0 引言

目前，光伏、风力等新能源发电的大规模开发利用，给电网调峰工作带来了很大压力。与火电调峰相比，抽水蓄能机组具有启动、升负荷速度快等优点，抽水蓄能电站的配置对建设坚强电网具有非常重要的作用^[1-3]。抽水蓄能机组工况转换频繁，只有可靠的顺控流程才能保障机组、电网的安全稳定运行^[4]。本文结合实例对抽水蓄能机组由抽水调相工况向抽水工况转换过程中各设备动作逻辑及动作时间进行分析，优化出一套可行的运行流程。

1 机组由静止状态到抽水工况流程

抽水蓄能机组由静止状态到抽水工况可分为2个过程，即由静止到抽水调相工况、由抽水调相工况到抽水工况。

1.1 由静止状态到抽水调相工况流程

抽水调相工况是抽水蓄能机组常见工况^[5]，机组抽水方式有静止变频（Static Frequency Convert⁃er，SFC）、背靠背2种。SFC方式是指静止变频器通过很小的电流产生较大的扭矩拖动机组；背靠背方式是指1台机组拖动另1台机组抽水，2台机组的转速同时上升，当被拖动机组到达抽水调相工况后，拖动机再停机。本文只针对抽水调相工况到抽水工况进行流程优化，因2种拖动方式在此工况下的流程一致，以下主要以SFC方式抽水为例进行分析。

（1）机组在达到静止状态前，需投入高压油顶起系统，技术供水、轴承冷却系统等相关辅助设备。

（2）当机组达到静止状态后，抽水方向换相开关合闸，启动SFC辅助设备，建立SFC电气连接，机组开始压水流程。压水的目的是使转轮在空气中转动，以减小机组启动的阻力和有功消耗。

（3）全开上、下止漏环进水阀；待上、下止漏环水流量正常后，开启压水阀，全开蜗壳至尾水连通阀。监控装置收到尾水管水位低信号后关闭压水阀；若收到尾水管水位高信号，则开启压水补气阀进行微调，直至收到尾水管水位低信号为止，结束压水流程。

（4）启动SFC，施加励磁，直流灭磁开关快切负荷（Fast Cut Back，FCB）合闸，机组开始转动。

（5）当机组转速高于450 r/min（即额定转速N_e的90%）时，退出高压油顶起系统。此时监控装置判断机组出口电压大于90%额定电压、机组转速大于95%N_e、高压油顶起油泵停止运行及SFC同期释放4个条件同时满足时，启动同期装置；机组出口断路器合闸，SFC输出开关分闸，被拖动开关分闸，机组并网进入抽水调相工况。

1.2 由抽水调相工况到抽水工况流程 1.2.1 流程介绍

此流程包含的执行步骤与判断条件较多，本文只介绍主要设备的动作情况。

（1）预设机组无功功率后，开始进入充水流程。关闭压水阀、压水补气阀和蜗壳至尾水连通阀，开启蜗壳排气阀；当监测到上述阀门正确动作，并且到达一级见水功率（-22 MW）时，退出主进水阀工作密封。此时已经有水进入蜗壳。

（2）机组到达二级见水功率（-44 MW）时，关闭蜗壳排气阀，开启尾水回水排气阀、转轮回水排气阀，同时开启主进水阀。当蜗壳排气阀、尾水回水排气阀和转轮回水排气阀正确动作，同时收到主进水阀微开启信号后，关闭尾水管回水排气阀、转轮回水排气阀，上、下止漏环进水阀，机组完成充水。

（3）复位调速器调相方式，给定调速器为水泵方式运行，导叶逐步开启，同时流程监测导叶为非全关状态，主进水阀已达到全开位置，此时机组到达抽水稳态。

1.2.2 存在的问题

当机组完成充水，开始带电网负荷（抽水额定功率为-300 MW，水头不同，实际负荷略有差别），监测装置判断主进水阀在全开状态后，机组进入抽水工况。在充水流程中，为了使机组迅速充水、减少机组抽水启动总耗时，当检测到主进水阀处于微开启状态即开始执行后续流程，此时上库水位1916.43 m，下库水位1387.39 m，水头为529.04 m。

在正常状态下，导叶开启之前，主进水阀已有足够时间开启。抽水蓄能机组的抽水流程与发电流程存在很大区别，发电流程中，机组需先打开主进水阀，再将导叶开至空载开度，最后才并网；而抽水流程则是在SFC将机组拖动到额定转速，启动同期等一系列操作并网后，才开启主进水阀和导叶。该流程在给出调速器水泵运行方式命令之前，并未检测主进水阀的全开状态，而是在带电网负荷（导叶开启）后才进行检测，若控制系统一直没有收到主进水阀的全开信号，机组就会直接进入停机流程，对电网造成冲击影响，电站也会形成1次非停事件。

2 流程优化

通过查阅相关历史数据，确认顺控流程从开始发出命令至充水结束共需66 s，主进水阀从全关状态到全开状态需35 s左右，收到主进水阀全开信号至导叶开启有40 s左右的时间，根据这些数据对机组抽水调相工况到抽水工况的流程进行了优化，图 1为优化后的流程。

优化后的流程中，将主进水阀状态的判断置于充水流程之后，在主进水阀全开与充水完成全部满足之后再执行后续流程，若不满足判断条件才执行停机流程。虽然此方式也可能会因主进水阀位置传感器损坏等因素，造成监控装置收不到主进水阀全开信号而进入停机流程，但此时控制系统并未发出调速器水泵运行方式命令，导叶还未开启，机组并未接带电网负荷，因此即使停机也不会对电网产生太大的影响（只是解列了-44 MW的负荷，与满负荷-300 MW相比，可以忽略）。

3 结束语

合理的运行流程能够在确保机组安全稳定运行的同时，减少对电网的影响。本文针对抽水蓄能机组抽水流程存在的问题，通过分析机组出口断路器、主进水阀、导叶3者之间的动作时间与逻辑关系，制订了优化流程方案，为抽水蓄能机组的设计与运行提供参考。