陳 勤，章 亮，趙 鋒，潘菊芳

(華東桐柏抽水蓄能發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江天臺(tái) 317200)

0 引言

桐柏抽水蓄能電廠位于浙江省天臺(tái)縣棲霞鄉(xiāng)百丈村.利用已建桐柏水電站(裝機(jī)8 MW)的水庫作為上水庫，新建下水庫位于三茅溪支流百丈溪中游，是一座日調(diào)節(jié)純抽水蓄能電站.電站以500 kV電壓等級(jí)接入華東電網(wǎng)，在電網(wǎng)中承擔(dān)調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、調(diào)相以及事故備用任務(wù).安裝四臺(tái)300 MW立軸單級(jí)混流可逆式水泵水輪機(jī)-發(fā)電電動(dòng)機(jī)組.可逆式機(jī)組抽水方向的啟動(dòng)采用靜止變頻器(SFC)拖動(dòng)作為主用啟動(dòng)方式，采用背靠背拖動(dòng)作為輔助啟動(dòng)方式［1］.

Static Frequency Converter(簡(jiǎn)稱SFC)，是抽水蓄能發(fā)電廠特有的一種變頻啟動(dòng)裝置，通過SFC變頻啟動(dòng)來達(dá)到抽水蓄能機(jī)組由穩(wěn)態(tài)停止到抽水調(diào)相/抽水，具有無級(jí)變速、啟動(dòng)平穩(wěn)、反應(yīng)速度快、調(diào)整方便、維護(hù)工作量小，可靠性高，且有很強(qiáng)的自診斷功能，是一種比較可靠的啟動(dòng)方式.但其所需控制設(shè)備比較復(fù)雜，元件要求質(zhì)量高，因此，SFC系統(tǒng)本身出現(xiàn)故障或受干擾誤跳而造成抽水開機(jī)不成功的情況也時(shí)有發(fā)生，給抽水蓄能電廠帶來一定的困擾.

1 事故現(xiàn)象

自投產(chǎn)以來，頻繁發(fā)生SFC拖動(dòng)機(jī)組時(shí)，SFC輸入開關(guān)合上后在拖動(dòng)過程中無故障跳閘，從而頻繁造成抽水調(diào)相開機(jī)不成功的情況.但是復(fù)歸相關(guān)報(bào)警信號(hào)，重新用SFC拖動(dòng)機(jī)組后往往又能啟動(dòng)成功.通過對(duì)各相關(guān)控制回路的檢查以及上位機(jī)歷史事件列表的分析，均未發(fā)現(xiàn)機(jī)組、靜止變頻器、輸入輸出變及相關(guān)控制回路存在有故障的情況.

2 正常與故障時(shí)動(dòng)作邏輯原理示意圖

以下是控制回路接線示意圖及設(shè)備事故時(shí)的正常動(dòng)作過程:

當(dāng)機(jī)組由SFC拖動(dòng)抽水方向啟動(dòng)時(shí)，機(jī)組本身或SFC系統(tǒng)發(fā)生故障均能使機(jī)組及SFC事故停機(jī)并跳開SFC輸入/輸出開關(guān)［2］，下面分二種情況進(jìn)行描述.

(1)當(dāng)機(jī)組本身發(fā)生故障時(shí)，見圖1.機(jī)組緊急快速停機(jī).另一方面停機(jī)令經(jīng)通信送入SFC控制器并經(jīng)判斷，一方面使SFC走停機(jī)流程.

(2)當(dāng)SFC系統(tǒng)某處有發(fā)生故障時(shí)，如SFC輸出變發(fā)生本體故障，K1(SFC輸出變瓦斯常閉接點(diǎn))斷開使K2失磁，見圖2，其二付接點(diǎn)動(dòng)作.

而同時(shí)K2的一付常閉接點(diǎn)送入圖2中的SFC控制器，經(jīng)2S延時(shí)后如常閉接點(diǎn)仍閉合則發(fā)出SFC內(nèi)部停機(jī)令使SFC停機(jī)，同時(shí)使K9勵(lì)磁其常開接點(diǎn)閉合使TQ線圈勵(lì)磁去跳SFC輸入開關(guān)，見圖3.

