溧陽抽水蓄能電站SFC系統(tǒng)缺陷分析與處理

仲 鳴，高從闖，楊 劍，范李峰

(江蘇國信溧陽抽水蓄能發(fā)電有限公司，江蘇溧陽213334)

0 引 言

溧陽抽水蓄能電站SFC裝置額定功率18 MW，輸入變高壓側(cè)額定電壓15.75 kV，低壓側(cè)電壓5 kV，每套SFC熱周期可滿足連續(xù)滿載運(yùn)行60 min，緊接空載靜止60 min。本文結(jié)合溧陽抽水蓄能電站工程實(shí)例介紹了SFC系統(tǒng)調(diào)試期間及運(yùn)行初期出現(xiàn)的缺陷，分析了缺陷原因，介紹了缺陷處理過程。

1 SFC配置及運(yùn)行方式

溧陽抽水蓄能電站抽水啟動(dòng)方式采用SFC啟動(dòng)，未設(shè)置背靠背啟動(dòng)方式，共設(shè)有2套SFC系統(tǒng)，電氣一次接線如圖1所示。1號(hào)SFC電源取自2、5號(hào)主變低壓側(cè)，正常用于啟動(dòng)1、2、3號(hào)機(jī)組；2號(hào)SFC電源取自3、6號(hào)主變低壓側(cè)，正常用于啟動(dòng)4、5、6號(hào)機(jī)組。兩套系統(tǒng)完全獨(dú)立，可同時(shí)運(yùn)行，縮短啟動(dòng)時(shí)間，又可通過啟動(dòng)母線聯(lián)絡(luò)閘刀互為備用，大大提高了機(jī)組的啟動(dòng)成功率。

圖1 SFC系統(tǒng)電氣一次接線

2 SFC故障分析及處理過程

2.1 轉(zhuǎn)子初始位置測量故障

SFC拖動(dòng)機(jī)組前投入勵(lì)磁，在轉(zhuǎn)子磁場建立的過程中，SFC通過定子回路感應(yīng)出的三相電動(dòng)勢計(jì)算得到轉(zhuǎn)子的初始位置[1]。電站在首臺(tái)機(jī)組調(diào)試期間，出現(xiàn)轉(zhuǎn)子初始位置測量故障，經(jīng)多次錄波發(fā)現(xiàn)，從SFC發(fā)出起勵(lì)命令到勵(lì)磁調(diào)節(jié)器增磁至設(shè)定值的時(shí)間過長，導(dǎo)致SFC所采集到的磁通不能實(shí)時(shí)計(jì)算出轉(zhuǎn)子實(shí)際位置，使得計(jì)算出的觸發(fā)角有偏差，無法順利拖動(dòng)機(jī)組，拖動(dòng)失敗波形如圖2所示。經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)將參數(shù)修改為：勵(lì)磁電流升至設(shè)定時(shí)間為1.8～2.1 s，SFC滯后啟動(dòng)時(shí)間為0.3～0.5 s，同時(shí)將勵(lì)磁電流升至1.05～1.10倍。另一方面，充氣壓水造成機(jī)組發(fā)生蠕動(dòng)也是導(dǎo)致轉(zhuǎn)子初始位置測量失敗的原因之一，通過修改機(jī)組監(jiān)控流程，充氣壓水后再退出機(jī)械剎車，有效避免了轉(zhuǎn)子位置變化導(dǎo)致的測量失敗，提高啟動(dòng)成功率。

圖2 SFC拖動(dòng)失敗波形

2.2 SFC功率柜絕緣測試不合格

溧陽抽水蓄能電站1號(hào)SFC功率柜上電前，檢查發(fā)現(xiàn)可控硅對地絕緣電阻在0.5 MΩ左右，未達(dá)到SFC上電要求(2 MΩ及以上)。經(jīng)過分析，絕緣電阻測值過低與當(dāng)時(shí)環(huán)境濕度過高有關(guān)[2]，針對這一現(xiàn)象，在1號(hào)SFC室內(nèi)加裝除濕機(jī)并對地下廠房1號(hào)SFC室附近墻體漏水點(diǎn)進(jìn)行處理，環(huán)境濕度由原來的85%降至50%左右，再次測量絕緣電阻上升至1 MΩ左右。

另一方面，SFC內(nèi)循環(huán)冷卻水電導(dǎo)率偏高也是可控硅對地絕緣電阻偏低的重要原因。SFC內(nèi)循環(huán)冷卻水電導(dǎo)率正常在0.2～0.6 μS/cm，報(bào)警值為1.5 μS/cm，而當(dāng)時(shí)的電導(dǎo)率在2.0 μS/cm以上。電導(dǎo)率偏高的原因可能有：①SFC長期未啟動(dòng)；②去離子罐內(nèi)樹脂飽和，去離子功能喪失；③電導(dǎo)率測量元件異常[3]；④內(nèi)循環(huán)冷卻系統(tǒng)存在內(nèi)漏等。針對上述分析，在手動(dòng)啟動(dòng)內(nèi)循環(huán)冷卻水泵、更換去離子水及去離子罐仍未降低電導(dǎo)率的情況下，將原因鎖定在內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)的板式換熱器存在內(nèi)漏。檢查發(fā)現(xiàn)外循環(huán)進(jìn)水口處存在大塊異物及雜質(zhì)，板式換熱器內(nèi)外循環(huán)間的密封損壞，導(dǎo)致去離子水電導(dǎo)率偏高。在更換板式換熱器并多次強(qiáng)制啟動(dòng)內(nèi)循環(huán)冷卻水泵后，電導(dǎo)率降至0.6 μS/cm左右，最終測得絕緣電阻為3.2 MΩ，符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 SFC輸入變壓器輕瓦斯報(bào)警

