抽水蓄能电站水泵电动机的启动方式

　　华东电力抽水蓄能电站水泵电动机的启动方式徐银娣（天荒坪抽水蓄能电站工程建设公司，浙江安吉313300）动机是一种比较成熟、可靠的启动方式，天荒坪电站选用该方式作为水泵电动机启动的主用方式。而背靠背同步启动加速时间短，但不能解决纯蓄能电站后一台水泵电动机组的启动问题，且因背靠背启动时需消耗水库水量，因此，天荒坪电站将背靠背启动方式作为电站备用启动方式：TM921.51：B文章编号：1001~9529（2001）天荒坪抽水蓄能电站装有6台300MW立式、同轴单速可逆式水泵水轮机一发电电动机组，承担调峰、填谷、事故备用、调相、调频等功能该站属日调节的纯抽水蓄能电站，机组水泵工况的可靠启动是保证电站正常运行的重要环节之按设计要求，每台机组每天需启停10个循环，为满足6台水泵电动机组的频繁、快速可靠地启动，采用静止变频器（SFC）同步启动为主及背靠背同步启动为备用的两种方式，电站设置两组容量为22MW的SFC，每组均可连续逐一启动6台机组，并留有2次失败再启动的能力；每台机尚可借助背靠背方式启动其他任何5台机为天荒坪电站主接线图，全厂设置一组启动母线，供SFC启动与背靠背启动合用，启动母线设有分段开关两组SFC的启动电源接自15号主变的低压侧，并分别接到两段启动母线上，允许在两段启动母线上同时进行SFC启动或背靠背启动启动母线通过拖动、被拖动闸刀接至发电机开关的两侧，并在被拖动闸刀与主母线连接处实现换向，以确保电动机相位的正硫1SFC启动方式SFC为法国CEGELEC公司产品，为交一直一交单桥型装置，即将固定频率的电网电压通过6脉动整流逆变桥装置转换为可变的频率和电压，借此逐步将水泵电动机拖动到同步转速，待并网后切除变频器回路1.1SFC主要技术参数额定输出功率22MW；电网侧输入电源额定电压A；变频器输出电压0~ 19.8kV，输出频率0~ 525Hz，输出额定电流为1120A设计启动加速时间为210s，允许连续启动机组8次（含2次备用启动），由此确定变频器短时工作制为额定电流连续运行32min，间歇28min变频装置采用水冰冷却；为抑制谐波对系统的影响，在装置输入端接有谐波滤波器和隔离变压器。

　　12SFC装置容量的选择利用SFC装置启动水泵电动机，在加速过程中产生的拖动转矩（Tm）必须克服机组的机械负载产生的阻力转矩（Tr）以及和角速度（k）成正比的附加阻力转矩，即：Tm-Tr=J（dk/dt）（1）被启动水泵电动机转动系统的惯量飞轮转动惯量：发电电动机3860K103kg.m2；水泵水轮机180（1（fkg.m2fchin机组转动惯量：1娜Kflcg.m2机转启动阻力矩：19（2）机组加速过程中的阻力矩（表1）表1加速过程中的阻力矩损失分类额定转速时的能量损失/kW阻力矩变化规律轴承损失风阻铁损（Un时）水泵压水旋转水泵水中旋转根据天荒坪电站水泵水轮机组的特点，决定启动程序为：机组先在水中启动，当转速达到15额定转速时，进行压水，以后，机组将在空气中加速根据这一过程，计算水泵电动机启动过程中的阻力矩示于水泵电动机启动时阻力与转速的关系0~50r/min为脉冲耦合阶段，即强迫换相阶段50~500r/min为自然换相阶段。

　　根据所要求的启动加速时间及SFC输出功率变化规律，推算出转速一加速时间的变化规律示于。

　　机组阻力矩随转速的增加而加大，在额定转速附近，为克服机组的阻力矩和转动惯量，要求SFC装置的拖动转矩为425. 65kN.m，由此可以近似算出所需的SFC大容量为22MW 13.1转子位置传感器的设置和调整SFC启动水泵电动机是基于电动机转子磁场和SFC在定子中建立的电枢旋转磁场的相互作甩为实现顺利启动，必须选择电枢磁场与转子磁场的佳配合关系，以求得大的启动力矩为此，在大轴末端装设了转子位置传感器，模拟转子磁极的转盘与大轴同步旋转，模拟定子三相绕组位置的3只电磁传感器按电气角120*间隔布置。由于机组有6对磁极，因此三相传感器几何位置的机械角相差为80*由于电站有两组SFC，因此U相传感器分别定位在发电机±Y轴线上U、VW三相的磁轴线与传感器产生的方波中心线重合，转子每转过一个磁极，位置传感器接受一个脉宽为180*的方波，这些方波与转子磁场相位一致，方波经过中央处理单元处理构成间隔60*脉宽120*的6组触发脉冲，分别控制逆变桥的6个臂，产生送往定子的三相电流调试时，要多次调整传感器的位置及其与转盘的间距，并在转子低速稳定转动下进行检验，使之产生的脉冲宽度和幅值符合逆变器可控硅触发要求13.2强迫换相与自然换相在机组启动初期，由于机端电压太低无法引导逆变器可控硅的可靠换相，因此，在低转速下逆变器必须采取强迫换相，当机端电压达到一定数值后，逆变桥才能进入自然换相。所谓逆变桥的强迫换向是利用整流桥的直流输出电压的反向作用，去快速抵消直流连接电路的直流，即将整流桥设定到全逆变状态来消除直流电流Id，当0时，逆变桥的所有可控硅均被关断在核实定子电流确已被中断，触发脉冲即被传送到逆变桥新的要被触发的可控硅同时取消整流桥全逆变功能的设定，这样环路又产生直流电流和定子电流，被称为脉冲耦合方式。它有一个上限频率，因为当逆变桥的结构一定，取消及重建直流所需的时间，实际上是恒定的而当电动机频率增加时，可用于进行逆变桥强迫换相的时间越来越短，理论上允许强迫换向的极限频率上限为9.25Hz天荒坪电站调试前设定频率上限为5Hz，调试中经常出现SFC拖动不成功，后整定到3. 75Hz，SFC启动才进入正常状况13.3SFC启动程序与调试SFC装置连接在主变的低压侧，正常情况下1.3SFC启动的实施AcademicJournalElectronicPub输入断路器处在合闸状态，滤波器在投入位置当net华东电力机组需要SFC装置拖动从静止状态进入水泵工况运行时，需经历以下主要步骤：程序，机组具备启动条件，高油压顶起装置投入；换相隔离刀闸合于水泵方向，被拖动刀闸合闸；SFC辅助设备启动。

