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安全稳定控制装置在抽水蓄能电厂的应用发表时间：2018-01-19T21:23:44.707Z 来源：《电力设备》2017年第28期作者：周勇[导读] 摘要：抽水蓄能电厂安全稳定控制装置不仅有具有本地高频切机、低频切泵功能，同时作为特高压直流受端安全稳定控制系统的切泵子站，来保障特高压直流系统建成投运后受端电网的安全稳定运行。
（湖南黑麋峰抽水蓄能有限公司湖南省长沙市 410213）摘要：抽水蓄能电厂安全稳定控制装置不仅有具有本地高频切机、低频切泵功能，同时作为特高压直流受端安全稳定控制系统的切泵子站，来保障特高压直流系统建成投运后受端电网的安全稳定运行。
文章结合黑麋峰抽水蓄能电厂安全稳定控制装置分析了抽水蓄能电厂安全稳定控制装置的应用特点。
关键词：特高压直流受端安全稳定控制系统；抽水蓄能电厂安全稳定装置；切泵子站 1 引言近年来，电网规模不断扩大，特高压交直流电网的陆续投运，其中做为湖南电网首个特高压入湘项目祁韶直流于2017年6月建成和投运，配套的祁韶直流受端安全稳定控制系统随之建设和投运。
黑麋峰抽水蓄能电厂作为特高压祁韶直流受端湖南电网的目前唯一投运的抽水蓄能电厂，应祁韶直流投运后受端湖南电网安全稳定的要求新增两套安全稳定控制装置。
新增的两套安全稳定控制装置作为特高压祁韶直流韶山（受端）安全稳定控制系统的一个切泵子站。
以下结合黑麋峰抽水蓄能电厂安全稳定控制装置分析抽水蓄能电厂安全稳定控制装置的应用特点。
2 抽水蓄能电厂的安全稳定控制配置和应用特点 2.1安控装置的配置情况黑麋峰电厂安控装置是特高压祁韶直流韶山（受端）安全稳定控制系统的一个切电泵子站（具体见图1-祁韶直流受端安全稳定控制系统示意图），由南京南瑞继保电气有限公司生产。
该装置为双套配置，由安全稳定控制装置A套和安全稳定控制装置B套组成，每套装置配置有1台PCS-992M主机、1台PCS-992S从机、一台MUX-22C通信复接装置及相关辅助设备。
（一）国外抽水蓄能电站运营模式及价格形成机制在国外市场经济国家，抽水蓄能电站的运营模式大体上有一体化运营、独立运营和电网租赁运营三种，并分别形成了相应的的成本回收方式和电价形成机制。
1、一体化运营模式。
抽水蓄能电站不是独立的法人实体，由电网公司或厂、网合一的电力公司所有并统一运营，没有独立的电量销售，没有独立的抽水蓄能电价。
如：在发、输、配电一体化管理的法国，抽水蓄能电站由法国电力公司统一建设、经营和管理，电站完全按照电力公司的调度运行。
电站的成本、还本付息等均由电力公司统一负责，并通过用户销售电价回收。
在日本，尽管实施了市场化改革，但原九大地区电力公司仍实行垂直一体化管理，各地区电力公司所属抽水蓄能电站仍实行“一体化”模式，其成本支出通过公司统一的电力销售予以回收。
在美国，各州电力体制模式和改革进程不同，在未实行“厂、网分开”的地区，抽水蓄能电站仍由原发、输、配（或发、配）一体化公司统一运营管理。
2、独立运营模式。
在实行厂网分开、建立竞争性电力市场的国家和地区，抽水蓄能电站已脱离于电网，其电力电量通过独立的产品销售，其成本通过相应的竞争性市场予以弥补。
如：在英格兰和威尔士，已建立了较为成熟的竞争性电力市场，抽水蓄能电站获取收入或产品销售主要通过双边交易、平衡市场和辅助服务市场完成，并形成独立的价格。
如英国迪诺威克抽水蓄能电站，凭借其频率响应和快速备用等优越性能，在英国双边合同、平衡市场和辅助服务三个竞争性市场上，均显现出较强的竞争优势，取得了很好的盈利水平。