在2號(hào)SFC調(diào)試初期，輸入變壓器輕瓦斯動(dòng)作頻繁，造成輕瓦斯動(dòng)作的原因可能為：①因?yàn)V油加油使空氣進(jìn)入變壓器；②因漏油致使油面低于瓦斯繼電器以下；③變壓器故障產(chǎn)生少量氣體；④發(fā)生穿越性短路；⑤瓦斯繼電器或二次回路故障等。在對變壓器油水分、介損、擊穿電壓及色譜進(jìn)行化驗(yàn)后，檢測結(jié)果均符合相關(guān)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)分析后，判斷由于該變壓器本體在現(xiàn)場進(jìn)行注油，變壓器油中可能混有空氣，在經(jīng)多次熱油循環(huán)并手動(dòng)排氣后，SFC輸入變投運(yùn)至今未再發(fā)生輕瓦斯報(bào)警。

2.4 SFC機(jī)網(wǎng)橋差流保護(hù)動(dòng)作

6號(hào)機(jī)組抽水啟動(dòng)過程中，轉(zhuǎn)速達(dá)10%左右時(shí)2號(hào)SFC跳閘停機(jī)，現(xiàn)地查看故障報(bào)文為網(wǎng)橋側(cè)電流大于機(jī)橋側(cè)電流差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作(D00005_I Network Bridge>I Machine Bridge Fault)，SFC差動(dòng)故障波形如圖3所示。

圖3 差流故障波形

故障波形中，網(wǎng)橋電流值(0.65+0.18)(p.u.)減機(jī)橋電流值(0.64-0.26)(p.u.)

等于0.45(p.u.)，大于機(jī)網(wǎng)橋電流差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作值0.3(p.u.)。故障出現(xiàn)后通過錄波軟件Pertu對故障波形進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)故障發(fā)生在脈沖換相模式至自然換相模式切換期間，此時(shí)可控硅全部關(guān)斷，此時(shí)的測量回路由于延時(shí)會(huì)存在一定的誤差，造成機(jī)橋和網(wǎng)橋的電流出現(xiàn)短時(shí)不平衡，致使SFC機(jī)橋及網(wǎng)橋差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，啟動(dòng)失敗。將網(wǎng)橋電流差動(dòng)使能R108、R109由1置0，機(jī)橋差動(dòng)使能R63、R64由0置1，控制信號(hào)的輸入和輸出，減小此刻的測量誤差，并將脈沖換相模式至自然換相模式切換判斷時(shí)間R99由1 s延長至5 s，經(jīng)優(yōu)化后未再發(fā)生此類故障。

2.5 流程超時(shí)故障

在運(yùn)行初期，SFC出現(xiàn)流程超時(shí)故障(D219 Grafcet stopping timeout fault)，該故障在2臺(tái)SFC同時(shí)存在。 經(jīng)過多次錄波發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)該故障的時(shí)間為SFC的輸出刀閘由X位置(旁路)切換到Y(jié)位置(輸出變)時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)沒有驅(qū)動(dòng)刀閘轉(zhuǎn)動(dòng)從而導(dǎo)致流程超時(shí)故障。通過分析Pertu錄波發(fā)現(xiàn)程序內(nèi)自定義模塊存在問題，在故障時(shí)刻，該自定義模塊的輸入已經(jīng)變位，但是輸出沒有變位。問題鎖定在自定義模塊內(nèi)部邏輯關(guān)系。SFC輸出刀閘的切換發(fā)令是一個(gè)脈沖量，這與斷續(xù)電流控制信號(hào)的封鎖之間存在一個(gè)配合問題，如果控制配合不當(dāng)，則自定義模塊無法輸出，從而導(dǎo)致流程超時(shí)。優(yōu)化自定義模塊內(nèi)部邏輯，增加0.5 s的延時(shí)后故障消除。 優(yōu)化后的自定義模塊如圖4所示。

圖4 優(yōu)化后的自定義模塊內(nèi)部邏輯

3 結(jié) 語

SFC系統(tǒng)作為抽水蓄能電站啟動(dòng)的關(guān)鍵設(shè)備，其安全可靠性顯得尤為重要。通過對SFC系統(tǒng)調(diào)試、初期運(yùn)行過程中故障的處理，電站抽水工況啟動(dòng)成功率顯著提升。SFC系統(tǒng)的集成度相對比較高，出現(xiàn)故障檢查處理難度大，因而要高度重視備品備件的采購與管理工作。