　　入，转子励磁电流升至900A（约5额定励磁电流），SFC调节器解锁并建立定子电流首先进入脉冲耦合阶段，当频率大于等于3.75Hz时，逆变桥工作进入自然切换相阶段。

　　打开水环排水旁通阀，对水泵转轮室充气压水，约20s，尾水管水位降到整定低位，停止充气压水。

　　随着尾水管水位的变化，系统需对转轮室补气当机组到90额定转速时，退出高油压顶起装置5Hz时，SFC发出同期准备命令。这时随着SFC频率跟踪开关选择位置的不同，如选择OFF，则SFC执行同期装置发出的“升”或“降”命令；若选择ON，则SFC进行频率检测和调节。在SFC拖动过程中，转速从0~495r/min，转子励磁电流基本保持调试确定值，不予改变。当转速大于495r/min时，励磁电流作跟踪调整，当电压和频率满足并网要求时，指令合上发电机回路开关GCB上被闭锁，电流衰减并打开SFC输出断路器、输出闸刀和拖动闸刀；转轮室开始排气并从主进水阀的旁通阀充水，当压力钢管与蜗壳压力相等时，关闭转轮迷宫冷却水和排水旁通阀，打开主进水阀开始泵水实际上，SFC启动水泵电动机的实际加速时间只有187s 2背靠背同步启动方式背靠背同步启动是借助一台发电机作为拖动机启动一台水泵电动机，两台机组定子进行电气连接，启动前两台机的转子都加上一定的励磁电流，然后逐渐打开拖动机导叶，作为发电机运行，向水泵电动机提供定子电流，使水泵电动机拉入同启动执行程序和调试情况如下：（1）通过电站监控系统选择拖动与被拖动机组，确定拖动机完成拖动任务后的运行状态。

　　a.拖动机组具备启动条件，打开换相隔离闸刀、机组中心点隔离闸刀，合拖动闸刀。

　　b.被拖动机具备启动条件，投入高油压顶起装置；换相隔离闸刀合于水泵，合上被拖动闸刀。

　　电气上连接。拖动机加上励磁电流920A后开机；同时被拖动机加励磁电流至890A转轮室进行充气压水，约20s，尾水管的水位降到整定低位，停止充气压水随着尾水管水位的变化，该系统需对转轮室补气。当任一台机组加速到90额定转速时，退出高油压顶起装置被拖动机准备同期命令，利用机组控制系统调节机端电压和被拖动机转速，符合同期条件时合上被拖动机组断路器，打开拖动机组断路器；再打开拖动和被拖动闸刀，将两台机组分开，并使拖动机转至事先已选择好的稳定状态（停机或发电）f.被拖动机并网后进入水泵抽水运行。

　　背靠背同步启动的加速时间约80s，但由于上水库水位变化较大，而拖动机导叶开启规律和励磁电流值保持不变，在背靠背启动过程中，因水位不同产生的定子电流和启动速度变化很大当上水库水位高时，定子电流变大和启动速度加快；当上水库水位低时，定子电流相对较小启动速度变慢这个问题有待于水力和调速系统的改进，使背靠背启动过程有一个稳定的定子电流和启动速度。虽然背靠背启动的加速时间比SFC启动快，但要消耗水库水量，为减少损失，通常背靠背启动方式大多作为水泵电动机启动的备用方式。

　　3结语（1）水泵电动机的可靠启动是保证抽水蓄能电站正常运行的重要环节之一，必须努力提高水泵电动机组的启动成功率比较成熟可靠的启动方式，天荒坪电站选用该方式作为水泵电动机启动的主用方式（3）背靠背同步启动加速时间短，但不能解决纯蓄能电站后一台水泵电动机组的启动问题，且背靠背启动时要消耗水库水量，故天荒坪电站将该方式作为电站备用启动方式1（2）进入背靠背启动程序