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摘要：背靠背启动技术是指以一台机组作为拖拉机拖动另外一台机组至水泵并网的启动模式的简称。背靠背技术在蓄能电厂的应用对于电厂的发展具有极大的意义。本文详细介绍了蓄能电站机组背靠背起动控制流程，并对起动过程中出现的问题进行了分析，提出有针对性的改进措施，以提高机组背靠背起动成功率。
关键词:背靠背技术；控制流程；启动设备
中图分类号： F407 文献标识码： A
前言:背靠背技术在蓄能电厂中的应用对于提高蓄能电厂工作效率具有很大作用。背靠背技术所具有的运行灵活和反应快速的特点对于确保电力系统的安全有效运行具有重大作用。因此，如何提高背对背启动技术成为蓄能电厂发展的一个重大问题。
1、背靠背启动控制流程
1.1背靠背启动回路及起动设备
背靠背启动是以一台机组作为拖动机拖动另外一台机组－被拖机至水泵调相工况并网的启动模式简称，启动前先将拖动机与被拖机通过启动母线作为电气轴连接在一起。然后拖动机开辅机，开球阀，被拖机开辅机压水。接着两台机加上适当的恒定励磁电流)最后拖动机开导叶其定子绕组上感应出的低频电压经启动母线施加于被拖机组。在被拖机组上产生启动转矩，使被拖机随拖动机组同步旋转，随着拖动机导叶逐渐开大。两台机的转速和机端电压逐渐上升到额定值，当转速大时投入同期装置将被拖机并入电网，然后拖动机自动停机备用。这就是背靠背启动的大致流程。
1.2背靠背启动控制流程分析
背靠背启动的主要步骤如下：建立一次设备的连接。拖动机组拉开中性点刀闸，合上拖动闸，合上机组出口开关；被拖动机组将换相刀闸合向抽水方向，合上被拖动刀闸。投入拖动机组和被拖动机组的励磁。建立电气轴并维持恒定励磁电流。根据设定开度打开拖动机组导叶。当导叶达到一定开度能够克服水轮机启动的阻力矩时，拖动机组开始缓慢启动。由于两机组间预先通入励磁电流，拖动机组必然会产生感应电动势，使定子上产生的低频电流通过启动母线流向被拖动机组定子。被拖动机组在励磁作用下产生拖动转矩，当拖动转矩大于启动阻力矩时，被拖动机组开始转动。被拖动机组同期装置启动。根据被拖动机组与电网的频差和压差，通过调节拖动机组调速器和励磁装置，满足同期条件后发出被拖动机组开关合闸命令，同时发出拖动机组开关分闸命令，解除拖动电气轴。被拖动机组根据设定至抽水调相或抽水工况运行。拖动机组根据设定至停机或发电工况运行。监控流程是有许多子程序组成的，由两个总调用程序实时统一管理调用，其中，一个总调用程序使机组实时根据不同命令选择相应的子程序，从而在相应的工况之间进行正常转换；另一个总调用程序使机组实时根据不同的跳机条件选择相应的跳机子程序，来实现不同的跳机功能。注意只要机组得电投入备用，这两个总程序就实时地对子程序进行管理调用。工况转换可以分解成若干步骤，且每一步都有定义许可的时间。在自动模式下，在许可时间内必须完成每一步定义对转换设备操作并收到相应的反馈状态信号；否则，机组工况转换失败，启动停机程序，若停机过程转换时间过长，将启动跳机程序。背靠背启动，拖动过程中需要两台机组同时启动。拖动机组发电工况流程，逆时针旋转被拖机组水泵调相工况流程。顺时针旋转，其控制流程复杂，两台机 CDE 间需进行动态联动配合控制。使拖动机与被拖机始终保持同步，一旦配合失败，将可能导致背靠背启动不成功或设备损坏事故。