3、电网租赁运营模式。
拥有抽水蓄能电站产权的企业不直接运营电站，而是将电站租赁给电网运营管理。
在这种模式中，抽水蓄能电站的价格仅是运营权的价格，而非抽水蓄能电站产品的价格。
通常，在未进行厂网分开的国家和地区，如果存在产权独立抽水蓄能电站，普遍由厂网一体化电力公司租赁运营，其成本通过“运营权价格”即租赁费回收。
如美国的Summit抽水蓄能电站，由“垂直一体化”的爱迪生电力公司租赁运营；卢森堡的维昂登抽水蓄能电站，由德国“垂直一体化”的RWE电力公司公司租赁运营。
黑麋峰抽水蓄能电站引水压力钢管安装及运输摘要：本文较为详细地介绍了黑麋峰抽水蓄能电站引水压力钢管安装工期在大大压缩的情况下，结合工程实际，制订安全可靠、科学合理的安装及运输措施实现工期目标，以便类似工程借鉴。
关键词：抽水蓄能电站引水压力钢管安装运输中图分类号：文献标识码：a 文章编号：2095-2104（2012）1工程特点1.1 概况黑麋峰抽水蓄能电站工程主要由上水库、输水发电系统和下水库三大建筑物组成，装有4台单机容量为300mw的可逆式水轮水泵机组，输水系统上游输水主洞采用一洞两机、下游输水隧洞为一洞一机的布置型式。
上游输水主洞（1#或2#）由上库进/出水口、上平段、斜井段、下平段、高压岔管段、高压支管段（1#、2#或3#、4#）组成（见图1：引水系统平面布置图）。
4条引水压力钢管布置在高压岔管段末端至主厂房球阀延伸节处，总长为391.61m（4条钢管长度分别为100.821m、109.984m、94.984m、85.821m）。
钢管直径由5.3m渐变径至2.8m(变径管为直角锥管，单条长度为25m)，钢管总重为1784t，壁厚为28、36、40、50mm，其中壁厚为36mm和40mm钢管的材质为wdb620e高强钢，wdb620e高强钢用量为477t，其余为16mnr钢。
图1：引水系统平面布置图1.2 工期要求4条引水钢管原计划安装工期为296天。
因土建处理混凝土岔管和有关断层等方面的原因，大大延误了引水压力钢管安装时间。
为了确保2008年年底首台机组（1#机）发电目标，最后确定引水压力钢管安装工期缩短至180天。
为减少在钢管安装、运输期间与土建施工的交叉作业，要求在1个月内将4条引水钢管全部运输到位，再进行钢管的调整、焊接等。
4条引水压力钢管共加工成124个安装单元，单元最大重量约为28吨，单元最大运输长度为4m。
2安装前的准备工作2.1 轨道布置压力钢管洞内运输采用p24钢轨，轨道布置范围：4#施工支洞与1#（2#）引水隧洞交叉处1#（2#）岔管钢管出口主厂房1#、2#（3#、4#）球阀支墩处，轨道间距为2.5m，球阀支墩处悬空部分轨道采用型钢作支撑。
直流系统运行规程一、主题内容与适用范围1、本规程规定了黑麋峰抽水蓄能电厂直流系统的运行方式、倒闸操作、运行维护和事故处理。
2、本规程适用于黑麋峰抽水蓄能电厂直流系统倒闸操作、运行维护及事故处理。
3、黑麋峰抽水蓄能电厂全体运行人员应掌握本规程，生产技术管理人员及点检、检修人员应熟悉本规程。
二、引用标准1、DL.T 5120-2000.pdf小型电力工程直流系统设计规程。
2、DL-T724-2000《电力系统用蓄电池直流电源装置运行与维护技术规范》。
3、珠海金电电源工业有限公司生产的智能高频开关电源系统用户手册和逆变装置电源使用说明书。
三、主要运行参数和定值1、地下厂房直流系统2、地面开关站直流系统3、上库直流系统四、运行规定1、一般规定1.1蓄电池正常情况下应在“浮充”状态。
