抽水蓄能机组调相工况简介

抽⽔蓄能机组调相⼯况简介

抽⽔蓄能机组调相⼯况简介

摘要：由于抽⽔蓄能机组在我国发展较晚，还有很多⼈，包括⼀些常规机组的建设者和运⾏⼈员都对抽⽔蓄能机组不太了解，

本⽂简要的介绍抽⽔蓄能机组的特有⼯况：调相，以让更多的⼈增加对抽⽔蓄能机组了解。

关键词：抽⽔蓄能调相简介

1、抽⽔蓄能机组发展简介

在国外从最早的原始装置算起，抽⽔蓄能电站已有上百年的历史，但是具有近代⼯程意义的设施，则是近四五⼗年才出现的。

抽⽔蓄能建设早期是以蓄⽔为⽬的，在西欧的⼀些多⼭的国家⾥，利⽤⼯业多余电能把汛期的河⽔抽到⼭上的⽔库贮存起来，

到枯⽔季节再放下来发电。这相当于是季调节的抽⽔蓄能⼯程。

从刚开始蓄能电站使⽤的单独⼯作的抽⽔机组和发电机组，到将⽔泵与⽔轮机和⼀台兼作电动机与发电机的电机连接在⼀起的

⽽形成的三机式机组，1937年在巴西安装的佩德拉机组和1954年在美国安装的弗拉特昂机组则是可逆式机组的先声。从20世

纪60年代起，可逆式机组就成为了主要的机型，开始得到⼴泛应⽤。

当时间进⼊到21世纪，⽆论是技术还是运营模式，抽⽔蓄能机组都得到的相当的发展。

2、抽⽔蓄能机组简介

抽⽔蓄能机组由可逆式⽔泵式轮机和发电电动机，配以常规的辅助设备，如调速器、球阀、尾⽔事故闸门、上库检修闸门、下

库检修闸门、励磁系统等。

另外，抽⽔蓄能机组还有其特有的、区别于常规机组的设备：（参见图1）

换相开关或换相闸⼑：由于⽔泵⽔轮机⼆种运⾏⼯况的⽔流⽅向相反，所以发电电动机⼆种运⾏⼯况旋转⽅向必须相反。为此

应使电动机运⾏时其旋转磁场的旋转⽅向与发电机运⾏时的旋转磁场⽅⾯相反，这就需改变三相绕组相序排列，所以发电电动

机需加装相应的换相开关或换相闸⼑SFC：变频启动装置，⽤于机组抽⽔调相⼯况启动，相当于抽⽔调相启动过程中的调速

器；

拖动闸⼑和被拖动闸⼑、启动母线：为了满⾜抽⽔调相启动⽽专设的电⽓连接；

调相压⽔⽓系统：在机组抽⽔调相启动过程中和机组调相运⾏过程中，利⽤⾼压⽓将转轮室的⽔圧下去，使转轮在空⽓在旋

转，即可以减少有功消耗，⼜可以减⼩机组的振动、噪⾳，减少对机组的损伤；

监控系统：为了适应抽⽔蓄能机组的各种⼯况，监控增设了抽⽔、抽⽔调相、发电调相等⼯况及相互转换程序。

⽬前抽⽔蓄能电站中⼴泛使⽤的混流可逆式⽔泵⽔轮机是以⼀个离⼼泵或混流泵的叶轮为基础，配以近似⽔轮机的活动导叶和

固定导叶⽽形成的。为了同时满⾜⽔泵和⽔轮机两种⼯况的良好性能，老公过生日 它和煎猪排 常规⽔轮机有以下不同：1、转轮较矮；2、直径

⼤；3叶⽚数⽬少，如华东天荒坪300MW 机组和华东宜兴250MW机组的转轮都只有9 个叶⽚；4、由离⼼泵转化⽽来，流道

长，离⼼⼒⼤，流量下降快；5、⽔泵⼯况效率⾼。

3、抽⽔蓄能机组的⼯况简介

由于抽⽔蓄能机组同时具有抽⽔和发电两种功能，所以也就具有较常规⽔轮机组更多的⼯况: 机组顺序控制中出现的各种状态

可分为稳态、特殊状态、特定的暂态、暂态四种。稳态可由操作员或王僧辩 成组控制逻辑进⾏选择，并可不受时间限制运⾏下去，它

包括停机(ST)、发电(GO)、发电调

图1 典型的抽⽔蓄能电站电⽓接线简图

