抽水蓄能電站SFC系統(tǒng)運行中故障的分析與處理

周志文 石天磊 劉軻

摘要：21世紀以來，隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，我國的抽水蓄能電站的建設規(guī)模越來越大。抽水蓄能電站是一種大型的新型水力發(fā)電設備，具有高速度的反應力以及靈活的運行力，能夠進行調峰、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。它的正常啟動為整個蓄能電站的穩(wěn)定運行提供重要的保障。因此，必須要SFC系統(tǒng)無故障運行。對此，本文重點對抽水蓄能電站SFC系統(tǒng)運行故障進行詳細分析和探討。

關鍵詞：抽水蓄能電站；SFC系統(tǒng)；故障分析與處理

中圖分類號：TM57 文獻標識碼：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，在電力負荷量過低時，利用電能將水抽到上游水庫，在電力負荷過高時，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，因為它的啟動性能更好，成功率也最高。因此，對抽水蓄能電站的SFC系統(tǒng)運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)定運行。本文以貴州某一抽水蓄能電站為例來對SFC系統(tǒng)運行故障進行分析。

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的控制保護系統(tǒng)等。其技術參數(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，即所謂的機橋，SFC系統(tǒng)常采用強制換相和自動換相兩種方式來截斷晶閘管。在啟動機組的最初階段，交流電壓過低，此時機橋無法進行自動換相[1]。通常來講，SFC系統(tǒng)在運行的過程中會有低速運行和高速運行階段之分，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行階段時頻率的最小值低于低速運行階段時頻率的最大值。

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

當f>5 Hz，即處于高速運轉階段時，SFC系統(tǒng)采用同步運行的方式。此時，SFC可控硅自動換向控制單元控制機網(wǎng)橋的觸發(fā)脈沖，同時將SFC輸出電流調至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行

2016年6月，該蓄能電站的SFC系統(tǒng)啟動失敗導致電力中斷，進而使裝有蓄電池的控制柜UPS釋放了所有的電量并退出，這讓機組控制設備陷入了全面癱瘓狀態(tài)。除此之外，在控制器的機架內(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)正常運轉。

首先需要做的是將UPS的蓄電池電源重新恢復，確保其處于旁路供電模式狀態(tài)，之后再將蓄電池進行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板卡進行正常的連接[3]。在此基礎上，使用備件卡對控制器內(nèi)的相同種類的元件進行替換，但仍然會出現(xiàn)以上問題。為此，相關技術人員對其進行了進一步的細致檢查，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)第4個子單元所對應的配置參數(shù)不相符合，因此對該子單元的PIB100E處理卡進行了更換。更換之后，重新給控制器接通電源，這時控制器能夠正常運行。

在SFC控制器能夠正常運轉之后，對其進行拖動機組升速的測試，然而此時，有許多晶閘管出現(xiàn)報警現(xiàn)象，因此，機組停機后，對晶閘管和并聯(lián)阻容回路進行檢查，但沒有任何異?，F(xiàn)象。將光纖觸發(fā)卡進行替換后，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。對其進行替換后，報警消除，機組正常運轉。

2.2機組由于設置了不合理的SFC油流信號而停機

江西洪屏抽水蓄能有限公司在2016年底某天抽水開機過程中，在開啟SFC運行一段時間后，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”，因該故障導致SFC運行停止和機組停機。隨后分析了SFC錄取波形，結果顯示：當機組抽水啟動命令由監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)送后，SFC系統(tǒng)開始運行，在輸入開關合閘后35s內(nèi)，SFC的輸入變油流開關信號由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，機組因電氣停機而啟動失敗。

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，設備檢測到流量顯示為7.26L/s，因為沒有給變壓器進行供電，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輸入相關維護知識得知，實際運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整定接近，所以容易出現(xiàn)“油流信號故障”，隨后調小油流開關的設定值（約7.05 L/s），故障排除。

2.3 內(nèi)冷水電導率受到監(jiān)視裝置接點故障的影響

該蓄能電站近期進行了大規(guī)模的系統(tǒng)檢查，發(fā)現(xiàn)SFC的內(nèi)冷水電導率監(jiān)視裝置的參數(shù)數(shù)據(jù)發(fā)生異常。經(jīng)進一步檢查發(fā)現(xiàn)其裝置的4個輸出接點在斷電時始終處于中斷狀態(tài)，而通電時則處于關閉狀態(tài)且無法對閥值進行隨意設置。

輸出接點Sl在正常運行監(jiān)視裝置時是常開接點，其在電導率大于1.Ox10～4S/m時是閉合狀態(tài)，導通電磁閥，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。但輸出接點發(fā)生故障后，電磁閥會因為始終閉合的接點而一直維持導通的狀態(tài)，這樣會產(chǎn)生嚴重的發(fā)熱現(xiàn)象；此外，電導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，從而對設備的正常運行制造了障礙。

要想解決上述故障，則需要改動內(nèi)冷水電導率的控制回路，具體如下：額外使用一個繼電器來調節(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將線圈串聯(lián)控制，將其導通[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即可。

3 結束語

在抽水蓄能電站中，SFC扮演著十分重要的角色，其除了擁有強大的功能和容量，還能夠在電網(wǎng)調峰過程中能足發(fā)電機機組頻繁啟動的任務需求，更為重要的是具有較高的機組啟動成功率、較小的維護量和較高的穩(wěn)定性。但控制器若出現(xiàn)問題，因為其集成程度較高，使問題很難順利解決。

參考文獻

[1] 彭連成.大型抽水蓄能電站靜止變頻啟動器（SFC）的運行故障分析[D].廣州：華南理工大學，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用研究[D].廣州：華南理工大學，2014.

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

[4] 馮鋼聲，闞朝暉，白蓮河抽水蓄能電站SFC系統(tǒng)運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.抽水蓄能機組SFC拖動故障的排查處理[A]中國水力發(fā)電工程學會電網(wǎng)調峰與抽水蓄能專業(yè)委員會，抽水蓄能電站工程建設文集2011[C].中國水力發(fā)電工程學會電網(wǎng)調峰與抽水蓄能專業(yè)委員會，2011.