趙 博，高 翔，秦 俊，鄧拓夫

(1. 國網(wǎng)新源控股有限公司技術(shù)中心，北京 100161；2. 國家電網(wǎng)公司抽水蓄能技術(shù)實(shí)驗(yàn)室，北京 100161)

0 引 言

背靠背啟動(dòng)是抽水蓄能機(jī)組水泵方向啟動(dòng)的備用啟動(dòng)方式。當(dāng)電廠的SFC設(shè)備故障或檢修時(shí)，電廠將使用背靠背啟動(dòng)來進(jìn)行機(jī)組的水泵方向啟動(dòng)。背靠背啟動(dòng)涉及拖動(dòng)機(jī)與被拖動(dòng)機(jī)的監(jiān)控、勵(lì)磁、調(diào)速器、保護(hù)以及啟動(dòng)母線等多個(gè)設(shè)備的協(xié)同配合，且不同廠家的設(shè)備控制原理各有不同，啟動(dòng)成功難度相對(duì)較大。近些年，國內(nèi)學(xué)者及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)人員針對(duì)背靠背啟動(dòng)進(jìn)行了廣泛分析。文獻(xiàn)[1]中，作者分析了背靠背啟動(dòng)過程中發(fā)電電動(dòng)機(jī)的狀態(tài)方程，提出拖動(dòng)機(jī)與被拖動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流要合理配合，文中給出的啟動(dòng)成功的仿真案例，拖動(dòng)機(jī)與被拖動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流值分別為額定空載勵(lì)磁電流的1.4倍和1.2倍。文獻(xiàn)[2]根據(jù)仿真計(jì)算結(jié)果，認(rèn)為初始轉(zhuǎn)差角對(duì)啟動(dòng)成敗的影響可以忽略。另外，文獻(xiàn)[2]提出在2機(jī)進(jìn)入同步加速階段前，采用較小勵(lì)磁電壓和較慢導(dǎo)葉開啟速度的控制策略，并仿真證明了這種策略的可行性。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試經(jīng)驗(yàn)，文獻(xiàn)[3]給出了背靠背啟動(dòng)的常用流程，并推薦了先快后慢的導(dǎo)葉開啟規(guī)律。背靠背啟動(dòng)過程中，被拖動(dòng)機(jī)發(fā)生故障跳機(jī)時(shí)，2臺(tái)機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)不能同時(shí)切除，可能引起啟動(dòng)母線過流的現(xiàn)象。針對(duì)這一現(xiàn)象，文獻(xiàn)[4]提出在LCU及保護(hù)之間增加硬接線控制回路的方法，解決了事故停機(jī)時(shí)，2臺(tái)機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)切除的次序問題。文獻(xiàn)[5]介紹了背靠背啟動(dòng)低頻階段對(duì)主機(jī)輔機(jī)等設(shè)備的影響，分析了背靠背啟動(dòng)對(duì)發(fā)變組保護(hù)的影響。綜合以上文獻(xiàn)的分析，2臺(tái)機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)的配合以及調(diào)速器導(dǎo)葉的開啟規(guī)律是影響背靠背啟動(dòng)成功與否的關(guān)鍵參數(shù)。目前的文獻(xiàn)中，針對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)配合以及調(diào)速器導(dǎo)葉開啟規(guī)律的分析大多為計(jì)算機(jī)仿真，且對(duì)背靠背啟動(dòng)的參數(shù)設(shè)置規(guī)律尚未統(tǒng)一認(rèn)識(shí)。實(shí)際應(yīng)用中，各設(shè)備參數(shù)均有限制值，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)時(shí)需協(xié)同配合，選擇合理的參數(shù)。本文根據(jù)國內(nèi)浙江某新建抽水蓄能電站400 MW機(jī)組背靠背啟動(dòng)的試驗(yàn)過程，重點(diǎn)分析導(dǎo)葉開啟規(guī)律以及拖動(dòng)機(jī)與被拖動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁配合規(guī)律對(duì)啟動(dòng)過程的影響，對(duì)國產(chǎn)化400 MW級(jí)機(jī)組的背靠背啟動(dòng)試驗(yàn)給出合理建議。

