大型抽水蓄能机组励磁系统特点分析

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1、ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７１－３８９３．２０１４．０４．０１６大型抽水蓄能机组励磁系统特点分析李潇洛，徐东海，郭志成（国电南瑞科技股份有限公司，江苏省南京市２１１１０６）摘要：本文简述了大型抽水蓄能励磁系统的构成，针对大型抽水蓄能机组与大型常规机组的不同，介绍了大型抽水蓄能励磁系统的各种工况，并分析了各个工况的自身特点。关键词：抽水蓄能机组；励磁系统；运行工况；ＳＦＣ启动引言大型抽水蓄能励磁系统结构［２］０１抽水蓄能机组既能在负荷高峰作为发电机发电，也能在负荷低谷作为电动机抽水蓄能，具有启动快、反应灵敏、负荷跟踪迅速的特点，对电网的安全、经济和稳定运行发挥着重要作用。抽水

2、蓄能机组励磁系统具有发电机工况、电动机工况、背靠背发电机工况、背靠背电动机工况、静止变频器（ＳＦＣ）启动工况、电制动工况和黑启动工况等多种运行工况，根据电网实际需要，在日常运行中经常需要工况转换［１］。本文分析了大型抽水蓄能机组励磁系统与大型常规机组励磁系统的区别及各种运行工况的自身特点。如图１所示大型抽水蓄能励磁系统主要由励磁变压器及交流阳极开关、励磁调节器、晶闸管整流装置以及灭磁及过压装置等部分组成。低压同期接线情况下，励磁变压器从主变低压侧即换相开关上侧引出，励磁电源相序始终与电网相序一致，不存在换相问题。由于抽水蓄能机组在作发电机和电动机运行时转子旋转方向是相反的，为实现双向旋转，

3、要求机端相序能够调换，这在电气主接线上由五极换相开关实现。对于抽水蓄能水电站来说，机组主要运行在发电图１大型抽水蓄能励磁系统拓扑图工况和电动工况。除此之外，抽水蓄能机组还存在ＳＦＣ（静止变频器）启动工况、背靠背发电工况、背靠背电动工况、电制动工况以及黑启动等运行工况。由于工况较多，励磁系统需要接收监控给出的不同运行模式指令进行相应的控制方式的切换，以适应不同工况的运行［３］。与常规励磁系统相似运行工况的特点分析发电工况当抽水蓄能机组作发电机运行时，励磁调节器不２２．１——５７２０１４，３８（４）需加入初励直接触发整流脉冲输出励磁电流。励磁系统根据系统要求保证电压恒定和提高系统的稳定性，采用

4、恒电压调节模式，调整发电机的端电压和无功功率。特点分析：发电工况对于抽水蓄能机组与常规机组都存在，运行状态基本相同。但也存在不同之处。当前常规发电机组励磁方式大多为自并励系统。而抽水蓄能机组励磁系统接线方式与自并励系统相似，主要区别在于励磁变压器。自并励系统励磁变压器是在机侧而抽水蓄能机组励磁变压器是在网侧，即励磁变压器接在主变压器低压侧。抽水蓄能励磁方式可以看成他励，但又区别于一般他励。另外，抽水蓄能励磁系统发电工况运行时，不需另外提供初励电源。磁变压器失电的情况，励磁通过自并励方式启动，先通过厂用蓄电池组提供初励电源启动机组电压到达１０％后，励磁投入脉冲整流柜工作通过自并励方式维持机端

5、电压，然后逐步增加电压给定，将电压升到正常运行范围。特点分析：黑启动工况与常规机组的自并励启动相似，但其启动时是带着主变压器和线路进行升压。另外，还需配置一路专用给励磁初励的黑启动电源。大型抽水蓄能机组特有工况分析３３．１ＳＦＣ启动工况抽水蓄能机组相对于常规发电机组还需工作在抽水状态，励磁系统还存在ＳＦＣ启动工况，背靠背发电工况，背靠背电动工况，电动机工况。其中，除电动机工况外，ＳＦＣ启动工况，背靠背发电工况，背靠背电动工况为机组抽水方向启动时工况，这个工况一般运行时间较短。ＳＦＣ启动是利用晶闸管变频器产生频率可变的交流电源对发电电动机进行启动，是抽水蓄能电机启动的一种新方法，在国内外抽水

6、蓄能机组得到了广泛的应用。如图３所示，ＳＦＣ通过控制输出到发电机定子的电流频率，逐步将发电机从静止状态拖动到同步转速，并完成并网。整个变频器启动过程，变频器通过输出一个４～２０ｍＡ的电流信号来控制励磁电流的大小。励磁设备输出转子电流，并反馈给变频设备。对于励磁设备来说，只是接受变频器的一个控制信号，因此在控制流程上没有特殊的要求，直到机组启动完成并网励磁系统自动转入电压控制模式。然而在变频启动初始阶段，机端感应电压的大小是由励磁电流变化的速度决定的，因此要求励磁设备对励磁电流的响应速度要快，否则可能因为转子位置的不理想造成变频启动无法实现的情况。电制动工况抽水蓄能机组是电力系统中最具有灵活

7、性的调节设备，为此机组启动和停机频繁。如果在停机时采用传统的机械制动的方法将加速制动部件的损坏和消耗。电气制动是水轮发电机较为理想的制动方式，其最大的优点是制动转矩大，可以有效地缩短机组减速的时间，满足工况迅速转换的要求。特点分析：抽水蓄能机组一次接线如图２左图中所示，励磁变压器连接在主变压器低压侧，机组停机时变压器依旧带电。当需要投电气制动时，只需要合上短路开关，同时投入励磁设备，利用励磁晶闸管整流元件提供制动所需要的