抽水蓄能电站直接异步法启动对机组和电网的影响

>方能助

（宁波电业局，浙江宁波315010）


摘要：通过对宁波溪口抽水蓄能电站的两步直接法启动过程的仿真计算和机组接入系统的启动过程实测，描述了该过程对机组本身和电网的电能质量造成的影响，并对其影响进行评估。关键词：抽水蓄能电站直接法启动

0概述
宁波溪口抽水蓄能电站安装有2台40MW可逆式水泵水轮机——发电电动机组。电站发电机出口电压为10．5kV，经电站主变压器升为110kV，以一回线路接入220kV奉化变电所与系统相连。电站有发电和水泵抽水两种运行工况，为日调节纯抽水蓄能电站。
水泵抽水工况运行采用的是半电压异步启动方式(目前国内已投产的抽水蓄能电站采用半电压异步启动方式的只有溪口电站)，即：从电站主变压器低压侧10．5kV抽头取半电压5．25kV，作为机组启动电压，采用电动机异步启动方式，在机组转速为零时，就强行合上半压开关将机组拖起转动，当转速达额定转速90时，合全压开关，待转速达额定转速98以上，检查滑差小于1．5后，投励磁将机组强行拉入同步。电站建设初期对电站机组启动方式进行了选择，考虑到溪口电站机组容量不大，且只有2台机组，如采用静止变频启动装置，设备造价较高。从减少投资考虑，经过经济技术综合比较，选用了半电压异步启动作为水泵工况的启动方式，这种半压异步启动方式设备少、投资省、操作简单。但是，在启动过程中启动电流大，对主设备有较大冲击，对电力系统的电能质量在瞬间也有一定影响。

1仿真计算和实测比较
　　在进行设备制造时，厂家作了仿真计算，其结果分别见表1～表3。






1.2接入系统时的实测值
在第一台机组启动试验时，测试了从零转速到额定600r/min同步运行的全过程。对升压站两侧的110kV、10.5kV的电压和机组电流进行了实测录波。实测值与系统短路容量为750MVA时仿真计算值的比较见表4。


在合半压开关和合全压开关的瞬间，机组的启动电流分别达到额定电流2361A的4倍和4．7倍。
1.3仿真计算与实测值偏差较大的原因
　　通过表4可以看出，在两步直接法异步启动时，实际启动时间为64s，而设计启动时间为小于34s，其主要差异是在半压异步启动过程中，相差达30s。主要原因为电站升压变压器的制造参数与设计值有较大差异，变压器半压短路电压比值由设计值12．9升至实际的38．55，使得半压异步启动过程时间大大增加。
2启动过程对机组的影响
2.1定子绕组的温升
　　在机组以抽水方式启动时，定子绕组会产生过热现象。在该过程中，水轮发电－电动机组的极靴吸收的能量为：

其中S_n—机组的视在功率；
　　H—转子惯性时间常数(包括发电－电动机组及水轮机)；
t—启动时间；
T_a—水轮机无水工况下的逆转矩；　　
S—滑差系数。
由式可知：T_a增加则E增加，定子绕组的温升随着增加。如启动时间过长(远大于34s)可能造成机组端部绝缘损坏。
2.2启动电流冲击
　　由于水泵工况半压异步启动时冲击电流很大，最大为额定的4．7倍，对发电机出口开关、隔离刀闸及主变压器均有很大冲击。长期的冲击对这些设备的正常运行已造成了危害，如1999年10月7日，1号机水泵工况启动过程合全压开关瞬间，机组的隔离刀闸C相触头烧损，并经支撑架瞬间放电，形成很强的弧光，造成盘内三相母线短路，主变差动保护动作跳机。形成的汽浪冲击，将闭锁的隔离开关小车崩出正常位置2cm，盘柜门及锁均损坏。
　　由于半压异步启动方式每天要进行1～2次，对运行有较大的心理压力。同样由于半压异步启动时冲击电流（在半压开关和全压开关合分瞬间，启动电流分别为额定电流的4倍和4．7倍）造成机组和主变差动保护误动，只能通过抬高主变保护整定值和机组差动保护在启动过程中闭锁的办法，使机组启动的成功率由90提高到98，但其后果是同时降低了保护的灵敏性。
3启动过程对电网电能质量的影响
当今社会已进入网络化的信息时代，计算机设备在商业、工业和家庭中占主导地位，这些设备对来自电网的干扰，特别是电压骤降和瞬时停电很敏感，电压骤降和瞬时停电为用户最关心的电能质量指标之一。半压异步启动时30电压降持续时间20ms已是计算机等设备对电压骤降的耐受能力极限。
　　对于短时间闪变Pst这一电能指标，衡量的时间长度为10min，在半压异步启动时，电网的公共连接点110kV母线电压闪变值Pst＝1．7，已超过标准限制值1，人眼明显有灯光的闪烁感。
4电压骤降问题的解决对策
通过一年多的运行表明，半压异步启动方式基本可以满足要求。但随着市场经济的发展和用户对电力企业的电能质量要求的提高，这种运行方式对电网的干扰问题必须得到解决。电压骤降问题的通常解决办法为动态无功补偿或改用静止变频启动限制启动电流。
静止变频启动装置(STATICFREQUENCYCON－VERTER)简称“SFC”。国外的抽水蓄能电站大多采用SFC作为水泵工况的启动方式。国内已投产的所有抽水蓄能电站，如：广州抽水蓄能电站、天荒坪抽水蓄能电站、十三陵抽水蓄能电站等均采用SFC。它的优点是无级变速、启动平稳、反应速度快、调整方便、启动过程对系统无冲击。但所需的控制设备复杂，对元件的可靠性要求高。　　
由于SFC装置技术上已比较成熟，电站通过技术改造现已改用SFC启动。机组已不会对电网造成冲击，也不会降低电力系统电能质量，同时对机组本身的电流冲击也大为减轻，提高了设备的安全性。