1 背靠背啟動(dòng)的電氣原理及監(jiān)控流程

1.1 背靠背啟動(dòng)的電氣原理

國內(nèi)某400 MW抽水蓄能電站的1、2號(hào)機(jī)組背靠背啟動(dòng)的電氣主接線見圖1。2臺(tái)機(jī)組型號(hào)相同，通過啟動(dòng)母線電氣相連。拖動(dòng)刀在發(fā)電機(jī)出口斷路器(GCB)與換向刀閘(PRD)之間，被拖動(dòng)刀在GCB與發(fā)電電動(dòng)機(jī)之間。啟動(dòng)前，被拖動(dòng)機(jī)組執(zhí)行水車室調(diào)相壓水操作，使轉(zhuǎn)子處于空氣之中，以減小啟動(dòng)阻力矩。背靠背啟動(dòng)過程中，從能力轉(zhuǎn)換的角度看，水的勢(shì)能和動(dòng)能轉(zhuǎn)換成了拖動(dòng)機(jī)的動(dòng)能，再經(jīng)過電磁轉(zhuǎn)矩的傳輸，轉(zhuǎn)換成了被拖動(dòng)機(jī)的動(dòng)能，還有一小部分能量經(jīng)由機(jī)械損耗和電磁損耗轉(zhuǎn)換成了熱量。拖動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子機(jī)械方程如下：

(1)

式中，p為微分算子；ωg為機(jī)械角速度；Tmg為輸入機(jī)械轉(zhuǎn)矩；Teg為電磁阻力轉(zhuǎn)矩；Tbg為機(jī)械阻力轉(zhuǎn)矩；Hg為轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。

輸入轉(zhuǎn)矩的變化由調(diào)速器控制導(dǎo)葉開啟規(guī)律調(diào)節(jié)。

圖1 機(jī)組背靠背啟動(dòng)電氣主接線

型號(hào)相同的2臺(tái)機(jī)組背靠背啟動(dòng)的電氣連接方程如下[1,2]：

idm=-cosδidg+sinδiqg

(2)

iqm=-sinδidg-cosδiqg

(3)

udm=cosδudg-sinδuqg

(4)

uqm=sinδudg+cosδuqg

(5)

假定飽和只發(fā)生在主磁路，電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩公式如下：

Te=[-Xdid+Xadifd+Xadild]iq-(-Xqiq+Xaqilq)id

(6)

式中：下標(biāo)d表示直軸分量，q表示交軸分量，m表示被拖動(dòng)機(jī)，g表示拖動(dòng)機(jī)；δ表示2機(jī)轉(zhuǎn)角差；Xd、Xq分別為直軸和交軸電抗；Xad、Xaq分別為直軸和交軸電樞反應(yīng)電抗，ifd為勵(lì)磁電流的直軸分量，ild、ilq分別為阻尼繞組中電流的直軸和交軸分量。

可以看出，被拖動(dòng)機(jī)的輸入電磁轉(zhuǎn)矩既與被拖動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流有關(guān)，也與被拖動(dòng)機(jī)的定子電流有關(guān)，而被拖動(dòng)機(jī)的定子電流也受拖動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流影響。而且實(shí)際電機(jī)中，定子電流的直軸與交軸分量又會(huì)對(duì)主電抗與漏電抗產(chǎn)生影響。由此可見，2機(jī)勵(lì)磁電流對(duì)電磁轉(zhuǎn)矩的影響是非線性的，2者需要合理配合，以保證拖動(dòng)機(jī)向被拖動(dòng)機(jī)提供足夠的電磁力矩。

圖2 背靠背啟動(dòng)監(jiān)控流程

1.2 背靠背啟動(dòng)的監(jiān)控流程分析

背靠背啟動(dòng)主要的監(jiān)控流程見圖2。以下3點(diǎn)需要特別關(guān)注：①拖動(dòng)機(jī)啟動(dòng)的第1步是分中性點(diǎn)刀閘，而被拖動(dòng)機(jī)中性點(diǎn)刀閘必須合閘，這是因?yàn)榘l(fā)電電動(dòng)機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，中性點(diǎn)需要經(jīng)高阻接地，而背靠背啟動(dòng)時(shí)，不能有2點(diǎn)接地，否則會(huì)引起保護(hù)動(dòng)作。②并網(wǎng)時(shí)，GCB合閘需要同期裝置判斷GCB兩端的電壓信號(hào)滿足合閘條件，只有在背靠背啟動(dòng)前，合拖動(dòng)機(jī)GCB時(shí)，同期裝置是在GCB兩端都沒有電壓的情況下，下達(dá)合閘指令。由于無壓合GCB這一功能在背靠背啟動(dòng)前不會(huì)使用，因此需要監(jiān)控廠家人員在背靠背啟動(dòng)試驗(yàn)前，反復(fù)驗(yàn)證這一功能，否則，容易造成無壓合失敗，導(dǎo)致啟動(dòng)流程退出。③被拖動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)前要進(jìn)行壓水充氣，使轉(zhuǎn)輪浸沒在空氣中，以減少啟動(dòng)過程中的摩擦阻力。

