靜止變頻器SFC轉子初始位置檢測優化

錢曉忠，劉淑妍，李 博，池喜洋

（國網新源湖南黑麋峰抽水蓄能有限公司，湖南 長沙410213）

1 前言

黑麋峰公司位于湖南省長沙市望城區境內，電站裝有4臺單機容量300 MW的立軸單級可逆混流式水泵水輪機組，總裝機容量1200 MW。SFC系統是可逆式蓄能機組的必備設備，承擔著機組抽水調相工況啟動的重要任務，一旦發生故障，則無法實現快速抽水啟動。SFC啟動失敗主要集中在低速條件下，包括轉子初始位置測量失敗，旁路刀閘切換失敗，啟動回路開路，整流橋輸出紋波超標等，其中轉子初始位置檢測異常相關問題導致SFC啟動失敗占到26%，因此能否得出一個準確的轉子初始位置，是啟動成功與否的關鍵。

2 實施背景

近年來公司SFC存在的主要告警包括“FPGA Overfreq”板卡測量過頻，“A-Underflux”低磁通和轉子初始位置檢測異常，去離子水溫度過高導致不能正常連續啟動4臺機組。在過頻故障發生后輸出了跳閘2告警，跳開了SFC高低壓側開關，機組事故停機。在發生低磁通后，監控系統在60 s內未檢測到機組轉速大于2%，事故跳閘。機組連續啟動導致去離子水溫度疊加，超過警戒值43℃。過頻與低磁通兩個主要告警均發生在轉子初始位置檢測過程中，且機組都未轉動，因此有必要對勵磁與SFC的定值進行重新匹配。

3 實施過程

3.1 針對問題

黑麋峰公司機組SFC啟動過程中，SFC系統第1次設定勵磁電流，使得輸出變壓器和機組被磁化，防止轉子位置檢測過程中所出現的雜波，第2次對勵磁電流進行設定后，開始檢測轉子初始位置，由于勵磁電流正在向零減小的過程之中，還未完全接近于零，此時再一次設定勵磁電流導致勵磁電流由減小轉變為增加，勵磁系統由逆變滅磁轉為整流輸出，故磁場由減小變為增強，因此轉子初始位置瞬間反向，導致SFC計算輸出脈沖錯誤，啟動失敗。

3.2 危險點分析

該作業風險辨識如表1。

表1

針對以上問題，本項目認真分析，制定了專項方案，并進行風險分析及預控：①嚴格按照方案步驟執行操作，防止造成設備損壞。②執行過程中加強監護與聯絡，防止發生誤操作。③加強相關設備監視，出現異常立即停止工作。④操作過程中做好個人防護，防止發生人身觸電。⑤在機組停機狀態下進行工作，防止跳機。

3.3 具體措施

（1）原因分析

根據ABB公司相關技術資料，產生“FPGA Overfreq”和“A-Underflux”的原因有3條：

1）轉子初始位置檢測異常；

2）在低速條件下SFC紋波系數超標；

3）機組轉速大于55 Hz。

（2）優化思路

1）取消監控系統在低磁通告警發生后事故跳閘的邏輯。

根據以往的運行經驗，SFC在發生低磁通告警后，機組能夠正常拖動成功。此次監控跳機的主要原因是SFC拖動時間超過了監控系統的轉速允許閾值（監控系統流程要求在發出SFC啟動命令后60 s內機組轉速要達到2%以上），將監控跳機邏輯取消后將由SFC系統過載跳機。

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

由于目前SFC送上位機的告警信號為“SFC總報警”（除正常流程啟動反饋信號外）。監控系統無法辨識SFC的具體告警信息，這給值守人員的快速響應及事故處理增加了難度。優化后值守人員能針對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開機間隔時間等方法，待溫度下降到30℃的正常值后，再開機，避免超溫跳機的風險。

（3）修正勵磁系統與SFC系統的匹配關系

由波形圖知道SFC勵磁電流的設定值為0.5 pu=1000 A，而反饋的勵磁電流的實際值為0.46 pu=920 A，比要求的勵磁電流小80 A，因此有必要將勵磁電流的設定值增大，增強轉子的磁化強度，將0.5 pu修改為0.52 pu。

由圖1可知，由于轉子初始位置檢測完成后勵磁系統的電流輸出未到達最大值，此時立刻給定子通流不能使發電機的初始轉動力矩達到最大值，通過旁路刀閘切換后延時2 s發出轉子位置檢測增加轉子初始位置的檢測時間，從而使轉子初始位置的計算更為準確，初始轉矩也達到最大值。

（4）實施步驟

1）確定優化實施方案。

2）根據優化方案進行程序修改和現場電纜敷設施工。

3）優化完成后進行SFC啟動試驗，并對錄波進行比對。

4）對不合適的定值進行反復修正，使SFC與勵磁的匹配為最佳狀態。

圖1 轉子初始位置檢測

4 實施效果

經對勵磁釋放延時后轉子初始位置已經有了很大改善，不會在零軸的上半部分和下半部分都存在錄波圖，在勵磁電流到達最大值時轉子初始位置測量完成（圖 2）。

圖2 參數優化后的啟動錄波圖

通過本次項目，改善了轉子初始位置的計算，使勵磁與SFC的配合更為恰當，為機組的安全穩定運行提供了有力保障，達到了預期效果。在項目過程中，技術人員集思廣益、齊心協力解決難題，不僅在質量意識、個人能力、解決問題的信心等諸多方面得到不同程度的提高，同時更加增進了組員之間的團結和協作精神，為解決以后工作中遇到的問題打下了堅實的基礎。