靜止變頻器SFC轉(zhuǎn)子初始位置檢測(cè)優(yōu)化

錢曉忠，劉淑妍，李 博，池喜洋

（國(guó)網(wǎng)新源湖南黑麋峰抽水蓄能有限公司，湖南 長(zhǎng)沙410213）

1 前言

黑麋峰公司位于湖南省長(zhǎng)沙市望城區(qū)境內(nèi)，電站裝有4臺(tái)單機(jī)容量300 MW的立軸單級(jí)可逆混流式水泵水輪機(jī)組，總裝機(jī)容量1200 MW。SFC系統(tǒng)是可逆式蓄能機(jī)組的必備設(shè)備，承擔(dān)著機(jī)組抽水調(diào)相工況啟動(dòng)的重要任務(wù)，一旦發(fā)生故障，則無法實(shí)現(xiàn)快速抽水啟動(dòng)。SFC啟動(dòng)失敗主要集中在低速條件下，包括轉(zhuǎn)子初始位置測(cè)量失敗，旁路刀閘切換失敗，啟動(dòng)回路開路，整流橋輸出紋波超標(biāo)等，其中轉(zhuǎn)子初始位置檢測(cè)異常相關(guān)問題導(dǎo)致SFC啟動(dòng)失敗占到26%，因此能否得出一個(gè)準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)子初始位置，是啟動(dòng)成功與否的關(guān)鍵。

2 實(shí)施背景

近年來公司SFC存在的主要告警包括“FPGA Overfreq”板卡測(cè)量過頻，“A-Underflux”低磁通和轉(zhuǎn)子初始位置檢測(cè)異常，去離子水溫度過高導(dǎo)致不能正常連續(xù)啟動(dòng)4臺(tái)機(jī)組。在過頻故障發(fā)生后輸出了跳閘2告警，跳開了SFC高低壓側(cè)開關(guān)，機(jī)組事故停機(jī)。在發(fā)生低磁通后，監(jiān)控系統(tǒng)在60 s內(nèi)未檢測(cè)到機(jī)組轉(zhuǎn)速大于2%，事故跳閘。機(jī)組連續(xù)啟動(dòng)導(dǎo)致去離子水溫度疊加，超過警戒值43℃。過頻與低磁通兩個(gè)主要告警均發(fā)生在轉(zhuǎn)子初始位置檢測(cè)過程中，且機(jī)組都未轉(zhuǎn)動(dòng)，因此有必要對(duì)勵(lì)磁與SFC的定值進(jìn)行重新匹配。

3 實(shí)施過程

3.1 針對(duì)問題

黑麋峰公司機(jī)組SFC啟動(dòng)過程中，SFC系統(tǒng)第1次設(shè)定勵(lì)磁電流，使得輸出變壓器和機(jī)組被磁化，防止轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)過程中所出現(xiàn)的雜波，第2次對(duì)勵(lì)磁電流進(jìn)行設(shè)定后，開始檢測(cè)轉(zhuǎn)子初始位置，由于勵(lì)磁電流正在向零減小的過程之中，還未完全接近于零，此時(shí)再一次設(shè)定勵(lì)磁電流導(dǎo)致勵(lì)磁電流由減小轉(zhuǎn)變?yōu)樵黾樱瑒?lì)磁系統(tǒng)由逆變滅磁轉(zhuǎn)為整流輸出，故磁場(chǎng)由減小變?yōu)樵鰪?qiáng)，因此轉(zhuǎn)子初始位置瞬間反向，導(dǎo)致SFC計(jì)算輸出脈沖錯(cuò)誤，啟動(dòng)失敗。

3.2 危險(xiǎn)點(diǎn)分析

該作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)如表1。

表1

針對(duì)以上問題，本項(xiàng)目認(rèn)真分析，制定了專項(xiàng)方案，并進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析及預(yù)控：①嚴(yán)格按照方案步驟執(zhí)行操作，防止造成設(shè)備損壞。②執(zhí)行過程中加強(qiáng)監(jiān)護(hù)與聯(lián)絡(luò)，防止發(fā)生誤操作。③加強(qiáng)相關(guān)設(shè)備監(jiān)視，出現(xiàn)異常立即停止工作。④操作過程中做好個(gè)人防護(hù)，防止發(fā)生人身觸電。⑤在機(jī)組停機(jī)狀態(tài)下進(jìn)行工作，防止跳機(jī)。

