（湖南黑麋峰抽水蓄能有限公司湖南省长沙市410213）
摘要：抽水蓄能机组具有运行工况外，抽水蓄能机组还有发电调相、抽水调相、抽水运行、变频启动、背靠背启动等多种工况。为了满足这些要求，其励磁系统的运行较为复杂，须考虑到抽水工况SFC和背靠背起动时对励磁的相关要求。文章结合黑麋峰电站抽水蓄能机组励磁系统，分析了抽水蓄能机组保护励磁系统运行特点。
关键词：抽水蓄能机组励磁系统特点SFC背靠背
1.引言
近年来，由于电网规模不断扩大，特高压交直流电网的陆续投运，电力系统调峰矛盾日益显现，作为电网中目前最有效调峰手段的抽水蓄能机组建设也快速发展。抽水蓄能机组较常规水电机组工况多，具有发电、抽水、发电调相、抽水调相、抽水运行、变频启动、背靠背启动等多种工况，因此抽水蓄能机组保护较常规水电机组励磁运行较复杂，须考虑到抽水工况SFC和背靠背起动时对励磁的要求。
2.励磁调节硬件软件介绍
励磁调节器为GMR3调节器，共有两个调节通道，一主一备，完全冗余。每个调节通道的硬件组成为：NGT2电源板（1块），MRB3主处理器板（1块），LCOM通讯板（用于内部、外部通讯各1块），PGS3子处理器和信号处理板（1块），通道数字量输入板DE32（2块），通道数字量输出板DA32（1块），ELTERM现地操作终端。
2.1GMR3调节软件
GMR3调节器软件由以下几部分组成：1、操作系统（能够编辑和监视调节器程序）2、主调节器程序（带有现场专用的设定值）3、子程序（在子处理器中）。
操作系统和调节器程序运行在主处理器MRB3板中，子程序运行在PGS3板和LCOM板（通讯板）的子处理器当中。子程序处理的任务有时间限定，这些任务有：触发脉冲的产生，实际值的计算，总线故障的处理等等。而这些有时间限定的任务是主处理器不能完成的。
2.2调节器的子程序
主程序不能处理的一些功能，都由PGS3板中的子程序来完成。PGS板中有3个子处理器，分别有3个子程序。
PrC：用来计算实际值，这些实际值主要有：同步电压（可控硅电压）、定子电压、定子电流、转子电流等等。子处理器C中还有一个电力系统稳定器的程序。这些实际值首先由PGS3板采集，然后经过滤波和模/数转换再送到子处理器C中进行处理。这些实际值最后通过双端口随机存储器送到主处理器板MRB3中。
PrB：包含有一个手动电流调节程序，它具有P(I)特性。
MRB3板根据子处理器C计算值进行处理，将处理结果输给子处理器B，子处理器B中的手动电流调节程序再根据励磁电流，计算出触发脉冲的角度。然后传给子处理器A。
PrA：功能是计算出所需要的触发脉冲的个数，然后通过脉冲放大器传给每个可控硅。
子处理器A与MRB3的数据交换依然通过内部的双端口随机存储器来进行。
2.3限制器
2.3.1无延时最小励磁电流限制器
增加励磁电流，防止在允许的最小励磁电流下运行。
2.3.2无延时最大励磁电流限制器
减小励磁电流，以限制最大允许顶值励磁电流。
2.3.3带延时的最大励磁电流限制器
减少励磁电流，以防止机组因励磁电流过大而过热。
2.3.4带延时的定子电流限制器
根据运行方式的不同（过励或欠励），减少或增加励磁电流，以防止因定子电流过大而过热。
2.3.5无延时功角限制器
增加励磁电流防止同步电机失步，用于限制欠励。
2.3.6无延时的电压/频率限制器
减少励磁电流，以防止发电机和主变压器的磁密度超出允许的范围。
2.3.7带延时的发电机电压限制器
减少/增加励磁电流，以防止发电机电压超出允许运行值。