2 重要參數(shù)選擇的試驗(yàn)分析

機(jī)組運(yùn)行的安全性是抽水蓄能電站運(yùn)行的重中之重。因此，機(jī)組背靠背啟動(dòng)并不是要求越快越好。更短的啟動(dòng)時(shí)間，需要更大的輸入力矩，即更快的導(dǎo)葉開啟規(guī)律，導(dǎo)水機(jī)構(gòu)上的壓力變化更大，特別是啟動(dòng)失敗情況下，機(jī)組的安全隱患更大。目前，還沒有準(zhǔn)確的理論仿真計(jì)算來較為準(zhǔn)確地指出每個(gè)不同電站的背靠背啟動(dòng)參數(shù)設(shè)置?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)過程中，都是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)在一定范圍內(nèi)進(jìn)行參數(shù)的單變量微調(diào)，使機(jī)組背靠背啟動(dòng)順利，并且啟動(dòng)時(shí)間滿足合同要求。

2.1 導(dǎo)葉開啟規(guī)律的試驗(yàn)分析

背靠背啟動(dòng)過程中，拖動(dòng)機(jī)球閥全開后，拖動(dòng)機(jī)通過調(diào)節(jié)導(dǎo)葉開度來改變輸入力矩。如果導(dǎo)葉開啟速率過小，開始時(shí)，無法克服2臺(tái)機(jī)組的摩擦阻力以啟動(dòng)機(jī)組。導(dǎo)葉開始速率過大，被拖動(dòng)機(jī)容易跟不上拖動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速上升速率，導(dǎo)致2機(jī)失步。另外，在機(jī)組達(dá)到額定轉(zhuǎn)速前，轉(zhuǎn)子上的阻尼繞組會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，且感應(yīng)電流隨導(dǎo)葉開啟速率的增大而增大。經(jīng)了解，國內(nèi)主機(jī)廠家在設(shè)計(jì)發(fā)電電動(dòng)機(jī)時(shí)，充分考慮到了阻尼繞組的發(fā)熱問題，一般都留有較大裕量。

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中，拖動(dòng)機(jī)勵(lì)磁電流值設(shè)置為額定空載勵(lì)磁電流，被拖動(dòng)機(jī)勵(lì)磁電流值設(shè)置為0.8倍的額定空載勵(lì)磁電流，勵(lì)磁電流的配合將在下一節(jié)中討論。導(dǎo)葉開啟規(guī)律最初設(shè)置為先以每秒1%的開啟速率快速將導(dǎo)葉開到最大開度的10%，再以每秒0.2%慢速上升，1號(hào)機(jī)為拖動(dòng)機(jī)，2號(hào)機(jī)為被拖動(dòng)機(jī)。但是，這次啟動(dòng)并未成功，拖動(dòng)機(jī)的導(dǎo)葉已開到15%，拖動(dòng)機(jī)與被拖動(dòng)機(jī)仍并未轉(zhuǎn)動(dòng)，試驗(yàn)人員按緊急事故停機(jī)按鈕，流程退出。分析啟動(dòng)失敗原因，導(dǎo)葉開度第1段開啟速率較慢，輸入力矩較小，無法克服2臺(tái)機(jī)組的靜摩擦阻力矩。

