沙集抽水站抽水——發(fā)電換相操作方法

徐立建，崔曉遠，李 衡

（江蘇省駱運水利工程管理處，江蘇 宿遷 223800）

現(xiàn)有的泵站啟動回路換相系統(tǒng)中，變頻啟動方式和背靠背啟動方式設(shè)計了相互獨立的換相方式。其中，變頻啟動方式采用軟件換相，即通過設(shè)置在變頻啟動裝置內(nèi)的換相軟件實現(xiàn)換相；背靠背啟動方式則是通過在拖動回路設(shè)置換相電纜或換相母線實現(xiàn)換相。本文主要敘述了沙集泵站的換相方法及變頻啟動換相參數(shù)的設(shè)定。

1 工程概況

江蘇省沙集抽水泵站建于1993年,泵站位于徐州市睢寧縣沙集鎮(zhèn)的徐洪河上,距下游洪澤湖73 km，為江蘇省利用世界銀行貸款加強灌溉農(nóng)業(yè)泵站工程項目之一，是南水北調(diào)東線的第五梯級泵站。工程整體結(jié)構(gòu)采用閘站合一的形式，中間為抽水能力50 m3/s的泵站，兩側(cè)布置設(shè)計流量為200 m3/s，校核400 m3/s的節(jié)制閘，全部工程按一級水工建筑物設(shè)計，泵站選用1800HD-10.5型立式混流泵，共5臺套，單機流量10 m3/s，配套TL1600-20/2150主電機5臺，單機功率1 600 kW，總裝機容量8 000 kW。同時，豐水季節(jié)沙集泵站可反向發(fā)電提高工程利用率。

2 沙集抽水泵站小水電改造情況簡介

沙集抽水泵站于2014年通過小水電改造，裝設(shè)了變頻發(fā)電機組，有效提高了發(fā)電效率。變頻機組通過降低發(fā)電的電壓與頻率，降低機組轉(zhuǎn)速，提高發(fā)電效率。變頻機組的工作原理主要是通過兩臺極對數(shù)不相同的同步電機同軸連接，其中一臺電動機與電網(wǎng)連接，在50 Hz工頻下運行，另一臺電動機在低于工頻的頻率，產(chǎn)生一個低頻小電網(wǎng)，帶動機組倒轉(zhuǎn)發(fā)電，水泵機組將在低于額定轉(zhuǎn)速的發(fā)電轉(zhuǎn)速下運轉(zhuǎn)，然后變頻裝置將低于工頻的電能轉(zhuǎn)換成工頻電能，從而提高發(fā)電效率。

變頻啟動裝置用于機組抽水調(diào)相工況啟動，相當(dāng)于抽水調(diào)相啟動過程中的調(diào)速器，改變定子電壓、頻率的變頻調(diào)速。因而通過變頻發(fā)電機組自身變頻啟動方式，可完成換相，無需再手動調(diào)換電機繞組進行電纜換相。但因抽水機組電壓、頻率與變頻機組不同，需要在電動機保護管理裝置中進行電壓、頻率參數(shù)修改。

沙集抽水泵站采用的是GE469電動機保護管理裝置，該保護裝置廣泛應(yīng)用于中、大容量電動機和拖動設(shè)備的整套保護和管理，將電動機保護、故障診斷、電力測量和通信功能集成于組件中。

GE469裝置集中了各種保護特性，它裝有6個岀口繼電器用來跳閘、報警和閉鎖電機的啟動。GE469裝置有完整的監(jiān)視和測量功能。一個事件記錄器存儲40個帶時間和日期的釆樣記錄。64個周期的波形記錄使用戶可以設(shè)置跳閘前后記錄波形的周期個數(shù)。GE469具有完整的測量功能。當(dāng)電動機啟動時，GE469釆集加速時間，啟動電流和熱容量。如果電動機負載在啟動期間相對穩(wěn)定，這些釆集的值可用于調(diào)整加速保護。GE469也可以釆集—段時間內(nèi)的平均電動機負載值。GE469具有強大的仿真功能，可在沒有外部輸入的情況下，對GE469進行性能和響應(yīng)試驗。

3 變頻發(fā)電參數(shù)設(shè)置方法

目前沙集抽水站發(fā)電主要是通過變頻機組發(fā)電，因而運行人員需熟悉變頻發(fā)電時的換相操作方法。

具體操作的時候，將前面板的通信口與手提電腦用繼電器提供的GE469 PC軟件連接，可以修改保護參數(shù)。如圖1所示，先在桌面“開始”菜單中選擇“程序”，找到GE Power Management（GE電機管理系統(tǒng)）并點擊GE Power Management進入設(shè)置界面，點擊Ener Vista 469 Setup（469電機管理繼電器軟件）。GE469電機管理繼電器軟件是GE公司專門為大中型電機和驅(qū)動設(shè)備的保護和管理而設(shè)計的軟件，用于各種保護參數(shù)的設(shè)置及修改。雙擊“sj”（sj代表沙集泵站的主機），雙擊需要修改的主機，例如“469 Relay 1”代表1號主機。雙擊“Settings”進入設(shè)置，雙擊“Protection”進入保護設(shè)置修改界面，雙擊“Voltage Elements”（電壓元件），雙擊欠壓保護選項“Undervoltage”，將 Undervoltage Trip選項后面的“Latched”關(guān)閉修改為“Off”，并點擊右邊“Save”保存，在對話框中點擊“是”，隨后會彈出新的對話框，在“Enter Password”后面輸入密碼，密碼由廠家調(diào)試的時候設(shè)置，輸入密碼后點擊“Send Password To Device”保存，傳送數(shù)據(jù)，修改欠電壓參數(shù)完成。