在背靠背启动前期阶段，两台机定子绕组上将流过低频电流。如果此阶段中任何一台机组发生故障，拖动机出口开关应瞬时跳闸，但频率越低，开关开断故障低频电流的能力越差，跳闸时机选择不当将可能导致开关爆炸。同时切断故障电流的时间越长，对机组的损害就越严重，可能导致机组报废的严重后果。为保证设备安全，确定背靠背事故跳闸流程，为退励磁，关导叶，跳HDA。同时在HDA 跳闸回路中增加一个89以下延时。跳闸的硬回路，即在背靠背启动過程中。当任何一台机组发生故障时，首先退励磁，当励磁退出后，若此时机组频率在89以下，则延时跳拖动机出口断路器HDA。若频率已升至89以上，则在励磁退出后立即跳HDA。
2、背靠背技术发展中所遇到的问题
大型发电机中性点都是接地的，在背靠背启动过程中，因两台机要同步运转，为了避免发电机定子接地保护误动，需将拖动机的中性点刀闸断开，而当被拖机并网后，拖动机自动转入停机流程。当其转速下降时，投入电气制动。在拖动机停机过程中发电机中性点刀闸需要合闸，若选在退出励磁前恢复中性点。在合刀闸的过程中机组发生故障。中性点将流过故障电流，可能烧损中，性点刀闸而选在励磁退出后恢复中性点，则有可能在中性点刀闸还没合到位的情况下，由于投入电气制动的机组又带上了励磁，而此时机组又发生故障，则同样会烧损中性点刀闸。为确保设备安全，确定拖动机的背靠背停机流程为，停机过程中转速下降时投机械制动，不投电气制动。当转速后再合中性点刀闸，停机时不投电气制动。虽停机时间会延长，但不存在损坏设备的安全隐患。是由拖动机拖动被拖机旋转，因此拖动机总是早于被拖动机启动。这两者之间就存在一个转差问题，转差率定值太小，将可能导致拖动过程中由于转差率超标而跳机。而转差率定值太大，又有可能导致被拖机组并不上网。通过计算机组转差率大于1时，延时跳机，背靠背拖动过程中。启动中需考虑的问题：走自动流程到启动励磁，然后按急停按钮检验停机程序是否正确；走自动流程到开启拖动机导叶升速，然后模拟转差事故检验事故停机程序是否正确；走自动流程到开启拖动机导叶升速。按急停按钮检验事故停机程序是否正确；走自动流程直到并网，检验整个程序是否正确。启动程序中，拖动机开机流程是先发退机械制动令退风闸$再发开拖动机球阀令，最后开导叶。由于导叶漏水量较大，球阀开启后机组会蠕动，而拖动机的蠕动是否会影响启动是试前需解决的问题。主机厂家确认拖动机的蠕动不会影响启动。不考虑改变风闸投退逻辑，若有影响则根据现场试验情况再行调整。在后续调试过程中发现，拖动机的蠕动没有影响。
3、背靠背技术对于蓄能电厂发展的意义
背靠背作为高压直流输电的一种特殊方式，将高压直流输电的整流站和逆变站合并在一个换流站内，在同一处完成将交流变直流，再由直流变交流的换流过程。其整流和逆变的结构、交流侧的设施与高压直流输电完全一样，具有常规高压直流输电的最基本的优点，可实现异步联网，较好地实现不同交流电压的电网互联，将2个交流同步电网隔离，能有效地隔断各互联的交流同步网间的相互影响，限制短路电流，且联络线功率控制简单，调度管理方便。与常规直流输电比较，其优点更突出：没有直流线路，直流侧损耗小；直流侧可选择低压大电流运行方式，以降低换流变压器、换流阀等有关设备的绝缘水平，降低造价；直流侧谐波可全部控制在阀厅内，不会产生对通信设备的干扰；换流站不需要接地极，无需直流滤波器、直流避雷器、直流开关场、直流载波等直流设备，因而比常规的高压直流输电节省投资。