之后，調(diào)整導(dǎo)葉開啟規(guī)律，將第1段開啟速率增加到每秒1.5%，第2段依然是每秒上升0.2%，電氣開限設(shè)置為導(dǎo)葉最大開度的20%，將這一導(dǎo)葉開啟規(guī)律命名為導(dǎo)葉開啟規(guī)律01。以1號(hào)機(jī)為拖動(dòng)機(jī)，2號(hào)機(jī)為被拖動(dòng)機(jī)，背靠背啟動(dòng)成功，拖動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化規(guī)律見圖3。調(diào)整電氣開限，將電氣開限設(shè)置為導(dǎo)葉最大開度的25%，將這一導(dǎo)葉開啟規(guī)律命名為導(dǎo)葉開啟規(guī)律02。以2號(hào)機(jī)為拖動(dòng)機(jī)，1號(hào)機(jī)為被拖動(dòng)機(jī)，背靠背啟動(dòng)成功，拖動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化規(guī)律見圖3。圖3中，導(dǎo)葉開啟規(guī)律01 2段的開啟速率實(shí)測(cè)值分別為每秒1.41%和0.196%，而導(dǎo)葉開啟規(guī)律02 2段的開啟速率實(shí)測(cè)值分別為每秒1.59%和0.205%。同樣的設(shè)置值，在不同機(jī)組上測(cè)得的反饋值略有區(qū)別，實(shí)測(cè)值與給定值之間存在±6%左右的誤差，這一誤差在工程應(yīng)用可接受的范圍內(nèi)。

2次啟動(dòng)過程中，機(jī)組導(dǎo)葉開度快速開到9%左右時(shí)，拖動(dòng)機(jī)與被拖動(dòng)機(jī)開始轉(zhuǎn)動(dòng)，之后，2機(jī)進(jìn)入同步快速加速段，到達(dá)90%額定轉(zhuǎn)速后，同期裝置啟動(dòng)，導(dǎo)葉開度受同期裝置控制，機(jī)組緩慢加速至額定轉(zhuǎn)速附近，同期并網(wǎng)成功后，拖動(dòng)機(jī)GCB分閘，導(dǎo)葉關(guān)閉，機(jī)組走停機(jī)流程。在導(dǎo)葉開啟規(guī)律01作用下，機(jī)組轉(zhuǎn)速在達(dá)到70%額定轉(zhuǎn)速時(shí)，導(dǎo)葉開度已達(dá)電氣開限，導(dǎo)葉開度不再增加，機(jī)組加速度度減小，轉(zhuǎn)速達(dá)到90%額定開度后，導(dǎo)葉進(jìn)入同期裝置控制模式。在導(dǎo)葉開啟規(guī)律02的作用下，在未達(dá)到導(dǎo)葉電氣開限前，機(jī)組轉(zhuǎn)速已達(dá)90%額定轉(zhuǎn)速，此時(shí)，導(dǎo)葉開度達(dá)到24%，2機(jī)同步加速，加速度幾乎保持不變。同期裝置啟動(dòng)后，迅速減小導(dǎo)葉開度，以使機(jī)組轉(zhuǎn)速平穩(wěn)上升至額定轉(zhuǎn)速，同期并網(wǎng)時(shí)的導(dǎo)葉開度已減小至20%額定轉(zhuǎn)速左右。

圖3 2種導(dǎo)葉開啟規(guī)律下的拖動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速曲線

在圖3所示的2種導(dǎo)葉開度控制規(guī)律下，機(jī)組從靜止到同期并網(wǎng)的時(shí)間分別為121 s和140 s，遠(yuǎn)小于合同規(guī)定的240 s。如果將導(dǎo)葉電氣開限設(shè)置為較高的25%最大開度，機(jī)組啟動(dòng)時(shí)間較短，但同期裝置啟動(dòng)后，導(dǎo)葉開度的改變速率較大。將導(dǎo)葉電氣開限設(shè)置為略高于單機(jī)發(fā)電空載運(yùn)行時(shí)的導(dǎo)葉開度，此電站為20%最大開度，機(jī)組啟動(dòng)速率在導(dǎo)葉達(dá)到電氣開限后逐漸減小，同期裝置啟動(dòng)后，導(dǎo)葉開度的變化速率比較平穩(wěn)，但啟動(dòng)時(shí)間較長。綜合考慮以上因素，在之后的背靠背啟動(dòng)試驗(yàn)中，將導(dǎo)葉開啟規(guī)律設(shè)置為2段式開啟。第1段，導(dǎo)葉以每秒1.5%的增速，快速開到最大開度的10%；第2段，以每秒0.2%的增速增加到電氣開限。

