(xiàn)地控制單元LCU通信將“分拖動機出口斷路器”命令發(fā)送至拖動機，拖動機隨即開出分閘命令，實現(xiàn)電氣鏈接解列。

為保證此過程安全可靠以及時效性，監(jiān)控系統(tǒng)另設計了一套硬接線回路，取“被拖動機同期合閘令”擴展信號作為分拖動機出口斷路器回路節(jié)點，“軟硬結(jié)合”確保并網(wǎng)的第一時間分開拖動機組的出口斷路器。被拖動機分拖動機GCB硬接線回路設計如圖8所示。

3.3 轉(zhuǎn)差保護

在背靠背啟動過程中，因電氣參數(shù)不合理、機械故障等原因?qū)е聝膳_機組轉(zhuǎn)速不同步的情況時有發(fā)生。此時，電站運行或調(diào)試人員應立即手動按下事故停機按鈕將機組停下來。

為及時避免機組事故進一步擴大，深蓄電站監(jiān)控系統(tǒng)對于該項保護增加電氣事故停機啟動源，事故一旦發(fā)生則第一時間自動啟動事故停機流程將兩臺機組停穩(wěn)。試驗參數(shù)暫整定為“轉(zhuǎn)差大于10%Ne”且持續(xù)10s以上，則觸發(fā)事故停機流程。

3.4 流程失敗啟動事故停機

背靠背的啟動過程涉及兩臺機組，期間存在拖動機組與被拖動機組的電氣鏈接和信息交互，其中一臺機組的設備故障或卡頓都會直接導致啟動失敗。

圖8 被拖動機分拖動機GCB硬接線回路設計圖Figure 8 Design diagram of hard wiring circuit for dragged unit tripping GCB of drag unit

為保障機組設備安全，監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)地控制單元實時掃描重要設備狀態(tài)信息，拖動/被拖動機組設備故障或順控流程超時均會自動觸發(fā)監(jiān)控電氣事故停機流程，同時聯(lián)跳對側(cè)機組，以避免事故擴大。

4 結(jié)束語

背靠背拖動過程較為復雜，涉及監(jiān)控、保護、勵磁以及調(diào)速器等二次設備的配合問題。例如監(jiān)控同期參數(shù)、保護低頻過流參數(shù)、勵磁電流整定以及調(diào)速器的導葉開啟規(guī)律等均會直接影響背靠背啟動的成功率。深蓄電站于2018年2月完成1號機組和2號機組背靠背拖動調(diào)試，安全閉鎖測試充分，試驗過程順利，實踐證明了監(jiān)控系統(tǒng)順控流程設計的安全可靠性，也為后續(xù)其他抽水蓄能電站的投運和改造項目提供有力的技術參考。