相(SCT)、抽⽔调相(SCP)、⽔泵(PO)五种；特殊状态也可由操作员或成组控制逻辑选择，可以维持顺序所需的⼀段时间，包

括⽔泵拖动(PL)和线路充电(LC)；特定的暂态和暂态有停机转换(STST)、热备⽤(HSB)、溅⽔泵状态，均不能作为操作员选择

⽬标，⽽是⼯况转换的过渡状态。

其中发电⽅向运⾏的⼯况有：发电、发电调相、线路充电、⽔泵拖动；

抽⽔⽅向运⾏的⼯况有：抽⽔、抽⽔调相。

其⼯况转换程序如图2所⽰。线路充电多⽤于试验，它能很好的控制发电电动机的出⼝电压、电流，更好的满⾜实验要求。

⿊启动（BS ）则是⽤于电⽹系统发电⼤的事故，整个电⽹停电，则具有⿊启动能⼒的电站，利⽤柴油发电机和蓄电池为抽⽔

蓄能机组创造启动条件，启动机组恢复本电站⼚⽤电，并带动相邻⽆⾃启动能⼒的发电机组，逐渐扩⼤电⽹的恢复范围，最终

实现整个电⽹的恢复。在2005年9⽉，孤⽴运⾏的海南电⽹遭遇台风“达维”，电⼒设施相继遭到严重破坏，最终引发电⼚连续

跳机，电⽹解列。事故后，南丰⽔电站中、⼤⼴坝电⼚、洋浦电⼚等电⼚相继“⿊启动”成功，为电⽹恢复打下了坚实的基础，

这也是我国⾸次抗战胜利70周年纪念币 电⽹⿊启动。

⼀般来说，抽⽔蓄能电站都配置有直流蓄电池组和柴油发电机等辅助设备，具有⿊启动能⼒，但⽇调节纯抽⽔蓄能电站的上库

⽔量⼀般都很有限，所以抽⽔蓄能机组的⿊启动在电⽹事故时⼀般只作为⼀个⽕花⽯，恢复相邻⼤的⽔电或⽕电机组运⾏后即

可以退出运⾏。尤其是在以⽕电为主的江苏电⽹来说，江苏宜兴抽⽔蓄能电站的建设，则是为江苏电⽹提供了这种⽕花⽯，使

得江苏电⽹内的⽕电站运⾏⽅式更为灵活。

⽬前在国内⼀些抽⽔蓄能电站，还设有抽⽔转发电流程转换，唯⼀的理由是为了更好的响应事故处理速度。但考虑到从抽⽔到

发电，两个转向，若在短时间内转换，则⽔轮机轴将会承受很⼤的扭矩，可能导致⽔轮机轴的损伤，减少其运⾏寿命；另外蓄

能机组抽⽔停机和发电开机要⽐⽕电站快得多，⼀般在3、5分钟内即能成功，在事故时，机组完全可以⼿动先从抽⽔到停机

（若机组正在抽⽔），然后再启动到发电。所以设置这种转换似乎已经变得不必要了。

4、调相⼯况简介

图2：机组顺序控制状态转换流程简图

表⽰稳态、特殊状态 表⽰特定的暂态、暂态

调相可以满⾜系统⽆功需求，稳定及调节电压，改善电⽹品质；可以快速负荷响应，以满⾜系统负荷要求；抽⽔启动时，为了

减⼩有功消耗，减⼩机组振动，⼀般都先将机组启动到抽⽔调相⼯况，然后再由抽⽔调相转换到抽⽔⼯况。虽然常规⽔轮机也

可以进⾏调相，但由于其受泾流量限制，⼀般都是以丰⽔期作发电运⾏，枯⽔期机组轮流检修，加上国内现有的电价制度，所

以出于经济性考虑，常规⽔电站⼀般都不做调相运⾏。

另外，抽⽔蓄能机组调相也具有其优势：⼀般来说，⽇调节的纯抽⽔蓄能电站上、下库的⽔量有很，只能⽤于⼀般的调峰填⾕

和紧急事故备⽤，⽽其本来就配备有变频启动装置，可以很⽅便的将机组启动到抽⽔调相⼯况，并且不会消耗本来就有很的⽔

资源，所以，抽⽔蓄能机组较常规机组更适合调相运⾏。

4.1 发电调相的启动⽅式

发电调相的启动相对来说⽐较简单，按照发电的流程，先将机组启动，并上电⽹，然后将机组有功设置为0，球阀、调速器、

