周志文 石天磊 劉軻

摘要：21世紀(jì)以來，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國的抽水蓄能電站的建設(shè)規(guī)模越來越大。抽水蓄能電站是一種大型的新型水力發(fā)電設(shè)備，具有高速度的反應(yīng)力以及靈活的運(yùn)行力，能夠進(jìn)行調(diào)峰、填谷等。SFC作為抽水蓄能電站的一個重要的啟動方式，它具備效率高、速度快等優(yōu)點(diǎn)。它的正常啟動為整個蓄能電站的穩(wěn)定運(yùn)行提供重要的保障。因此，必須要SFC系統(tǒng)無故障運(yùn)行。對此，本文重點(diǎn)對抽水蓄能電站SFC系統(tǒng)運(yùn)行故障進(jìn)行詳細(xì)分析和探討。

關(guān)鍵詞：抽水蓄能電站；SFC系統(tǒng)；故障分析與處理

中圖分類號：TM57 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-6487 （2018） 01-0020-02

O 引言

通常情況下，抽水蓄能電站都會有2個水庫，分別位于河流的上游和下游，在電力負(fù)荷量過低時，利用電能將水抽到上游水庫，在電力負(fù)荷過高時，將水再放至下游水庫，這就是抽水蓄能電站的基本工作原理。它的啟動方式主要分為2種，分別是靜止變頻啟動（SFC）和背靠背啟動。其中SFC啟動為最佳啟動方式，因?yàn)樗膯有阅芨茫晒β室沧罡?。因此，對抽水蓄能電站的SFC系統(tǒng)運(yùn)行故障的檢修工作就顯得尤為重要。只有確保SFC啟動順利，才能保證電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。本文以貴州某一抽水蓄能電站為例來對SFC系統(tǒng)運(yùn)行故障進(jìn)行分析。

1 抽水蓄能電站SFC系統(tǒng)概述

貴州某抽水蓄能電站的SFC系統(tǒng)的主要包括以下幾個組成部分：電源側(cè)斷路器、輸入變壓器、輸出變壓器、電流互感器、電壓互感器、交流電抗器以及相關(guān)的控制保護(hù)系統(tǒng)等。其技術(shù)參數(shù)主要為：輸入輸出變額定電壓是15.64kV（允許誤差范圍為10%）、輸出頻率和額定功率分別為0～51.3Hz和18.9MW、額定直流電流是3400A、凈啟動時間低于245s、可控硅直徑是100mm。

對于整流裝置而言，也就是所謂的網(wǎng)橋，SFC系統(tǒng)通常采用自動換相方式；而對于逆變裝置而言，即所謂的機(jī)橋，SFC系統(tǒng)常采用強(qiáng)制換相和自動換相兩種方式來截斷晶閘管。在啟動機(jī)組的最初階段，交流電壓過低，此時機(jī)橋無法進(jìn)行自動換相[1]。通常來講，SFC系統(tǒng)在運(yùn)行的過程中會有低速運(yùn)行和高速運(yùn)行階段之分，因此要想確保SFC系統(tǒng)的工作頻率符合規(guī)定的范圍值，則必須要在工作頻率上保證高速運(yùn)行階段時頻率的最小值低于低速運(yùn)行階段時頻率的最大值。

當(dāng)f<5 Hz，即處于低速運(yùn)轉(zhuǎn)階段時，SFC系統(tǒng)采用脈沖耦合的運(yùn)行方式。由于SFC機(jī)橋無法在電壓過低的初始階段自動進(jìn)行換相，因此回路中的電流在進(jìn)行變相時強(qiáng)制網(wǎng)橋全逆變對其進(jìn)行截止，直到電流為O時，才將網(wǎng)橋的全逆變?nèi)∠⒚}沖發(fā)至下一組待觸發(fā)的可控硅[2]。

當(dāng)f>5 Hz，即處于高速運(yùn)轉(zhuǎn)階段時，SFC系統(tǒng)采用同步運(yùn)行的方式。此時，SFC可控硅自動換向控制單元控制機(jī)網(wǎng)橋的觸發(fā)脈沖，同時將SFC輸出電流調(diào)至50 Hz。