另一方面K2的另一付常開接點(diǎn)斷開使中間繼電器K7失磁，見圖4.通過機(jī)組本身的邏輯判斷(見圖7)，使機(jī)組一方面下達(dá)緊急快速停機(jī)令.另一方面將停機(jī)令再次送入SFC控制器［4］.

與此同時(shí)，K7的一付常閉接點(diǎn)送入圖4使K8中間繼電器勵(lì)磁，見圖5.

這個(gè)時(shí)候，另一付K7常閉接點(diǎn)使SFC輸入開關(guān)TQ線圈勵(lì)磁，使 SFC輸入開關(guān)瞬時(shí)跳開，見圖6.

接著，K8常開接點(diǎn)閉合送入機(jī)組LCU輸入模塊中產(chǎn)生IBP_SFC_TRIP信號(hào)，見圖7.送至正在由SFC拖動(dòng)的機(jī)組邏輯中.

圖7 K8常開接點(diǎn)閉合送出SFC_TRIP信號(hào)

另一方面輸出SFC內(nèi)部跳閘令，使K9勵(lì)磁(見圖6)其常開接點(diǎn)閉合，SFC輸入開關(guān)TQ線圈勵(lì)磁，使SFC輸入開關(guān)跳開［3］.

圖1～圖5中，K1為輸出變瓦斯繼電器常閉接點(diǎn);K2為中間繼電器;K3為SFC內(nèi)部RESET;K4為看門狗動(dòng)作;K5為SFC無故障;K6為SFC緊急停機(jī)按鈕;K7為中間繼電器;K8為中間繼電器;K9為中間繼電器;K10為中間繼電器;TQ為SFC輸入開關(guān)跳圈.

(2)當(dāng)SFC系統(tǒng)某處有發(fā)生故障時(shí)，如SFC輸出變發(fā)生本體故障，K1(SFC輸出變瓦斯常閉接點(diǎn))斷開使K2失磁，其二付接點(diǎn)動(dòng)作.一方面K2的一付常閉接點(diǎn)送入圖3中的SFC控制器，經(jīng)2S延時(shí)后如常閉接點(diǎn)仍閉合則發(fā)出SFC內(nèi)部停機(jī)令使SFC停機(jī)，同時(shí)使K9勵(lì)磁其常開接點(diǎn)閉合使TQ線圈勵(lì)磁去跳SFC輸入開關(guān).另一方面K2的另一付常開接點(diǎn)斷開使中間繼電器K7失磁.K7的二付常閉接點(diǎn)，一付K7常閉接點(diǎn)送入圖5使K8中間繼電器勵(lì)磁.另一付K7常閉接點(diǎn)送入圖6中，使SFC輸入開關(guān)TQ線圈勵(lì)磁，使SFC輸入開關(guān)瞬時(shí)跳開.同時(shí)，K8常開接點(diǎn)閉合送入機(jī)組LCU輸入模塊中產(chǎn)生IBP_SFC_TRIP信號(hào)送至正在由SFC拖動(dòng)的機(jī)組邏輯中.通過機(jī)組本身的邏輯判斷，使機(jī)組一方面下達(dá)緊急快速停機(jī)令.另一方面將停機(jī)令再次送入SFC控制器［4］.這和正常時(shí)的動(dòng)作邏輯基本上是一樣的.

3 分析及處理

對(duì)上述回路的接線進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，在這些回路中存在有二處長(zhǎng)電纜接線的情況.分別是圖1中的K1接點(diǎn)與K2繼電器之間，這段電纜的距離是從SFC輸出變室到SFC設(shè)備室，電纜的長(zhǎng)度大概有100 m有余.另外還有一處是K8接點(diǎn)與2、4號(hào)端子之間，這段電纜的距離是從副廠房LCU5室到主廠房的發(fā)電機(jī)層，電纜長(zhǎng)度大概有200 m有余.因?yàn)閺纳衔粰C(jī)事件列表中未發(fā)現(xiàn)有引起SFC輸入開關(guān)跳閘的保護(hù)動(dòng)作或其它故障信息的特殊情況并結(jié)合長(zhǎng)電纜易引起干擾的特性來分析，誤動(dòng)的根源很可能為長(zhǎng)電纜干擾引起.根據(jù)上述的分析判斷，采取了如下的處理措施，見圖8.