1.2直流系统正常运行时电压允许变动范围为234±1V。
1.3蓄电池单独带负荷运行时该段直流母线电压不允许低于215V。
1.4直流母线并列操作时，极性相同，电压差不允许超过5V。
1.5严禁通过交直流控制电源分屏上母联开关将直流系统联络运行。
1.6母线分段运行时，各母线的绝缘监测仪HDM-2000均应投入。
1.7当蓄电池浮充运行时，单体蓄电池电压不应低于2.0伏，如低于2.0伏，则需进行均充。
一年内，单体蓄电池电压值与蓄电池组的平均电压值偏差不得大于0.07V。
1.8一般情况下充电装置应与蓄电池组并列运行，特殊情况下允许蓄电池组单独带负荷运行，但不允许充电装置长时间单独带负荷运行。
1.9充电装置的外壳可靠接地，保护地线必须安全可靠接地，且接地电阻小于5Ω。
1.10蓄电池室温度应经常保持在10～30℃范围内。
1.11所有直流设备均应保持清洁，无灰尘，不潮湿，环境温度不宜超过0～40℃。
1.12蓄电池室严禁点火或抽烟，室内不允许装设电炉及可能产生火花的电器，室内照明应使用设有防爆附件的白炽灯。
1.13在蓄电池室的入口处，应用大字标明“蓄电池室”、“严禁烟火”等字样。
抽水蓄能机组励磁系统运行特点与分析摘要：抽水蓄能机组具有运行工况外，抽水蓄能机组还有发电调相、抽水调相、抽水运行、变频启动、背靠背启动等多种工况。
为了满足这些要求，其励磁系统的运行较为复杂，须考虑到抽水工况SFC和背靠背起动时对励磁的相关要求。
文章结合黑麋峰电站抽水蓄能机组励磁系统，分析了抽水蓄能机组保护励磁系统运行特点。
关键词：抽水蓄能机组励磁系统特点 SFC 背靠背1.引言近年来，由于电网规模不断扩大，特高压交直流电网的陆续投运，电力系统调峰矛盾日益显现，作为电网中目前最有效调峰手段的抽水蓄能机组建设也快速发展。
抽水蓄能机组较常规水电机组工况多，具有发电、抽水、发电调相、抽水调相、抽水运行、变频启动、背靠背启动等多种工况，因此抽水蓄能机组保护较常规水电机组励磁运行较复杂，须考虑到抽水工况SFC和背靠背起动时对励磁的要求。
2.励磁调节硬件软件介绍励磁调节器为GMR3 调节器，共有两个调节通道，一主一备，完全冗余。
每个调节通道的硬件组成为：NGT2电源板（1块），MRB3主处理器板（1块），LCOM通讯板（用于内部、外部通讯各1块），PGS3子处理器和信号处理板（1块），通道数字量输入板DE32（2块），通道数字量输出板DA32（1块），ELTERM现地操作终端。
2.1 GMR3调节软件GMR3调节器软件由以下几部分组成：1、操作系统（能够编辑和监视调节器程序）2、主调节器程序（带有现场专用的设定值）3、子程序（在子处理器中）。
操作系统和调节器程序运行在主处理器MRB3板中，子程序运行在PGS3板和LCOM板（通讯板）的子处理器当中。
子程序处理的任务有时间限定，这些任务有：触发脉冲的产生，实际值的计算，总线故障的处理等等。
而这些有时间限定的任务是主处理器不能完成的。
2.2调节器的子程序主程序不能处理的一些功能，都由PGS3板中的子程序来完成。
PGS板中有3个子处理器，分别有3个子程序。
PrC：用来计算实际值，这些实际值主要有：同步电压（可控硅电压）、定子电压、定子电流、转子电流等等。