励磁都进⼊调相模式运⾏，执⾏关导叶，关球阀，调相压⽔⽓系统往转轮室注⼊⾼压⽓体，把转轮室⽔位压低到并保持在调相

⽔位，同时给转轮上下迷宫和主轴密封注⼊冷却⽔，以防⽌⼲磨擦，损坏密封，等到了预设的稳态后即是发电调相⼯况了。

4.2 发电转发电调相

发电转发电调相和发电调相启动的区别在于：发电调相启动是从发电启动到并⽹，但还没有到发电稳态就开始转发电调相，⽽

发电转发电调相是从发电稳稳转发电调相。

4.3 抽⽔调相的启动⽅式

⽬前⼴泛应⽤的抽⽔调相启动⽅式以SFC变频启动为主，辅以背靠背启动。

SFC变频启动：利⽤SFC变频启动装置，将主变低压侧电源转变为从零到额定值的变频电源，同步地将机组拖动起来。

背靠背启动：让两台机组通过电⽓联系在⼀起，其中⼀台作发电机启动，称拖动机；另⼀台作抽⽔调相启动，称被拖动机。两

台机组都加上励磁，同时启动，即利⽤拖动机将被拖动机组同步地拖动起来。等被拖动机并⽹后，拖动机要⽴刻断开与被拖动

机的电⽓联系，然后可以转为发电、发电调相运⾏，或者转为停机。

为了减⼩启动时的阻⼒，⼀般在转速升⾼到10%－20%，监控发令给调相压⽔⽓系统，开始往转轮室注⼊⾼压⽓，在第⼀次将

转轮室⽔位压到调相⽔位后，调相压⽔⽓系统通过其控制系统和⽔位信号反馈，⾃动调节补⽓和停⽌补⽓，在整个调相过程中

维持转轮室⽔位在调相⽔位。

4.4 抽⽔调相转抽⽔

抽⽔转抽⽔调相是从抽⽔稳态开始，调速器、球阀、励磁进⼊调相模式，关闭球阀、导叶，调相压⽔投⼊运⾏，转轮上下迷宫

和主轴密封冷却⽔投⼊，等到了稳态即可。

4.5 结束调相运⾏

在发电调相转发电，抽⽔调相转抽⽔的时候，都要先排尽转轮室的空⽓，蜗壳建压，再打开导叶、球阀，待机组的出⼒或⼊⼒

达到额定，就达到相应的发电或抽⽔⼯况了。

发电调相停机和抽⽔调相停机都是先将机组从电⽹解列，然后⾛相应的停机流程，调相压⽔⽓系统先将进⽓阀关上，再将排⽓

阀打开，经过⼀段时间（这段时间应充分考虑转轮室内的⽓体已排完），在到达停机转换前关上即可。

4.6 溅⽔泵

在抽⽔调相转抽⽔过程中，由于在排⽓时，转轮室的⽔位缓慢上升，加上转轮的⾼速旋转，因此压⼒变化⽐较严重，所以不能

利⽤压⼒计或⽔位计来测量⽔位。同时因为⽔位上升，增加了转轮转动的阻⼒，为了维持机组的额定转速，机组从电⽹吸收的

有功也就随之增加，因此可以在机组安装调试时就通过实验测定当司母戊鼎 转轮室的空⽓排尽时，机组吸收的学包饺子作文 有功有多少，于是就将这

个有功称为

溅⽔功率，将其作为转轮室空⽓已排尽的判断条件，为流程的执⾏提供依据。

对应的在流程中专门设置了⼀个暂态：溅⽔泵，它的⼏个判据是：

①球阀全关；

②调速器调相模式；

③励磁调相模式；

④溅⽔功率满⾜；

⑤发电机出⼝开关合上

⑥换相开关或闸⼑合上抽⽔⽅向；

在抽⽔转抽⽔调相时也要经过溅⽔泵这个暂态，在发电转发电调相时⽤到溅⽔功率作为转轮室内⽓体已排尽刷牙简笔画 的判据。

5、结束语

抽⽔蓄能电站在国外发展已相当成熟，在我国也有了⼀定的发展，但还有很多⼈对之不甚了解，本⽅作者希望通过⾃⼰微薄的

能⼒，将抽⽔蓄能电站区别于常规电站的地⽅作⼀简单介绍，希望有更多的⼈对抽⽔蓄能电站增加了解。

参考⽂献

梅祖彦. 抽⽔蓄能发电技术. 机械⼯业出版社2000