圖1 469PC軟件操作界面

同時，還需將電機頻率進行修改，修改時，雙擊“Settings”進入設(shè)置，雙擊“Protection”進入保護設(shè)置修改界面，雙擊頻率選項“Frequency”，將低頻報警限額“Under Frequency Alarm Level”選項后面的“48.50 Hz”修改為“38.50 Hz”，并點擊右邊“Save”保存，在對話框中點擊“是”，隨后會彈出新的對話框，在“Enter Password”后面輸入密碼，密碼由廠家調(diào)試的時候設(shè)置，輸入密碼后點擊“Send Password TO Device”保存，傳送數(shù)據(jù)，修改欠電壓參數(shù)完成。

至此，抽水轉(zhuǎn)發(fā)電電壓、頻率參數(shù)修改完畢。如泵站由發(fā)電轉(zhuǎn)抽水工況，設(shè)置方法相反，即將Undervoltage Trip選項后面的“Off”修改為“Latched”，并點擊右邊“Save”保存，在對話框中點擊“是”；將“Under Frequency Alarm Level”選項后面的“38.50 Hz”修改為“48.50 Hz”，并點擊右邊“Save”保存，在對話框中點擊“是”。

4 背靠背換相啟動方法

由于水泵水輪機兩種運行工況的水流方向相反，所以發(fā)電電動機兩種運行工況旋轉(zhuǎn)方向必須相反。為此應(yīng)使電動機運行時其旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向與發(fā)電機運行時的旋轉(zhuǎn)磁場方面相反，這就需改變?nèi)嗬@組相序排列，直接通過調(diào)換繞組進線電纜的方法被稱作直接換相法。

沙集抽水泵站的主電機采用星型接線法，星形接法由于其輸出功率小，常用于小功率，大扭矩電機，或功率較大的電機起步時候用。由于沙集泵站建站設(shè)計時未設(shè)置有換相開關(guān)或換相刀閘，故每次抽水——發(fā)電換相的時候需要手動打開機組蓋板，進行人工換相操作，任意調(diào)換兩相相序即可。操作時，先拆除進線電纜連接螺母，調(diào)整任意兩相電纜的相序后，重新壓緊電纜接頭。

如泵站發(fā)電抽水轉(zhuǎn)發(fā)電結(jié)束，轉(zhuǎn)回抽水工況需要重新調(diào)回原相序連接方式。由于泵站裝設(shè)了變頻發(fā)電機組，此方法已經(jīng)很少使用，一般在變頻機組發(fā)生故障時，不通過變頻機組直接向電網(wǎng)送電，變頻機組修復(fù)后，需盡快恢復(fù)變頻機組發(fā)電運行方式。

5 泵站抽水——發(fā)電改造前景

在江蘇，汛期時大部分泵站基本上處于閑置狀態(tài)，如果利用汛期上游的多余來水發(fā)電，可以有效避免水資源的浪費，提高泵站的利用率。省境內(nèi)現(xiàn)有400多座大中型泵站，是省水利和機電排灌事業(yè)的骨干和支柱工程，在排洪、除澇、灌溉、調(diào)水等方面發(fā)揮了極為重要的作用。江蘇現(xiàn)有大中型泵站中，沙集站、劉老澗站等數(shù)十座泵站已經(jīng)反向發(fā)電運行多年，隨著泵站工程的建設(shè)，特別是南水北調(diào)二期工程的建設(shè)，還將有一些泵站要設(shè)置發(fā)電功能。對于老舊泵站，可通過改造的方式，主要是在抽水泵站裝設(shè)變頻機組，一方面可以提高發(fā)電效率，另一方面減少運行管理的壓力，提高自動化管理水平。

不論是老舊泵站增加或者改造發(fā)電功能，新建泵站配置反向發(fā)電功能的設(shè)計和施工，均需綜合考量水能條件分析、水力性能測試、發(fā)電方式選擇、發(fā)電安全評估、發(fā)電功能實現(xiàn)、經(jīng)濟指標(biāo)分析、發(fā)電啟動驗收、發(fā)電工況運行等各項參數(shù)，切實做好技術(shù)方案的研究，優(yōu)化施工、改造方案，分析發(fā)電對河道工程、河道生態(tài)的影響，切實滿足發(fā)電安全運行要求。