第39卷增刊2 水电姑机电技术Vol.39No.S22016 年12 月Mechanical & Electrical Technique of Hydropower Station Dec.2016 25调速器10 s延时系统在黑麋峰抽水蓄能电厂的应用陈福球，曹春永，何峻，高怀(湖南黑麋峰抽水蓄能有限公司，湖南长沙410213)摘要:根据黑麋峰抽水蓄能电厂机组引水系统的特点、转轮特性及调保计算需要，为了控制机组发电工况甩负荷 过程中蜗壳进口最大压力上升与尾水管最大真空度，导叶需延时l〇S关闭，故在调速器系统中加入了 l〇S延时系 统。
本文介绍了黑麋峰电厂调速器10s延时系统设计的必要性、工作原理，总结了 10s延时系统调试中出现的问题 及解决方法。
最后对机组甩负荷过程中的实际应用进行了分析。
关键词:抽水蓄能电厂；调速器；10 s延时系统；甩负荷中图分类号:T V743 文献标识码:BD0I：10.13599/ki.11-5130.2016.S2.0091引言黑麋峰抽水蓄能电厂位于湖南省长沙市望城县 黑麋公园，安装4台雜容量为300MW的可逆 式水栗水轮发电电动觀，总装机容量为1200 MW,枢 纽中布置2套输水系统，采用“1洞2机”供水方式,最大毛水头(净扬程)335 m,最小毛水头(净扬程）272_8 m,额定转速300 r/min,主要承担湖南省电网 的调峰、填谷、调频、调相和紧急事故备用。
黑麋峰电厂具有水头高、输水管道长及水工建 筑结构为1洞2机的特点，同时转轮全特性曲线中 存在明显的“S”形特性区，在该区域中同一转速对应 3个流量，其中一个为负值，该区域内机组转速的变 化对过流特性影响巨大，转速发生微小变化都会引 起流量发生大变化，从而在引水系统中产生较大的 7JC锤效应化在机组发电工况甩负荷时，压力钢管内 的压力上升有两个峰值，第一个峰值由导叶快关引 起，第二个峰值约发生在机组最大转速时，此时水力 矩与转动力矩达到平衡，转轮离心力最大，由于转轮 “S”形特性影响,X才压力钢管中的水流造成类似导叶 快速关闭的效果，导致进入机组的流量快速减小，从 而形成压力钢管内第二个水锤压力峰值'综合以上 分析，如果不优化机组发电工况甩负荷时的导叶关 闭规律，则有可能导致蜗壳进口压力超过调保计算 保证值p],同时尾水管有可能产生负压，严重威胁电 厂水工建筑物的安全。
因此，为降低机组发电工况甩 负荷时的蜗壳进口压力峰值，保证尾水管最大真空文章编号：1672-5387(2016)S2-0025-04度满足调保计算要求,需优化导叶关闭规律M。
如果 机组甩负荷时，导叶先保持10 s基本不动,此时流 量的减小只是由转速上升引起，流量变化相对不那 么剧烈，因而水击升值也相对较小;延时10 s后开 始关闭导叶,转速由极值开始下降，其作用是使流量 增加，此时导叶的关闭会使流量变小，两者的共同作 用使流量的变化率不会太大，也不会引起过大的水 击升值，因而能有效降低蜗壳进口压力峰值与尾水 管最大真空度。
经过调保计算，考虑最大水头下机组 最大出力的极限情况下甩负荷，如果采用导叶先保 持10 s基本不动，10 s后导叶进人正常关闭的导叶 关闭规律，则蜗壳进口压力峰值及尾水管最大真空 度均可以满足调保计算要求，故为了实现导叶延时 10 s关闭这一功能，在调速器中加入了 10 S延时系 统。
2调速器10 S延时系统工作原理黑麋峰调速器10 s延时系统包括机械液压回 路与电气控制回路，两部分相互配合实现导叶10 s不动功能。
2.1机械部分工作原理机械液压回路包括2个先导双线圈电磁阀ASV1, ASV2，1个插装阀ACV1，由电磁阀控制插装阀动作。
10 s延时系统机械液压回路如图1所示。
