朱 溪

（浙江仙居抽水蓄能有限公司，浙江 臺(tái)州 317300）

0 引言

浙江仙居抽水蓄能電站是國(guó)內(nèi)在建及運(yùn)行的單機(jī)容量最大的抽水蓄能電站。該電站安裝4臺(tái)單機(jī)容量為375 MW的混流可逆式水輪發(fā)電機(jī)組，水輪機(jī)額定水頭為447 m。該機(jī)組發(fā)電電動(dòng)機(jī)在發(fā)電工況下額定功率為375 MW，在水泵工況下額定功率為413 MW。機(jī)組電動(dòng)工況起動(dòng)以變頻起動(dòng)為主，背靠背同步起動(dòng)作為備用。靜止變頻器（以下簡(jiǎn)稱(chēng)SFC）作為其電動(dòng)工況下起動(dòng)的關(guān)鍵裝置，選用了西門(mén)子的產(chǎn)品。

1 變頻起動(dòng)過(guò)程及要求

抽水蓄能機(jī)組的變頻起動(dòng)過(guò)程主要包括以下幾個(gè)階段：電氣連接建立階段、轉(zhuǎn)子初始位置檢測(cè)階段、強(qiáng)迫換相階段、自然換相階段、同期并網(wǎng)階段、拖動(dòng)退出階段。從控制對(duì)象上看，主要通過(guò)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)結(jié)構(gòu)（圖1）將機(jī)組轉(zhuǎn)速由0拖動(dòng)至額定值。

圖1 SFC控制圖

在SFC設(shè)計(jì)前電站對(duì)SFC的設(shè)計(jì)提出了基本要求，要求機(jī)組起動(dòng)過(guò)程加速時(shí)間不大于4 min，即應(yīng)在4 min內(nèi)將機(jī)組從靜止?fàn)顟B(tài)加速到額定轉(zhuǎn)速，并網(wǎng)時(shí)間不大于1 min。同時(shí)，應(yīng)滿足抽水蓄能機(jī)組頻繁起停的要求，能連續(xù)逐一起動(dòng)電站4臺(tái)機(jī)組，留有2次起動(dòng)失敗再起動(dòng)的裕度，即1個(gè)工作周期內(nèi)能連續(xù)起動(dòng)6次。連續(xù)工作時(shí)間應(yīng)不小于6×（4＋1）＝30 min，并具備間隔30 min后再次運(yùn)行1個(gè)工作周期的能力。

2 初步方案

西門(mén)子的初步方案如圖2所示。SFC部分主要包括輸入開(kāi)關(guān)、降壓變、整流逆變橋、升壓變、輸出開(kāi)關(guān)。SFC輸入、輸出側(cè)分別有電抗器、閘刀與單元主變低壓側(cè)及機(jī)組相連。圖中右側(cè)開(kāi)關(guān)示意機(jī)組出口開(kāi)關(guān)。

功率單元由12脈沖可控硅整流器和12脈沖可控硅逆變器構(gòu)成。輸入變壓器采用Dy11／Dd0接線組別，2個(gè)并聯(lián)的6脈整流橋之間相位相差30°，組成1個(gè)12脈的整流橋。

在起動(dòng)過(guò)程的初始階段，西門(mén)子認(rèn)為整個(gè)起動(dòng)過(guò)程從0 Hz開(kāi)始到50 Hz并網(wǎng)結(jié)束，是連續(xù)不間斷的起動(dòng)過(guò)程，在低頻段，升壓變壓器無(wú)需旁路也能準(zhǔn)確傳輸能量，整個(gè)起動(dòng)過(guò)程中對(duì)電機(jī)和整個(gè)軸系無(wú)任何沖擊，因此其未設(shè)置旁路開(kāi)關(guān)。

在機(jī)組同期階段，該方案采用跳躍式同期方式。在同期前，SFC將機(jī)組轉(zhuǎn)速拖動(dòng)至速度目標(biāo)設(shè)定值，斷開(kāi)SFC輸出開(kāi)關(guān)，等待轉(zhuǎn)速自然下降至額定轉(zhuǎn)速起動(dòng)同期。若同期未成功，需要重新建立電氣軸，將SFC輸出開(kāi)關(guān)重新合上繼續(xù)拖動(dòng)機(jī)組轉(zhuǎn)速上升，重復(fù)上述同期過(guò)程。

