祝加勇，劉康波，楊 暉，龐希斌，吳 敏

（國網(wǎng)新源湖南黑麋峰抽水蓄能有限公司，湖南 長沙410213）

0 引言

黑麋峰抽水蓄能電站位于湖南省長沙市望城區(qū)，裝有4臺單機300 MW的可逆式抽水蓄能機組，2010年10月份全部機組投產(chǎn)，主要承擔(dān)湖南地區(qū)電網(wǎng)調(diào)峰、調(diào)頻及事故備用。電站投產(chǎn)以來，充分利用抽水蓄能機組工況轉(zhuǎn)換靈活、啟動迅速的特點，為湖南電網(wǎng)減少常規(guī)水電棄水、晚間填谷發(fā)揮了巨大作用，因此保證機組水泵工況啟動成功率是電站運維工作的重點，黑麋峰電站水泵工況啟動方式以靜止變頻器（SFC）啟動為主，背靠背啟動為輔。

1 黑麋峰電站SFC系統(tǒng)簡介

1.1 黑麋峰SFC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

靜止變頻器（SFC）由瑞士ABB公司生產(chǎn)，型號為W1206-333/4R465，額定輸出功率18.8MW，水冷，主要由輸入單元、變頻單元、輸出單元、控制單元、保護單元及輔助單元幾部分組成。輸入單元包括輸入開關(guān)、輸入變、輸入限流電抗器、避雷器等；變頻單元包括整流橋（網(wǎng)橋）、逆變橋（機橋）和一個直流電抗器等；輸出單元包括輸出開關(guān)、輸出電抗器、輸出變、旁路刀閘、接地刀閘等，控制器為可編程邏輯控制器AC800 PEC，通過以太網(wǎng)及光纖通信?；窘M成見圖1。

1.2 黑麋峰電站水泵工況啟動轉(zhuǎn)子檢測位置基本原理

抽水蓄能機組水泵工況啟動時轉(zhuǎn)子初始位置檢測是SFC啟動的關(guān)鍵技術(shù)，唯有精確判斷轉(zhuǎn)子初始位置，才能確保電機按指定方向以最大轉(zhuǎn)矩啟動，否則，

可能導(dǎo)致電機啟動方向錯誤，或轉(zhuǎn)矩過低無法啟動。

圖1 SFC系統(tǒng)接線圖

黑麋峰電站SFC系統(tǒng)為ABB公司生產(chǎn)，轉(zhuǎn)子初始位置檢測采用電磁感應(yīng)的方法檢測，機組啟動時，首先在轉(zhuǎn)子上通入一定速率快速上升的勵磁電流（短時間內(nèi)，勵磁電流從0上升至1.5倍的額定值），在此快速變化勵磁電流的作用下，電機定子繞組上感應(yīng)出幅值不同的電動勢，通過該電動勢進行轉(zhuǎn)子位置檢測?；驹硎峭ㄟ^對機端電壓波形濾波后按式（1）進行 PARK 變換，再利用式（2）、（3）進行電壓積分求解磁鏈，即可反正切求解轉(zhuǎn)子位置角。

由于純積分運算會引起采樣誤差的放大，影響轉(zhuǎn)子位置計算，為此，引入電壓矢量點與磁鏈?zhǔn)噶奎c的乘積作為轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶糠档姆答伭?，與磁鏈幅值相除作為偏差值送入PI調(diào)節(jié)器，于是可以得到式（3）、（4）。

式中：λm為通過PI調(diào)節(jié)計算出磁鏈的幅值，ωc為電壓采樣濾波器的截止頻率。

通過式（4）及式（5），可以計算出 θ值的大小，從而確定轉(zhuǎn)子的初始位置，SFC控制系統(tǒng)根據(jù)轉(zhuǎn)子的初始位置觸發(fā)脈沖。

2 水泵工況SFC啟動失敗現(xiàn)象

黑麋峰電站SFC投入運行后，采用SFC模式水泵工況啟動時，經(jīng)常在機組SFC拖動相關(guān)機組的電氣軸已建立，機組勵磁系統(tǒng)投入運行后，出現(xiàn)啟動失敗故障，此時，機組轉(zhuǎn)速未上升，仍為0，監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)機組停機命令，“SFC事故跳閘”告警，SFC高壓側(cè)開關(guān)跳閘，SFC控制面板出現(xiàn)“T3_OpenCircuit”、“T2_ Over Frequency”、“T2_SFC_Underflux”報警。

遇到此類情況時，我們首先檢查相關(guān)一次回路及控制系統(tǒng)是否異常，檢查機組各一次設(shè)備實際位置及反饋位置是否到位，啟動程序是否正確，都無異常后，復(fù)歸相關(guān)報警，重新對SFC送電，用SFC試啟動其他機組，檢查是否出現(xiàn)上述問題。但每次后面的試啟動均無異常，因此，初步判斷為轉(zhuǎn)子初始位置未檢測到導(dǎo)致的啟動不成功，但報警的原因需要進一步分析。

3 SFC啟動失敗報警原因分析

3.1 啟動失敗原因排查

為徹底解決轉(zhuǎn)子位置檢測失敗對抽水工況啟動成功率的影響，對可能導(dǎo)致檢測不到轉(zhuǎn)子位置的原因進行逐一排除。

（1）SFC轉(zhuǎn)子位置檢測方法不可靠。黑麋峰電站SFC系統(tǒng)為ABB公司生產(chǎn)，此類產(chǎn)品在國內(nèi)外被廣泛應(yīng)用，根據(jù)對其他同類型設(shè)備調(diào)查的情況來看，ABB公司的這種通過磁通來檢測轉(zhuǎn)子位置的方法是相對先進的，可排除該項可能。