收稿日期：2016-11-02作者简介:陈福球(1984-)，男，工程师，从事抽水蓄能电站运行维护工作D26水电姑机电技术第39卷从图1中可以看到，在主配压阀至接力器开机 侧油管路上，插入了一个与油管路相同通径的插装 阀ACV1,当该插装阀关闭时,主配压阀至接力器开 机侧的油路被切断，使接力器保持不动;当该插装阀 开启时，主配压阀至接力器开机侧的油路畅通，与该 阀不存在的效果一样。
插装阀的开启与关闭通过双 线圈电磁阀控制，在断路器断开瞬间，电气控制回路 通过电磁阀控制插装阀，使之关闭，从而切断主配压 阀至接力器开机侧的油路，使得接力器无法受主配 压阀的控制，保持在甩负荷瞬间的位置;10 S后控制 回路再通过电磁阀开启插装阀，恢复主配压阀至接 力器开机侧的油路，使接力器受主配压阀的控制而 关闭。
另为了提高安全性，在插装阀的进口与出口间 设置了一个通径为令9的旁路，机组甩负荷时，若极 端情况下插装阀关闭后无法再开启，贝嗵过这个旁 路可以使导叶缓慢地关闭，通过此旁路导叶从全开 至全关的时间约为400 s。
插装阀采用锥面密封，具有优良的密封性能，因此当它动作为关闭时可以可靠地切断油路；插装阀 的阀芯和阀套间无严格的配合要求，磨损轻，不易堵 塞，也不会产生液压卡紧现象，对液压油的洁净度要 求很低，抗卡阻能力极强，动作速度快;插装阀选择 带有行程限位器的控制盖板，使其只工作在有用行 程，缩短了插装阀动作时间，以上插装阀的优点保证 了l〇S延时系统的可靠性;另外，作为插装阀先导 控制阀的电磁阀，采用的是力士乐带位置反馈的双 线圈电磁阀，为最大限度地提高可靠性，系统中设置 了双电磁阀，作为主备用的关系，任一个电磁阀动作 均能控制插装阀动作。
2.2电气部分工作原理调速器10 s延时系统电气部分工作原理如图2所示。
^ 、a图2调速器10 s延时系统电气部分控制原理。
图2中各元件及信号说明如表1所示。
表1调速器10 s延时电气控制回路元件及信号说明名称说明PRD发电机出口换相开关（发电方向）LCB线麵断路器GGB发电机出口断路器TCB主变髙压侧断路器WG_noload导叶空载开度，取自现地导叶健反馈开关，开度值为20%K0015导叶空载开度，取自调速器电气柜空载开度继电器K0015,开度勸20%KT1延时继电器，得电立即动作，延时l〇s后复归KT2延时继电器，得电立即动作，延时l〇s后复归KT3延时继电器，得电延时0.5 s后动作KT4延时继电器，得电延时9S后动作K Y11电磁阀ASV1动作信号继电器K Y12电磁阀ASV1复归信号继电器KY21电磁阀ASV2动作信号继电器KY22电磁阀ASV2复归信号继电器Y11电磁阀ASV1动作线圈Y12电磁阀ASV1复归线圈Y21电磁阀ASV2动作线圈Y22电磁阀ASV2复归线圈n>110%_SGD转速>110%#号，取自调速器电气柜齿盘测速模块n>110%_GOV转速>110%信号，取自调速器电气柜D O模块备注：A SV1或ASV2电磁阀动作定义为使插装阀ACV1关闭，10 s延时系统投入，导叶保持不动，ASV1或ASV2电磁阀复归定义为使插装阀ACV1开启，l〇s延时系统退出，导叶可以正常关闭，以下同。
结合图2与表1，可以得知电磁阀ASV1、ASV2 的动作条件分别如下：电磁阀ASV1动作条件:PRD合阐,GCB分闸 (或LCB、TCB)，如果“导叶空载开度”信号过来，则延 时继电器KT1得电，控制ASV1电磁阀Y11线圈得增刊2陈福球，等:调速器10 S延时系统在黑麋峰抽水蓄能电厂的应用27电，从而使插装阀ACV I 关闭，导叶保持不动，10 s 后 ASV 1电磁阀的Y 12线圈得电，使插装阀ACV 1开启。