3.3 具體措施

（1）原因分析

根據(jù)ABB公司相關(guān)技術(shù)資料，產(chǎn)生“FPGA Overfreq”和“A-Underflux”的原因有3條：

1）轉(zhuǎn)子初始位置檢測(cè)異常；

2）在低速條件下SFC紋波系數(shù)超標(biāo)；

3）機(jī)組轉(zhuǎn)速大于55 Hz。

（2）優(yōu)化思路

1）取消監(jiān)控系統(tǒng)在低磁通告警發(fā)生后事故跳閘的邏輯。

根據(jù)以往的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，SFC在發(fā)生低磁通告警后，機(jī)組能夠正常拖動(dòng)成功。此次監(jiān)控跳機(jī)的主要原因是SFC拖動(dòng)時(shí)間超過了監(jiān)控系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速允許閾值（監(jiān)控系統(tǒng)流程要求在發(fā)出SFC啟動(dòng)命令后60 s內(nèi)機(jī)組轉(zhuǎn)速要達(dá)到2%以上），將監(jiān)控跳機(jī)邏輯取消后將由SFC系統(tǒng)過載跳機(jī)。

2）將“過頻”、“低磁通”、熱交換器出口溫度“TT1”等常見告警信號(hào)接入到監(jiān)控系統(tǒng)。

由于目前SFC送上位機(jī)的告警信號(hào)為“SFC總報(bào)警”（除正常流程啟動(dòng)反饋信號(hào)外）。監(jiān)控系統(tǒng)無法辨識(shí)SFC的具體告警信息，這給值守人員的快速響應(yīng)及事故處理增加了難度。優(yōu)化后值守人員能針對(duì)具體問題采取不同的措施，特別是去離子水溫度超過43℃后值守人員可采取延長(zhǎng)開機(jī)間隔時(shí)間等方法，待溫度下降到30℃的正常值后，再開機(jī)，避免超溫跳機(jī)的風(fēng)險(xiǎn)。

（3）修正勵(lì)磁系統(tǒng)與SFC系統(tǒng)的匹配關(guān)系

由波形圖知道SFC勵(lì)磁電流的設(shè)定值為0.5 pu=1000 A，而反饋的勵(lì)磁電流的實(shí)際值為0.46 pu=920 A，比要求的勵(lì)磁電流小80 A，因此有必要將勵(lì)磁電流的設(shè)定值增大，增強(qiáng)轉(zhuǎn)子的磁化強(qiáng)度，將0.5 pu修改為0.52 pu。

由圖1可知，由于轉(zhuǎn)子初始位置檢測(cè)完成后勵(lì)磁系統(tǒng)的電流輸出未到達(dá)最大值，此時(shí)立刻給定子通流不能使發(fā)電機(jī)的初始轉(zhuǎn)動(dòng)力矩達(dá)到最大值，通過旁路刀閘切換后延時(shí)2 s發(fā)出轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)增加轉(zhuǎn)子初始位置的檢測(cè)時(shí)間，從而使轉(zhuǎn)子初始位置的計(jì)算更為準(zhǔn)確，初始轉(zhuǎn)矩也達(dá)到最大值。

（4）實(shí)施步驟

1）確定優(yōu)化實(shí)施方案。

2）根據(jù)優(yōu)化方案進(jìn)行程序修改和現(xiàn)場(chǎng)電纜敷設(shè)施工。

3）優(yōu)化完成后進(jìn)行SFC啟動(dòng)試驗(yàn)，并對(duì)錄波進(jìn)行比對(duì)。

4）對(duì)不合適的定值進(jìn)行反復(fù)修正，使SFC與勵(lì)磁的匹配為最佳狀態(tài)。

圖1 轉(zhuǎn)子初始位置檢測(cè)

4 實(shí)施效果

經(jīng)對(duì)勵(lì)磁釋放延時(shí)后轉(zhuǎn)子初始位置已經(jīng)有了很大改善，不會(huì)在零軸的上半部分和下半部分都存在錄波圖，在勵(lì)磁電流到達(dá)最大值時(shí)轉(zhuǎn)子初始位置測(cè)量完成（圖 2）。

圖2 參數(shù)優(yōu)化后的啟動(dòng)錄波圖

通過本次項(xiàng)目，改善了轉(zhuǎn)子初始位置的計(jì)算，使勵(lì)磁與SFC的配合更為恰當(dāng)，為機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了有力保障，達(dá)到了預(yù)期效果。在項(xiàng)目過程中，技術(shù)人員集思廣益、齊心協(xié)力解決難題，不僅在質(zhì)量意識(shí)、個(gè)人能力、解決問題的信心等諸多方面得到不同程度的提高，同時(shí)更加增進(jìn)了組員之間的團(tuán)結(jié)和協(xié)作精神，為解決以后工作中遇到的問題打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。