2.2 勵(lì)磁電流配合的試驗(yàn)分析

勵(lì)磁電流的大小影響著機(jī)組電磁力矩的傳遞，也直接影響著背靠背啟動(dòng)的成敗。拖動(dòng)機(jī)組的勵(lì)磁電流值在背靠背啟動(dòng)過程中保持不變，而被拖動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流值在同期裝置啟動(dòng)之前會(huì)保持恒定值，而同期裝置啟動(dòng)后，會(huì)根據(jù)機(jī)端電壓與電網(wǎng)電壓調(diào)節(jié)被拖動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流，以滿足同期并網(wǎng)條件。由于被拖動(dòng)機(jī)同期并網(wǎng)時(shí)的勵(lì)磁電流接近于單機(jī)發(fā)電方向空載并網(wǎng)時(shí)的勵(lì)磁電流值，因此，與之對(duì)應(yīng)的拖動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流值宜設(shè)置為額定空載勵(lì)磁電流。被拖動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流值分別設(shè)置為0.9倍、0.8倍和0.75倍額定空載勵(lì)磁電流值，額定空載電流值為976 A。

被拖動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流設(shè)置為0.9倍額定空載勵(lì)磁電流時(shí)，背靠背啟動(dòng)失敗。分析啟動(dòng)失敗原因，被拖動(dòng)機(jī)勵(lì)磁電流較大，導(dǎo)致空載電壓較高，2臺(tái)機(jī)組電壓幅值差較小，啟動(dòng)電流不容易通過啟動(dòng)母線注入被拖動(dòng)機(jī)組中，啟動(dòng)力矩小。當(dāng)2臺(tái)機(jī)組開始轉(zhuǎn)動(dòng)后，拖動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速快速上升，而被拖動(dòng)機(jī)加速較慢，迅速引起頻差保護(hù)動(dòng)作，機(jī)組跳機(jī)。

將被拖動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流降低至0.8倍和0.75倍的空載額定勵(lì)磁電流，背靠背啟動(dòng)均成功，被拖動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速曲線見圖4，被拖動(dòng)機(jī)輸入的有功功率見圖5。從圖4、圖5中可以看出，在相同的導(dǎo)葉開啟規(guī)律，2組不同的勵(lì)磁電流下，被拖動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速上升曲線幾乎重合，而從拖動(dòng)機(jī)組中吸收的有功功率曲線也幾乎重合。被拖動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速上升到90%額定空載轉(zhuǎn)速前，輸入的有功功率持續(xù)增加，同期裝置啟動(dòng)后，減小導(dǎo)葉開度，降低機(jī)組轉(zhuǎn)速的上升率，被拖動(dòng)機(jī)吸收的有功功率也迅速下降。圖4和圖5中，分析2條曲線分別近乎重合的原因，2臺(tái)機(jī)組啟動(dòng)的原動(dòng)力來源于拖動(dòng)機(jī)的水輪機(jī)，被拖動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)力矩來源于電磁轉(zhuǎn)矩。從能量傳遞的角度分析，由拖動(dòng)機(jī)傳遞給被拖動(dòng)機(jī)的電磁力矩為水輪機(jī)的輸入機(jī)械力矩減去拖動(dòng)機(jī)的損耗阻力矩，而導(dǎo)葉開啟規(guī)律不變的情況下，這2者幾乎不變。再分析被拖動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩。被拖動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流為零時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩為零，逐漸增大勵(lì)磁電流，電磁轉(zhuǎn)矩也隨之逐漸增大；當(dāng)勵(lì)磁電流增大到一定程度后，可傳遞的電磁轉(zhuǎn)矩已達(dá)到原動(dòng)機(jī)的輸入力矩與損耗阻力矩的差值，再適當(dāng)增大勵(lì)磁電流并不能增加傳遞的電磁力矩；而如果繼續(xù)增大被拖動(dòng)機(jī)勵(lì)磁電流，將導(dǎo)致被拖動(dòng)機(jī)的空載電壓過高，拖動(dòng)機(jī)與被拖動(dòng)機(jī)的電壓差較小，啟動(dòng)電流反而不容易通過啟動(dòng)母線注入被拖動(dòng)機(jī)組中，進(jìn)而引起電磁轉(zhuǎn)矩降低。因此，被拖動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流過小或過大均不能產(chǎn)生足夠的啟動(dòng)力矩使背靠背啟動(dòng)成功。由于背靠背啟動(dòng)數(shù)學(xué)模型的非線性，這一被拖動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩隨勵(lì)磁電流的變化曲線，很難通過試驗(yàn)測(cè)得。本文試驗(yàn)中的0.9倍額定空載勵(lì)磁電流應(yīng)已進(jìn)入勵(lì)磁電流過大的區(qū)域，因此啟動(dòng)失敗。而勵(lì)磁電流過小導(dǎo)致啟動(dòng)失敗的試驗(yàn)，由于現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)時(shí)間的限制，且該試驗(yàn)對(duì)工程實(shí)踐不具價(jià)值，因此，并未進(jìn)行試驗(yàn)。被拖動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流值存在一個(gè)合適的區(qū)間，使得電磁轉(zhuǎn)矩接近最大值，本文試驗(yàn)的0.8倍和0.75倍的空載額定勵(lì)磁電流值，應(yīng)已處在此區(qū)間范圍內(nèi)，而通過試驗(yàn)的方法很難確定這一區(qū)間的上限與下限。而工程實(shí)際應(yīng)用中，也不需找到此區(qū)間的邊界，只需找到一個(gè)合適的運(yùn)行點(diǎn)，使得背靠背啟動(dòng)能按合同要求時(shí)間完成即可。