针对抽水蓄能机组在背靠背拖动过程中若发生电气或机械故障跳闸，当跳开拖动机组和被拖动机组的灭磁开关的时间差过大时，会在启动回路中产生很大的短路电流，引起继电保护误动作，严重时会损毁启动回路的电气设备，提出一种抽水蓄能机组背靠背跳闸技术改造方案，通过在机组保护系统中添加“跳相邻机组单元”接点，与“跳本机组”接点同时动作，达到同时跳开拖动和被拖动机组灭磁开关的目的。技术改造后的试验证明了方案的正确性和有效性。背靠背启动升速过程中，由于被拖动机组的原因造成启动失败，被拖动和拖动机组需分别执行紧急停机流程，此时要保证拖动机组和被拖动机组的励磁切除时间的配合。假如被拖动机组的励磁先切除，拖动机组励磁后切除，在这段配合时间内，被拖动机组将处于失磁状态，由于该机组的电枢反应消除，电磁制动力矩也将消失，其电机定子绕组阻抗将呈现非常低的状态，拖动机组的定子三相电流在被拖动机组定子中三相短路，会在启动回路产生大的短路电流。该电流远大于启动回路额定电流，会引起主变大差动保护动作，严重时将烧毁启动回路相关设备。在蓄能电厂中发展背靠背技术很有必要。
4、结语
国内某大型抽水蓄能机组背靠背跳闸的技术改造，解决了由于背靠背方式下发生电气或机械故障时不能同时跳开拖动机组和被拖动机组灭磁开关而引起保护误动或损毁设备的问题，现场模拟试验验证了技术改造方案的正确性和有效性。
参考文献：
[1]李建光，冯文帅，微机保护装置 “跳闸回路监视” 问题分析及改进措施［J］.电网与清洁能源，2008（10）: 44-47.
[2]邵宜祥，吕宏水，冯勇。抽水蓄能机组背靠背启动规律的仿真［J］.水电自动化与大坝监测，2008（4）: 5-9.
[3]陈贤明，朱晓东，王伟。水轮发电机空载灭磁仿真研究［J］.水电自动化与大坝监测，2005，29（3）: 40-42.
关键词:背靠背技术；控制流程；启动设备
中图分类号： F407 文献标识码： A
前言:背靠背技术在蓄能电厂中的应用对于提高蓄能电厂工作效率具有很大作用。背靠背技术所具有的运行灵活和反应快速的特点对于确保电力系统的安全有效运行具有重大作用。因此，如何提高背对背启动技术成为蓄能电厂发展的一个重大问题。
1、背靠背启动控制流程
1.1背靠背启动回路及起动设备
背靠背启动是以一台机组作为拖动机拖动另外一台机组－被拖机至水泵调相工况并网的启动模式简称，启动前先将拖动机与被拖机通过启动母线作为电气轴连接在一起。然后拖动机开辅机，开球阀，被拖机开辅机压水。接着两台机加上适当的恒定励磁电流)最后拖动机开导叶其定子绕组上感应出的低频电压经启动母线施加于被拖机组。在被拖机组上产生启动转矩，使被拖机随拖动机组同步旋转，随着拖动机导叶逐渐开大。两台机的转速和机端电压逐渐上升到额定值，当转速大时投入同期装置将被拖机并入电网，然后拖动机自动停机备用。这就是背靠背启动的大致流程。
1.2背靠背启动控制流程分析