电磁阀ASV 2动作条件:PRD 合闸，检测到转速 >110%,且电磁阀ASV 1未动作，KT 4延时继电器 未动作,则延时继电器KT 2得电，控制ASV 2电磁 阀Y 21线圈得电，从而使插装阀ACV 1关闭，导叶 保持不动，10 s 后ASV 2电磁阀的Y 22线圈得电，使 插装阀ACV 1开启。
从电磁阀ASV 1、ASV 2的动作条件分析得知ASV 1为主用电磁阀,ASV 2为备用电磁阀，在机组发 电工况甩负荷时，当发电机出口断路器GCB 分闸 后，电磁阀ASV 1立即动作，如果电磁阀ASV 1出现 故障未动作，则当转速> 110 %后，备用电磁阀ASV 2 动作。
3调速器10 s 延时系统调试中出现的问题 及解决方法在10 s 延时系统调试过程中，出现过以下问题：(1) 机组S 负荷后，ASV 1电磁阀动作，但未到l 〇s后复归，随即又动作。
(2) 机组甩负荷后，ASV 1电磁阀动作，1〇8后ASV 1电磁阀复归，但随即ASV 2电磁阀又动作。
针对第1个问题，分析是“W G _n 〇l 〇ad ”信号即 “导叶空载开度”信号出现了抖动，从10 S 延时电气 控制原理图可以看出，如果分GCB 后，此信号出现 抖动，则会使延时继电器KT 1失电，由于KT 1具有 断电立即复归的特性，故会使ASV 1电磁阀复归，随 即KT 1继电器得电，从而使ASV 1电磁阀再次动 作。
“W G _n 〇l 〇ad ”信号取自西安江河公司生产的ZLB 型主令控制器，安装位置为水车室，其滑动连杆 与接力器相连，带动主令控制器上的磁记忆开关动 作，由于甩负荷时水车室振动很大，有可能导致信号抖 动。
为此，在“W G _noload ”信号上并联了 j h “K 0015” 信号(原厂家图纸上无此信号)，如图2所示，“K 0015” 同样定义为“导叶空载开度'但其取自调速器电气柜 继电器，由调速器程序控制，当调速器程序检测到导 叶开度大于20%时，则输出此信号，此信号动條定， 出现抖动的可能性很低，将“K 0015”与“ W G _noload ”信 号并联在一起后，大大降低了信号抖动导致电磁阀 反复动作的风险。
针对第2个问题，当机组甩负荷时，ASV 1电磁 阀动作,l 〇s 延时系统投入,10 s 后ASV 1电磁阀复归，此时机组转速很有可能仍在110 %以上，而PRD 又在合闸位置，ASV 1电磁阀已经复归，从图2中ASV 2电磁阀控制回路可以看出已经满足了 ASV 2 电磁阀动作条件，为避免这种情况的出现，对l 〇s 延时电气控制回路进行了改进:将KT 4设置为得电延 时动作继电器，延时9 s ，KT 4接入ASV 2电磁阀控制 回路的触点改为常闭触点(原厂家设计图纸上KT 4接AASV 2电磁阀控制回路的触点为常开触点)。
分析 以下两种情况：(1)当甩负荷时，ASV 1电磁阀动作10 s 复归后，由于KT 4已经在第9 s 时动作,其接入ASV 2电 磁阀控制回路的触点从常闭触点变常开，提前I s 闭锁了 ASV 2的动作，故ASV 2不会再误动；(2)当甩负荷时，ASV 1电磁阀由于电气或机械回路故障未动作，此时大约甩负荷1 s 后，转速即会 上升至110 %，由于ASV 1电磁阀未动作，如果KT 4 继电器得电，则ASV 2电磁阀会动作8 s 后复归，如果KT 4继电器未得电，则ASV 2电磁阀会动作10 s后复归，以上两种情况都能保证10 S 延时系统的正确动作。