圖4 被拖動(dòng)機(jī)在不同勵(lì)磁電流下的啟動(dòng)曲線

圖5 被拖動(dòng)機(jī)在不同勵(lì)磁電流下的輸入有功功率曲線

在被拖動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到90%額定轉(zhuǎn)速，同期裝置啟動(dòng)后，同期裝置會(huì)逐漸調(diào)節(jié)被拖動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流，以使被拖動(dòng)機(jī)機(jī)端電壓與電網(wǎng)電壓達(dá)到同期合閘要求。同期并網(wǎng)時(shí)，勵(lì)磁電流值一般在額定空載勵(lì)磁電流附近。因此，在同期裝置啟動(dòng)后，從被拖動(dòng)機(jī)勵(lì)磁電流的調(diào)節(jié)時(shí)間上比較，被拖動(dòng)機(jī)初始勵(lì)磁電流設(shè)置為0.8倍額定空載勵(lì)磁電流比0.75倍額定空載勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)時(shí)間更短。綜合以上分析，被拖動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流值設(shè)置為0.8倍的空載勵(lì)磁電流更加合理。

3 其他原因?qū)е聠?dòng)失敗的案例分析

現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試期間，在導(dǎo)葉開啟規(guī)律和拖動(dòng)機(jī)與被拖動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流值均設(shè)置得當(dāng)后，背靠背啟動(dòng)過程中，仍出現(xiàn)過幾次啟動(dòng)失敗的案例，具體原因分析如下。

(1)調(diào)速器導(dǎo)葉開度超過電氣開限。在背靠背拖動(dòng)過程中，此電站使用的調(diào)速器在原始程序中設(shè)計(jì)了導(dǎo)葉電氣開限值，這一設(shè)置也有其必要性。當(dāng)導(dǎo)葉開啟規(guī)律或勵(lì)磁電流配合值設(shè)置不當(dāng)時(shí)，可能導(dǎo)致雖然導(dǎo)葉逐漸開啟，但拖動(dòng)機(jī)與被拖動(dòng)機(jī)均未啟動(dòng)，或拖動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速突然上升，明顯高于被拖動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，2機(jī)突然失步。此時(shí)，機(jī)組會(huì)立即執(zhí)行跳機(jī)流程，2臺(tái)機(jī)勵(lì)磁跳開后，由于導(dǎo)葉關(guān)閉需要一定時(shí)間，拖動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速會(huì)迅速上升，如果此時(shí)的導(dǎo)葉開度過大，拖動(dòng)機(jī)很有可能迅速升速，甚至遠(yuǎn)超過額定轉(zhuǎn)速。因此，需要設(shè)定調(diào)速器導(dǎo)葉開度的上限，防止故障情況下，拖動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速上升過高。這一導(dǎo)葉開度比機(jī)組額定轉(zhuǎn)速空轉(zhuǎn)狀態(tài)下的導(dǎo)葉開度(導(dǎo)葉最大開度的19%)略大，原始設(shè)計(jì)值為導(dǎo)葉最大開度的20%。在大多數(shù)的背靠背啟動(dòng)試驗(yàn)中，導(dǎo)葉實(shí)際開度均未超過電氣開限，啟動(dòng)成功。而在少數(shù)幾次背靠背啟動(dòng)中，在拖動(dòng)機(jī)機(jī)組未達(dá)到額定轉(zhuǎn)速前，導(dǎo)葉開度已達(dá)到電氣開限，同期裝置啟動(dòng)后，無法通過增大導(dǎo)葉開度來使機(jī)組轉(zhuǎn)速到達(dá)額定轉(zhuǎn)速，到達(dá)同期裝置設(shè)置的最大同期時(shí)間后，同期失敗，保護(hù)動(dòng)作，機(jī)組跳機(jī)。分析原因，幾次啟動(dòng)失敗的案例中，實(shí)際運(yùn)行水頭相比額定水頭較低，同樣的導(dǎo)葉開度下，水輪機(jī)產(chǎn)生的力矩略小，機(jī)組無法加速到額定轉(zhuǎn)速。調(diào)試時(shí)，解決此問題的辦法有2種：①請(qǐng)調(diào)速器廠家在源程序上略微增大電氣開限的上限；②當(dāng)調(diào)速器廠家未在現(xiàn)場(chǎng)，或無法改動(dòng)源程序時(shí)，只能采用在調(diào)試器觸摸屏面板上手動(dòng)逐漸增大電氣開限的方式，當(dāng)導(dǎo)葉的實(shí)際開限接近電氣開限時(shí)，手動(dòng)點(diǎn)擊增加開限按鈕，以每次0.25%的速率遞加，直至同期成功。結(jié)合前面的分析，此電站最終將電氣開限調(diào)整為導(dǎo)葉最大開度的25%。