2 分析及處理SFC系統(tǒng)故障

2.1 SFC控制器因廠用電故障而無法正常運(yùn)行

2016年6月，該蓄能電站的SFC系統(tǒng)啟動失敗導(dǎo)致電力中斷，進(jìn)而使裝有蓄電池的控制柜UPS釋放了所有的電量并退出，這讓機(jī)組控制設(shè)備陷入了全面癱瘓狀態(tài)。除此之外，在控制器的機(jī)架內(nèi)部附著了大量的黑色灰塵。對此，必須拆除控制器的各個部件來清除灰塵，從而重新使每一個系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

首先需要做的是將UPS的蓄電池電源重新恢復(fù)，確保其處于旁路供電模式狀態(tài)，之后再將蓄電池進(jìn)行24h的充電，使其再次切換至正常的供電模式。完成這一步驟之后，重新開啟控制器，在控制器完成大約80s的充電之后，相互交換PIB100E處理卡和主CPU板卡的參數(shù)信息。此時，若4個子單元的PIB100E前面板數(shù)碼管數(shù)值不穩(wěn)定，則表明PIB100E處理卡和主CPU板卡之間出現(xiàn)參數(shù)匹配錯誤，這就會導(dǎo)致控制器初始化失敗，但是此時的測試電腦能夠和主CPU板卡進(jìn)行正常的連接[3]。在此基礎(chǔ)上，使用備件卡對控制器內(nèi)的相同種類的元件進(jìn)行替換，但仍然會出現(xiàn)以上問題。為此，相關(guān)技術(shù)人員對其進(jìn)行了進(jìn)一步的細(xì)致檢查，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)第4個子單元所對應(yīng)的配置參數(shù)不相符合，因此對該子單元的PIB100E處理卡進(jìn)行了更換。更換之后，重新給控制器接通電源，這時控制器能夠正常運(yùn)行。

在SFC控制器能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)之后，對其進(jìn)行拖動機(jī)組升速的測試，然而此時，有許多晶閘管出現(xiàn)報警現(xiàn)象，因此，機(jī)組停機(jī)后，對晶閘管和并聯(lián)阻容回路進(jìn)行檢查，但沒有任何異?，F(xiàn)象。將光纖觸發(fā)卡進(jìn)行替換后，仍出現(xiàn)報警現(xiàn)象，由此判斷是觸發(fā)控制卡出現(xiàn)了異常。對其進(jìn)行替換后，報警消除，機(jī)組正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

2.2機(jī)組由于設(shè)置了不合理的SFC油流信號而停機(jī)

江西洪屏抽水蓄能有限公司在2016年底某天抽水開機(jī)過程中，在開啟SFC運(yùn)行一段時間后，系統(tǒng)突然監(jiān)測不到輸入變油流信號，提示“輸入變壓器油流信號故障”，因該故障導(dǎo)致SFC運(yùn)行停止和機(jī)組停機(jī)。隨后分析了SFC錄取波形，結(jié)果顯示：當(dāng)機(jī)組抽水啟動命令由監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)送后，SFC系統(tǒng)開始運(yùn)行，在輸入開關(guān)合閘后35s內(nèi)，SFC的輸入變油流開關(guān)信號由O～l，但信號在約15s后己監(jiān)測不到，即信號顯示值已經(jīng)從l變?yōu)?[4]。油流信號連續(xù)10s以上監(jiān)測不到，SFC就會顯示輸入變油流信號故障，在3個采樣周期后故障停止，機(jī)組因電氣停機(jī)而啟動失敗。

針對上述故障，工程師立即將SFC輸入變的冷卻水閥和變壓器循環(huán)油泵開啟，一段時間后，設(shè)備檢測到流量顯示為7.26L/s，因?yàn)闆]有給變壓器進(jìn)行供電，油溫從之前的16.3℃、16.4℃降至了13.2℃、13.3℃，流量也下降為7.18L/s。隨后查閱SFC輸入相關(guān)維護(hù)知識得知，實(shí)際運(yùn)行過程中的溫度和其整定溫度存在較大的誤差，而流量卻與流量開關(guān)整定接近，所以容易出現(xiàn)“油流信號故障”，隨后調(diào)小油流開關(guān)的設(shè)定值（約7.05 L/s），故障排除。