圖8 采取異動(dòng)后的示意圖

(1)考慮到LCU5室到主廠房的發(fā)電機(jī)層，電纜長(zhǎng)度大概有200 m有余.因干擾而引起誤動(dòng)很可能是從此段電纜上產(chǎn)生.故首先將此段接線做如下改動(dòng):將SFC送LCU5盤柜的跳閘繼電器K8的常開接點(diǎn)送入LCU5輸入模塊產(chǎn)生SFC跳閘信號(hào)，LCU5收到SFC跳閘信號(hào)后送出信號(hào)(OBE_SFC_TRIP)去上位機(jī)報(bào)警，信息為“SFC跳閘送LCU5”.另一方面同時(shí)采用通信方式將此SFC跳閘信號(hào)(IBE_SFC_TRIP)送機(jī)組而不經(jīng)過硬布線，從而徹底避免LCU5至機(jī)組長(zhǎng)電纜干擾而引起誤動(dòng)的可能，同時(shí)原硬布線仍保留.

(2)修改機(jī)組LCU邏輯，接受LCU5送來的SFC跳閘信號(hào)(IBE_SFC_TRIP).并經(jīng)過邏輯判斷，確實(shí)為SFC拖動(dòng)時(shí)，出口停本機(jī)組.另一方面原硬布線送入機(jī)組的SFC跳閘信號(hào)(IBP_SFC_TRIP)改為報(bào)警而不停機(jī)，并將信號(hào)(OBO_SFC_TRIP)送上位機(jī)，信息為“*號(hào)機(jī)SFC跳閘(已取消)”.

經(jīng)采取上述措施后，SFC在拖動(dòng)機(jī)組的過程中，上位機(jī)頻繁發(fā)“*號(hào)機(jī)SFC跳閘(已取消)”信號(hào)，而機(jī)組仍能正常成功并網(wǎng).從這點(diǎn)可以看出，所采取的措施是正確的而且該“*號(hào)機(jī)SFC跳閘(已取消)”信號(hào)也證明了，從副廠房LCU5室至機(jī)組發(fā)電機(jī)層的這段電纜確實(shí)是存在嚴(yán)重的干擾.但有時(shí)機(jī)組仍會(huì)發(fā)生SFC輸入開關(guān)無故障跳閘造成不能拖動(dòng)成功的現(xiàn)象.分析上位機(jī)信號(hào)發(fā)現(xiàn)，只要有“SFC跳閘送LCU5”信號(hào)，SFC拖動(dòng)機(jī)組就不會(huì)成功.而無該信號(hào)時(shí)，機(jī)組就能拖動(dòng)成功.那么可以斷定，中間繼電器K8肯定已經(jīng)動(dòng)作了.為查找故障原因，對(duì)相關(guān)SFC的控制回路進(jìn)行了錄波.并二次捕捉到因?yàn)镾FC輸出變瓦斯繼電器接點(diǎn)抖動(dòng)，造成SFC跳閘的事件.

從控制回路接線示意圖可以看出，原輸出變瓦斯繼電器是通過常閉接點(diǎn)K1驅(qū)動(dòng)中間繼電器K2，然后由中間繼電器的常開接點(diǎn)K2送硬布線回路瞬時(shí)出口跳SFC輸入開關(guān)的.之前歷次故障發(fā)生時(shí)因接點(diǎn)抖動(dòng)的時(shí)間未到2S，硬布線回路瞬時(shí)出口跳SFC輸入開關(guān)而控制器卻并不會(huì)出口跳閘并上送信號(hào)到上位機(jī).所以SFC跳閘時(shí)，上位機(jī)沒有具體信號(hào)提示.