背靠背启动的主要步骤如下：建立一次设备的连接。拖动机组拉开中性点刀闸，合上拖动闸，合上机组出口开关；被拖动机组将换相刀闸合向抽水方向，合上被拖动刀闸。投入拖动机组和被拖动机组的励磁。建立电气轴并维持恒定励磁电流。根据设定开度打开拖动机组导叶。当导叶达到一定开度能够克服水轮机启动的阻力矩时，拖动机组开始缓慢启动。由于两机组间预先通入励磁电流，拖动机组必然会产生感应电动势，使定子上产生的低频电流通过启动母线流向被拖动机组定子。被拖动机组在励磁作用下产生拖动转矩，当拖动转矩大于启动阻力矩时，被拖动机组开始转动。被拖动机组同期装置启动。根据被拖动机组与电网的频差和压差，通过调节拖动机组调速器和励磁装置，满足同期条件后发出被拖动机组开关合闸命令，同时发出拖动机组开关分闸命令，解除拖动电气轴。被拖动机组根据设定至抽水调相或抽水工况运行。拖动机组根据设定至停机或发电工况运行。监控流程是有许多子程序组成的，由两个总调用程序实时统一管理调用，其中，一个总调用程序使机组实时根据不同命令选择相应的子程序，从而在相应的工况之间进行正常转换；另一个总调用程序使机组实时根据不同的跳机条件选择相应的跳机子程序，来实现不同的跳机功能。注意只要机组得电投入备用，这两个总程序就实时地对子程序进行管理调用。工况转换可以分解成若干步骤，且每一步都有定义许可的时间。在自动模式下，在许可时间内必须完成每一步定义对转换设备操作并收到相应的反馈状态信号；否则，机组工况转换失败，启动停机程序，若停机过程转换时间过长，将启动跳机程序。背靠背启动，拖动过程中需要两台机组同时启动。拖动机组发电工况流程，逆时针旋转被拖机组水泵调相工况流程。顺时针旋转，其控制流程复杂，两台机 CDE 间需进行动态联动配合控制。使拖动机与被拖机始终保持同步，一旦配合失败，将可能导致背靠背启动不成功或设备损坏事故。在背靠背启动前期阶段，两台机定子绕组上将流过低频电流。如果此阶段中任何一台机组发生故障，拖动机出口开关应瞬时跳闸，但频率越低，开关开断故障低频电流的能力越差，跳闸时机选择不当将可能导致开关爆炸。同时切断故障电流的时间越长，对机组的损害就越严重，可能导致机组报废的严重后果。为保证设备安全，确定背靠背事故跳闸流程，为退励磁，关导叶，跳HDA。同时在HDA 跳闸回路中增加一个89以下延时。跳闸的硬回路，即在背靠背启动過程中。当任何一台机组发生故障时，首先退励磁，当励磁退出后，若此时机组频率在89以下，则延时跳拖动机出口断路器HDA。若频率已升至89以上，则在励磁退出后立即跳HDA。
2、背靠背技术发展中所遇到的问题
大型发电机中性点都是接地的，在背靠背启动过程中，因两台机要同步运转，为了避免发电机定子接地保护误动，需将拖动机的中性点刀闸断开，而当被拖机并网后，拖动机自动转入停机流程。当其转速下降时，投入电气制动。在拖动机停机过程中发电机中性点刀闸需要合闸，若选在退出励磁前恢复中性点。在合刀闸的过程中机组发生故障。中性点将流过故障电流，可能烧损中，性点刀闸而选在励磁退出后恢复中性点，则有可能在中性点刀闸还没合到位的情况下，由于投入电气制动的机组又带上了励磁，而此时机组又发生故障，则同样会烧损中性点刀闸。为确保设备安全，确定拖动机的背靠背停机流程为，停机过程中转速下降时投机械制动，不投电气制动。当转速后再合中性点刀闸，停机时不投电气制动。虽停机时间会延长，但不存在损坏设备的安全隐患。是由拖动机拖动被拖机旋转，因此拖动机总是早于被拖动机启动。这两者之间就存在一个转差问题，转差率定值太小，将可能导致拖动过程中由于转差率超标而跳机。而转差率定值太大，又有可能导致被拖机组并不上网。通过计算机组转差率大于1时，延时跳机，背靠背拖动过程中。