抽水蓄能机组与国外合作的可行性研究报告.doc

白山电厂抽水蓄能工程 调速系统国产化可行性报告 宜昌市能达通用电气股份合作公司 二零零二年十二月  抽水蓄能机组控制设备 国产化可行性研究报告 本报告在研究国内外抽水蓄能电站及其控制技术发展的历史和现状的基础上，预计未来我国将大力发展抽水蓄能电站。抽水蓄能控制设备由于其复杂性和重要性，其技术发展落后于常规机组的控制设备，我国以前一直依赖进口。从长远看应建立和发展我国的抽水蓄能民族工业，开发具有自主知识产权的机组和控制设备。 一、抽水蓄能电站控制的特点 抽水蓄能电站绝大多数按可逆式设计，水轮机/发电机运行时是一个方向，电动机/水泵运行是另一个方向，这就决定了抽水蓄能电站的控制比常规电站复杂得多；另一方面，抽水蓄能电站在电力系统中承担调频、调峰、事故备用等任务，是电力系统安全、稳定、可靠的关键，故对其可靠性要求高。与常规水电机组相比，抽水蓄能机组具有如下特点： 运行工况多，工况变换复杂 常规水轮发电机组的运行工况有静止、发电和调相3种，相应的工况转换有6种。而抽水蓄能机组的工况除常规机组的3种工况外，还有抽水和抽水调相共5种工况（有些机组还有变速抽水、黑起动等工况）。理论上工况转换有20种，常用的有发电、发电调相、水泵、水泵调相等12种工况转换（图1）。从抽水工况到发电工况的转换是抽水蓄能电站最具特色的部分，很有实际意义，用于电力系统应急情况。即在抽水蓄能机组处于抽水工况时，恰逢电力系统因故障出现功率缺额时，抽水蓄能机组迅速从满载抽水直接转换为满载发电，为电力系统提供相当于该电站容量2倍的出力。这种从满载抽水到满载发电，因不经过停机过程非常迅速。以反应迅速著称的英国Dinorwig抽水蓄能电站为例，装机6×30 MW，机组从满载抽水到满载发电只需90秒，若按正常方式经过停机过程，则需8分钟。若是火电机组，则需30分钟。 图1 常规机组（a）和抽水蓄能机组（b）的运行工况及转换 控制内容多、控制方式复杂 抽水蓄能调节系统实现水泵、水轮机的调节与控制以及多种工况的转换。而且由于它在电力系统中所处的地位不同，因此要求它的工况转换时间尽可能短。由于有发电和抽水2种截然不同的工况，控制逻辑非常复杂。即使是与常规机组相同的发电工况，由于抽水蓄能机组的特殊性，其调节控制方式也复杂得多。水泵工况的起动更是如此。尤其是可逆式机组的水泵起动过程相当复杂，不同的起动方式，其起动程序大不一样。常见的水泵起动方法有：背靠背同步起动，变频器同步起动。 操作频繁 抽水蓄能机组承担削峰填谷任务，还可能参与系统调频，因此，机组的运行方式由电力系统负荷图确定。负荷图的峰谷起伏越大，机组工况转换越频繁。抽水蓄能机组工况一般每天转换6次以上。例如：英国Dinorwig抽水蓄能机组按年平均工况转换15000次设计，即平均一天操作40次。 监视量多 由于运行方式多，抽水蓄能电站的被控量多，监视量也必然多。模拟量测点增加50%，开关量测点增加100%以上。 可靠性要求高 抽水蓄能机组起停频繁，在电力系统中地位重要，同时需要遥控，以满足无人值班的要求。抽水蓄能机组应对系统的要求作出迅速而有效的反应，所有这些对控制装置的可靠性和可维护性提出了更高的要求。 二、抽水蓄能电站调速器的特点 由于抽水蓄能电站的重要性和控制的复杂与特殊性，与常规水轮机调速器相比，抽水蓄能调速器的技术发展落后于用于常规机组的调速器。我国一直依赖进口。第一台抽水蓄能机组及其控制设备从日本进口安装在河北岗南电站，以及广蓄、十三陵等抽水蓄能电站设备均为进口。 与常规水轮机调速器相比，抽水蓄能调速器运行于下列工况： １、发电工况 ａ) 开机：调速器可以根据开机令自动开启机组，进入空载，控制机组转速，自动跟踪网频，满足同期并网要求。机组并网后，调速器根据要求自动加到给定负荷。操作人员也可以手动控制调速器，使机组并网发电。 ｂ) 正常停机：调速器根据停机令自动关闭导叶至空载，断路器跳闸后导叶关到零。 ｄ) 事故停机：设备故障，在满足调节保证前提下以最快的速度关闭导。 ｅ) 甩负荷：调速器快速关闭导叶，使机组进入空载运行。 ｆ) 调频功能：调速器自动按要求完成一次调频任务，同时快速响应调频器的二次调频任务。 ２、调相工况 ａ) 停机状态进入调相工况：调速器可以根据开机令自动开启机组，进入空载，控制机组转速，自动跟踪网频，并网后，调速器接到调相令，关闭到叶至零，进入调相工况（自动控制屏完成转轮室充气排水）。 ｃ) 发电状态进入调相工况：调速器根据调相令自动关闭至零，进入调相工况（自动控制屏完成转轮室充气排水）。 ｅ)调相状态转发电工况：调速器根据调相转发电令自动开导叶至空载，再根据要求调到设定负荷。 ３、水泵工况 ａ) 变频器空气中启动：机组在停机状态，导叶关到零，给转轮室充气压水，变频器启动机组从零转速到额定转速