2.3 內(nèi)冷水電導(dǎo)率受到監(jiān)視裝置接點(diǎn)故障的影響

該蓄能電站近期進(jìn)行了大規(guī)模的系統(tǒng)檢查，發(fā)現(xiàn)SFC的內(nèi)冷水電導(dǎo)率監(jiān)視裝置的參數(shù)數(shù)據(jù)發(fā)生異常。經(jīng)進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)其裝置的4個輸出接點(diǎn)在斷電時始終處于中斷狀態(tài)，而通電時則處于關(guān)閉狀態(tài)且無法對閥值進(jìn)行隨意設(shè)置。

輸出接點(diǎn)Sl在正常運(yùn)行監(jiān)視裝置時是常開接點(diǎn)，其在電導(dǎo)率大于1.Ox10～4S/m時是閉合狀態(tài)，導(dǎo)通電磁閥，接通內(nèi)冷水去離子回路；在下降到0.8x10～4S/m后，再斷開Sl接點(diǎn)。但輸出接點(diǎn)發(fā)生故障后，電磁閥會因?yàn)槭冀K閉合的接點(diǎn)而一直維持導(dǎo)通的狀態(tài)，這樣會產(chǎn)生嚴(yán)重的發(fā)熱現(xiàn)象；此外，電導(dǎo)率雖然會由于始終接通的離子回路而有所降低，但卻對離子瓶的使用壽命造成了一定的影響，從而對設(shè)備的正常運(yùn)行制造了障礙。

要想解決上述故障，則需要改動內(nèi)冷水電導(dǎo)率的控制回路，具體如下：額外使用一個繼電器來調(diào)節(jié)和通斷整個內(nèi)冷水電磁閥，并用主、備用水泵控制繼電器剩余的常閉接點(diǎn)將線圈串聯(lián)控制，將其導(dǎo)通[5]。此外，SFC控制柜為24VDC提供相對充足的電力，以保證能夠順利控制回路。此步驟完成后，再在電磁閥的控制回路中串接上之前新增繼電器的常閉接點(diǎn)即可。

3 結(jié)束語

在抽水蓄能電站中，SFC扮演著十分重要的角色，其除了擁有強(qiáng)大的功能和容量，還能夠在電網(wǎng)調(diào)峰過程中能足發(fā)電機(jī)機(jī)組頻繁啟動的任務(wù)需求，更為重要的是具有較高的機(jī)組啟動成功率、較小的維護(hù)量和較高的穩(wěn)定性。但控制器若出現(xiàn)問題，因?yàn)槠浼沙潭容^高，使問題很難順利解決。

參考文獻(xiàn)

[1] 彭連成.大型抽水蓄能電站靜止變頻啟動器（SFC）的運(yùn)行故障分析[D].廣州：華南理工大學(xué)，2015.

[2] 楊春海.靜止變頻啟動器（SFC）在大型抽水蓄能電站中的應(yīng)用研究[D].廣州：華南理工大學(xué)，2014.

[3] 陶大軍，發(fā)電電動機(jī)靜止變頻器起動強(qiáng)迫換流階段若干問題研究[D].哈爾濱：哈爾濱理工大學(xué)，2013.

[4] 馮鋼聲，闞朝暉，白蓮河抽水蓄能電站SFC系統(tǒng)運(yùn)行中故障的分析與處理[J]水力發(fā)電，2012，38 （7）：67 68.

[5] 葉華，楊文道.抽水蓄能機(jī)組SFC拖動故障的排查處理[A]中國水力發(fā)電工程學(xué)會電網(wǎng)調(diào)峰與抽水蓄能專業(yè)委員會，抽水蓄能電站工程建設(shè)文集2011[C].中國水力發(fā)電工程學(xué)會電網(wǎng)調(diào)峰與抽水蓄能專業(yè)委員會，2011.