启动中需考虑的问题：走自动流程到启动励磁，然后按急停按钮检验停机程序是否正确；走自动流程到开启拖动机导叶升速，然后模拟转差事故检验事故停机程序是否正确；走自动流程到开启拖动机导叶升速。按急停按钮检验事故停机程序是否正确；走自动流程直到并网，检验整个程序是否正确。启动程序中，拖动机开机流程是先发退机械制动令退风闸$再发开拖动机球阀令，最后开导叶。由于导叶漏水量较大，球阀开启后机组会蠕动，而拖动机的蠕动是否会影响启动是试前需解决的问题。主机厂家确认拖动机的蠕动不会影响启动。不考虑改变风闸投退逻辑，若有影响则根据现场试验情况再行调整。在后续调试过程中发现，拖动机的蠕动没有影响。
3、背靠背技术对于蓄能电厂发展的意义
背靠背作为高压直流输电的一种特殊方式，将高压直流输电的整流站和逆变站合并在一个换流站内，在同一处完成将交流变直流，再由直流变交流的换流过程。其整流和逆变的结构、交流侧的设施与高压直流输电完全一样，具有常规高压直流输电的最基本的优点，可实现异步联网，较好地实现不同交流电压的电网互联，将2个交流同步电网隔离，能有效地隔断各互联的交流同步网间的相互影响，限制短路电流，且联络线功率控制简单，调度管理方便。与常规直流输电比较，其优点更突出：没有直流线路，直流侧损耗小；直流侧可选择低压大电流运行方式，以降低换流变压器、换流阀等有关设备的绝缘水平，降低造价；直流侧谐波可全部控制在阀厅内，不会产生对通信设备的干扰；换流站不需要接地极，无需直流滤波器、直流避雷器、直流开关场、直流载波等直流设备，因而比常规的高压直流输电节省投资。针对抽水蓄能机组在背靠背拖动过程中若发生电气或机械故障跳闸，当跳开拖动机组和被拖动机组的灭磁开关的时间差过大时，会在启动回路中产生很大的短路电流，引起继电保护误动作，严重时会损毁启动回路的电气设备，提出一种抽水蓄能机组背靠背跳闸技术改造方案，通过在机组保护系统中添加“跳相邻机组单元”接点，与“跳本机组”接点同时动作，达到同时跳开拖动和被拖动机组灭磁开关的目的。技术改造后的试验证明了方案的正确性和有效性。背靠背启动升速过程中，由于被拖动机组的原因造成启动失败，被拖动和拖动机组需分别执行紧急停机流程，此时要保证拖动机组和被拖动机组的励磁切除时间的配合。假如被拖动机组的励磁先切除，拖动机组励磁后切除，在这段配合时间内，被拖动机组将处于失磁状态，由于该机组的电枢反应消除，电磁制动力矩也将消失，其电机定子绕组阻抗将呈现非常低的状态，拖动机组的定子三相电流在被拖动机组定子中三相短路，会在启动回路产生大的短路电流。该电流远大于启动回路额定电流，会引起主变大差动保护动作，严重时将烧毁启动回路相关设备。在蓄能电厂中发展背靠背技术很有必要。
4、结语
国内某大型抽水蓄能机组背靠背跳闸的技术改造，解决了由于背靠背方式下发生电气或机械故障时不能同时跳开拖动机组和被拖动机组灭磁开关而引起保护误动或损毁设备的问题，现场模拟试验验证了技术改造方案的正确性和有效性。
参考文献：
[1]李建光，冯文帅，微机保护装置 “跳闸回路监视” 问题分析及改进措施［J］.电网与清洁能源，2008（10）: 44-47.
[2]邵宜祥，吕宏水，冯勇。抽水蓄能机组背靠背启动规律的仿真［J］.水电自动化与大坝监测，2008（4）: 5-9.
[3]陈贤明，朱晓东，王伟。水轮发电机空载灭磁仿真研究［J］.水电自动化与大坝监测，2005，29（3）: 40-42.