2.3.8电力系统稳定器PSS
电力系统稳定器是同步电机励磁系统的一个附加控制，它的控制作用也是通过电压调节器的调节作用而实现的。静态励磁系统具有高的增益和快速响应时间，这大大地帮助了瞬态稳定（同步力矩）。但与此同时，却趋向于降低对小信号的稳定（阻尼力矩）。PSS控制的目的是提供一个正阻尼系数，以阻尼发电机转子角度的摇摆。在电力系统中，其摇摆的频率是在一个很大的范围内变化。PSS是用于提供一个正的阻尼力矩分量以弥补AVR所产生负阻尼，从而形成一个有补偿的系统，它增加了阻尼，并增强了小信号（静态）稳定。这是由于生成一个与转子转速同相的信号，并与AVR得出的参考值相加而得到的。
3.各工况下的励磁运行特点
3.1发电工况运行
机组发电启动时，当机组转速达到90%额定转速时，励磁装置投入。此时，励磁装置工作在自动电压调节的正常通道，初始励磁输出为额定空载励磁的90%，大大缩短了机组启动的时间。
3.2背靠背启动运行
BTB启动方式是指：一台机组将另一台机组由静止状态拖动到同步泵工况运行状态的一种方式。其励磁调节分为拖动机组和被拖动机组两个部分：
1）拖动机组的励磁调节：在整个启动过程中，拖动机组工作在自动电压调节方式，励磁输出随着机组转速的升高而增加。转速与励磁电流的关系曲线由U/F限制回路确定。
2）被拖动机组的励磁调节：此时励磁装置工作在手动运行通道，其励磁输出在启动整个过程中均为一个不变的量直至与系统并网后，才切换至自动运行方式。
3.3SFC启动水泵运行
作为被拖动启动状态，该机组的励磁方式在手动励磁调节通道，由励磁装置提供一固定的励磁值，直至同步转速。机组并网后，自动切换至自动调节器正常工作通道。
3.4电气刹车工况运行
机组停机利用电气刹车制动，将发电机出口三相短路，励磁投入采用手动电流开环调节，此时转子磁场与定子磁场相反，形成制动力矩以降低机组转速，快速停机。
当发电机转速n<60％，自动投入电气刹车，先合电气刹车刀闸，刹车刀闸合上后自动投入励磁并采用手动电流调节方式，加入励磁电流1320A，在转速n=0时退电气刹车，先退出励磁，再断开电气刹车刀闸。
3.5强励
当发电机机端电压下降至额定值80%时，强励动作，提供2倍的额定励磁电流，持续时间不小于20S励磁系统电压响应时间，上升（强励）不大于0.08S，下降（强减）不大于0.15S。
4.励磁系统与其它系统的配合
4.1励磁系统与SFC的配合关系：
抽水SFC启动时，首先合上励磁开关并输出900A励磁电流，SFC在机桥侧检测三相电压并通过计算得出转子位置。启动时机端电压的控制是由励磁跟SFC共同完成，励磁根据预先设定好的曲线，调整并输出励磁电流。
4.2励磁和保护之间的关系：
当励磁与机组保护同时运行时，不论励磁系统本身故障或机组保护动作，都要将机组与励磁解列。保护动作，励磁进行事故灭磁。励磁系统的某些故障也会启动保护装置。
4.3励磁与同期装置的关系：
同期的调节电压差是由同期装置向励磁系统发出加减励磁的命令来实现的。
4.4励磁与计算机监控系统的关系
励磁系统在给定电压值方式运行，因此计算机监控系统给励磁系统一个电压给定值，计算机监控系统将机组运行工况指令下达给励磁系统，励磁系统将各种信号反馈给计算机监控系统，励磁的调节自始至终都要使极端电压达到给定值。
5.结论
抽水蓄能机组具有多种工况，相应的励磁系统运行也较为复杂，抽水蓄能机组励磁必须适用各种工况，考虑各种不同工况下对励磁的要求和与其它控制系统的配合。