經(jīng)過對(duì)瓦斯繼電器的備品及相關(guān)控制回路進(jìn)行深入分析，認(rèn)為其常閉接點(diǎn)產(chǎn)生抖動(dòng)的可能性很大，而常開接點(diǎn)抖動(dòng)的可能性很小.故修改相應(yīng)的回路，采用瓦斯繼電器的常開接點(diǎn)驅(qū)動(dòng)中間繼電器K10，然后由K10的常閉接點(diǎn)驅(qū)動(dòng)中間繼電器K2.最后由中間繼電器K2的常閉接點(diǎn)送SFC控制器及硬布線回路跳閘，見圖9.硬布線回路無延時(shí)，而控制器經(jīng)2S延時(shí)出口跳閘，并送信號(hào)至上位機(jī).另外將中間繼電器K10的常開接點(diǎn)送至LCU5，經(jīng)處理后送上位機(jī)報(bào)警，信號(hào)為“SFC輸出變瓦斯繼電器動(dòng)作(K10)”，以便今后進(jìn)行故障判斷和故障原因確認(rèn).

圖9 異動(dòng)后添加中間繼電器K10

對(duì)相關(guān)控制回路經(jīng)上述改動(dòng)后，SFC拖動(dòng)機(jī)組抽水調(diào)相的成功率大大提高.但是仍會(huì)偶爾發(fā)生SFC輸入開關(guān)無故障跳閘致使機(jī)組抽水調(diào)相啟動(dòng)不成功的現(xiàn)象.對(duì)上位機(jī)事件列表進(jìn)行深入分析發(fā)現(xiàn)，每次拖動(dòng)不成功均有“SFC輸出變瓦斯繼電器動(dòng)作(K10)”及“SFC跳閘送LCU5”信號(hào)，但是每次對(duì)SFC輸出變進(jìn)行檢查均無異常，表明瓦斯繼電器未真的動(dòng)作，并且SFC輸出變常開接點(diǎn)抖動(dòng)的可能性又非常之小.那么問題到底出在哪兒呢?考慮到之前長(zhǎng)電纜干擾的影響，懷疑很可能是SFC輸出變室至SFC設(shè)備室這段長(zhǎng)100 m有余的電纜也存在干擾引起，故對(duì)該回路采用備用電纜芯進(jìn)行接線并對(duì)該電纜進(jìn)行了屏蔽［5］.經(jīng)采取上述的措施后，SFC拖動(dòng)機(jī)組再也未發(fā)生過前述啟動(dòng)不成功的現(xiàn)象，說明故障已徹底解決.

4 結(jié)語

通過對(duì)SFC輸入開關(guān)頻繁誤跳原因的查找，發(fā)現(xiàn)引起跳閘的主要原因是長(zhǎng)電纜干擾，而且干擾點(diǎn)有好幾處，這對(duì)故障的查找和處理造成了不小的麻煩.為防范因長(zhǎng)電纜干擾而引起開關(guān)誤跳情況的再次發(fā)生，應(yīng)重視對(duì)長(zhǎng)電纜的屏蔽工作.對(duì)新敷設(shè)的電纜應(yīng)注意敷設(shè)的路徑，避開干擾源.

［1］梅祖彥.抽水蓄能發(fā)電技術(shù)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2000.

［2］劉 愚，譚劍波.抽水蓄能電站發(fā)電電動(dòng)機(jī)變頻啟動(dòng)(SFC)方式和諧波分析［J］.中化建設(shè)，2008(8):28-31.

［3］胡雪琴.靜止變頻啟動(dòng)裝置(SFC)總結(jié)與探索［J］.云南水利發(fā)電，2007(1):31-33.

［4］趙 政.抽水蓄能電站的變頻起動(dòng)裝置［J］.水利發(fā)電，2010(1):22-25.

［5］陳湘勻，王 俊.靜止變頻器在可逆式機(jī)組中的應(yīng)用［J］.水利水電科技進(jìn)展，2002(4):45-48.