（2）一次回路及控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障。啟動失敗后，經(jīng)過對SFC啟動回路、啟動隔離開關(guān)進行檢查，未發(fā)現(xiàn)有一次設(shè)備故障的痕跡；控制系統(tǒng)除出現(xiàn)的故障報警外，控制器AC800 PEC、輸入、輸出模塊及可控硅觸發(fā)脈沖板均無異常，二次設(shè)備端子緊固，各一次設(shè)備位置反饋正常，排除該項可能。

（3）SFC控制邏輯不合理。通過對SFC內(nèi)部邏輯進行分析檢測，未發(fā)現(xiàn)程序BUG及與監(jiān)控系統(tǒng)配合方面的邏輯沖突，且SFC拖動機組大部分是成功的，因此，基本排除該項可能。

（4）SFC相關(guān)定值設(shè)置不合理。SFC在啟動機組檢測轉(zhuǎn)子位置的過程中，存在初始階段因為電流、電壓的干擾，相關(guān)電氣量檢測時間的影響，可能偶爾出現(xiàn)轉(zhuǎn)子位置檢測不到而導(dǎo)致的檢測不成功。因此定值設(shè)置不合理可能導(dǎo)致該現(xiàn)象的發(fā)生。

3.2 SFC報警檢查分析

根據(jù)排查的結(jié)果，對啟動失敗時SFC系統(tǒng)存在的報警進行深入檢查分析：

（1）報警一，“T3_OpenCircuit”，意思為 SFC 開路跳閘，主要的保護功能是判斷SFC系統(tǒng)至機組的一次回路是否有開路，通過初始階段感應(yīng)的磁通來判斷。調(diào)取相應(yīng)的故障波形見圖2。

圖2 開路波形

從故障記錄可以計算出：

而以前的設(shè)置值是0.3，基本上在計算值的附近，有時無法躲過，因此在啟動之初開路的故障會時有發(fā)生。

（2）報警二，“Trip2_Over Frequency”：意思為SFC過頻跳閘，當(dāng)SFC系統(tǒng)輸出頻率已超過拖動機組運行頻率時，保護啟動，切斷SFC與機組的聯(lián)系。調(diào)取啟動失敗后的波形見圖3。

圖3 過頻波形

從故障記錄可以看出，轉(zhuǎn)子位置在啟動的初始階段被電流干擾，檢查參數(shù)發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子位置回滯值為0.1，這個值太小容易造成混亂的轉(zhuǎn)子位置。錯誤的轉(zhuǎn)子位置造成錯誤的可控硅觸發(fā)，可控硅觸發(fā)后，未形成最大轉(zhuǎn)矩，機組無法轉(zhuǎn)動，SFC與機組頻率不一致，SFC通過計算認為輸出頻率太高而報超頻故障。

（3）報警三，T2_SFC_Underflux：意思為SFC判斷電機低勵磁跳閘，因判斷轉(zhuǎn)子位置失敗，通入定子兩相電流為不恰當(dāng)?shù)膬上?，定轉(zhuǎn)子合成磁通偏小，無法形成最大的轉(zhuǎn)動力矩（圖4）。此時，SFC會出現(xiàn)低勵磁報警。

只有當(dāng)定子磁通與轉(zhuǎn)子磁通的夾角接近90°時，形成的轉(zhuǎn)動力矩才是最大的。設(shè)定的低磁通定值可以滿足機組啟動轉(zhuǎn)矩的要求，但檢查發(fā)現(xiàn)低磁通檢測時間定值為3 s，考慮LCU切換、勵磁的響應(yīng)時間，此定值偏短。

4 應(yīng)對措施

圖4 SFC啟動時定、轉(zhuǎn)子磁通示意圖

通過以上分析，SFC啟動初始階段檢測轉(zhuǎn)子位置的磁通量均在0.3附近，而Open Circuit（開路）的磁通設(shè)定值為0.3，一旦由于外界干擾等因素導(dǎo)致檢測到的磁通量低于0.3將造成Open Circuit（開路）故障報警，定值設(shè)置不恰當(dāng)，為避免該情況的發(fā)生，將Open Circuit（開路）磁通定值由0.3改為0.2。

轉(zhuǎn)子位置回滯值為0.1，抗干擾能力不強，參考其他抽水蓄能電廠，結(jié)合廠家的指導(dǎo)意見，將轉(zhuǎn)子位置回滯值由原來的0.1改為0.6。

SFC低磁通檢測時間定值由3 s改為6 s，避免因監(jiān)控系統(tǒng)、勵磁系統(tǒng)響應(yīng)造成的誤動。

5 結(jié)束語

定值修改后，后續(xù)的SFC啟動機組水泵工況并網(wǎng)過程中再沒有出現(xiàn)類似轉(zhuǎn)子位置檢測不到的情況，處理達到理想的效果。抽水蓄能電站SFC投運后，運維過程中需對出現(xiàn)的各種問題進行總結(jié)分析，結(jié)合廠家的維保，對定值復(fù)核與校驗，從而提升設(shè)備的可靠性。