3 初步方案的問(wèn)題及改進(jìn)措施

3.1 起動(dòng)過(guò)程

在初步方案中，轉(zhuǎn)子初始位置檢測(cè)存在問(wèn)題。轉(zhuǎn)子位置的檢測(cè)，是通過(guò)加勵(lì)磁電流測(cè)量電機(jī)在靜止（零轉(zhuǎn)速）時(shí)輸出的感應(yīng)電壓，進(jìn)而計(jì)算轉(zhuǎn)子位置。精確的轉(zhuǎn)子位置取決于從相位上的3個(gè)終端電壓。如果有1個(gè)升壓變壓器放置在整流器出口與電機(jī)之間，而升壓變壓器的磁性特征是虛假的，因?yàn)樗惹耙呀?jīng)被連接或處于飽和狀態(tài)，那么便會(huì)在轉(zhuǎn)子位置上造成虛假的測(cè)量信號(hào)，也有可能是信號(hào)不能移動(dòng)。這會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤的轉(zhuǎn)子位置。因此在初步方案中，西門(mén)子為升壓變?cè)黾恿?套去磁裝置。

由于增加了去磁裝置，起動(dòng)過(guò)程另增加了4 min的升壓變?nèi)ゴ拧＿B續(xù)起動(dòng)機(jī)組時(shí)，該方案增加了近1倍的起動(dòng)時(shí)間。為減少起動(dòng)時(shí)間，西門(mén)子提出了取消配置去磁裝置，增加旁路開(kāi)關(guān)的方式。

現(xiàn)方案在升壓變?cè)鲈O(shè)一旁路（圖3），在27%轉(zhuǎn)速（該轉(zhuǎn)速設(shè)置將根據(jù)起動(dòng)母線的過(guò)流能力作出調(diào)整）以下時(shí)，輸出開(kāi)關(guān)S1、S3分閘，旁路開(kāi)關(guān)S2合閘。此時(shí)，逆變橋未通過(guò)升壓變而直接與定子相連，避免了轉(zhuǎn)子初始位置檢測(cè)不準(zhǔn)的問(wèn)題，同時(shí)減少了4 min的去磁環(huán)節(jié)。根據(jù)計(jì)算，現(xiàn)方案起動(dòng)時(shí)間大約為200 s，起動(dòng)曲線如圖4所示。

3.2 同期過(guò)程

初步方案的同期過(guò)程邏輯較為復(fù)雜。在同期過(guò)程中可能存在SFC輸出開(kāi)關(guān)的多次分合，增加了故障源，降低了SFC系統(tǒng)的可靠性。同時(shí)其存在自然降速過(guò)程，增加了同期裝置捕捉同期點(diǎn)的難度，拉長(zhǎng)了同期時(shí)間。

根據(jù)目前抽水蓄能電站較為成熟的同期方案，考慮將初步方案的同期過(guò)程加以調(diào)整。其同期過(guò)程改為逼近式同期，取消初步方案中的自然降速過(guò)程。在SFC拖動(dòng)至同期點(diǎn)附近時(shí)，由同期裝置向SFC發(fā)出命令對(duì)機(jī)組頻率作出微調(diào)。在同期調(diào)節(jié)過(guò)程中，SFC系統(tǒng)參與頻率調(diào)節(jié)，直至同期令發(fā)出后退出運(yùn)行。

圖3 SFC電氣接線圖（改進(jìn)方案）

圖4 改進(jìn)方案的機(jī)組起動(dòng)曲線

4 結(jié)語(yǔ)

西門(mén)子SFC系統(tǒng)在抽水蓄能行業(yè)的使用，自1994年的廣州抽水蓄能電站后，在國(guó)內(nèi)抽水蓄能行業(yè)鮮有業(yè)績(jī)。因此其產(chǎn)品設(shè)計(jì)思路與國(guó)內(nèi)抽水蓄能電站的實(shí)際環(huán)境有所偏差。在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們始終揣摩國(guó)內(nèi)抽水蓄能電站SFC系統(tǒng)的運(yùn)行理念，并與西門(mén)子獨(dú)特的技術(shù)特點(diǎn)相結(jié)合，以期其在浙江仙居抽水蓄能電站項(xiàng)目中能夠滿足我們的要求。