(2)同期超時(shí)，啟動(dòng)失敗。電站共有4臺(tái)機(jī)組，在做3號(hào)機(jī)拖動(dòng)4號(hào)機(jī)背靠背啟動(dòng)的實(shí)驗(yàn)時(shí)，在同期并網(wǎng)的過程中，4號(hào)機(jī)組連續(xù)出現(xiàn)了3次同期并網(wǎng)失敗。檢查同期裝置的報(bào)文，顯示對(duì)象側(cè)電壓過低，也就是機(jī)端電壓與電網(wǎng)電壓的電壓幅值差值沒有達(dá)到同期并網(wǎng)的要求，同期裝置調(diào)節(jié)的時(shí)間超過設(shè)定的時(shí)間后，電壓差值仍然沒有滿足并網(wǎng)要求，同期失敗，機(jī)組事故停機(jī)。啟動(dòng)失敗后，現(xiàn)場(chǎng)從監(jiān)控調(diào)取了機(jī)端電壓與電網(wǎng)電壓的測(cè)量值，經(jīng)對(duì)比計(jì)算，2者的電壓差值滿足同期并網(wǎng)要求。初步判斷，為同期裝置內(nèi)部故障。之后，又進(jìn)行了1號(hào)機(jī)組拖動(dòng)4號(hào)機(jī)組背靠背啟動(dòng)的試驗(yàn)以及4號(hào)機(jī)組單獨(dú)發(fā)電空載并網(wǎng)和抽水調(diào)相并網(wǎng)的試驗(yàn)，也出現(xiàn)了同期失敗的現(xiàn)象。由此可以證明，同期裝置內(nèi)部發(fā)生了故障。與監(jiān)控廠家協(xié)商后，對(duì)同期裝置進(jìn)行了更換，再次進(jìn)行3號(hào)機(jī)拖動(dòng)4號(hào)機(jī)的背靠背啟動(dòng)試驗(yàn)，同期并網(wǎng)成功。

4 結(jié) 語

本文簡要分析了背靠背啟動(dòng)的原理以及監(jiān)控流程中的注意事項(xiàng)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際試驗(yàn)方法，選出了適合某電站國產(chǎn)化400 MW抽水蓄能機(jī)組背靠背啟動(dòng)的重要參數(shù)，主要結(jié)論如下。

(1)導(dǎo)葉開啟規(guī)律建議選擇先快后慢的方式，先以每秒1.5%的速率開到最大導(dǎo)葉開度的10%，再以每秒0.2%的速率開到導(dǎo)葉電氣開限值。

(2)拖動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流值建議設(shè)置為額定空載勵(lì)磁電流值，被拖動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流值設(shè)置為0.8倍額定空載勵(lì)磁電流值。

(3)導(dǎo)葉電氣開限設(shè)置較低及同期裝置故障等問題均可能引起背靠背啟動(dòng)失敗。導(dǎo)葉電氣開限設(shè)置值建議略高于單臺(tái)機(jī)組發(fā)電空載導(dǎo)葉開度，此電站導(dǎo)葉電氣開限設(shè)置為25%最大導(dǎo)葉開度。

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