抽水蓄能机组静止变频器启动的调试方法

抽水蓄能机组静止变频器启动的调试方法

关浩

松花江水力发电有限公司吉林白山发电厂    

吉林省吉林市    132000

摘要：抽水蓄能机组静止变频器启动涉及多个系统与设备之间的协调配合，现场调试难度较大。本文根据国内多个现场的调试经验，首先总结分析常用的静止变频系统主接线结构对现场调试的影响；然后，提出现场调试不同阶段的方法要点与注意事项；最后，以某机组现场调试实测数据为例，验证调试方法的可行性。本文的研究内容有助于提高调试效率与安全性，对后续机组静止变频启动调试具有借鉴意义。

关键词：抽水蓄能机组；静止变频器启动；调试；同期并网

1 SFC主接线对启动调试的影响

1.1常用的SFC主接线型式。抽水蓄能SFC的主拓包含了20世纪90年代至今在国内应用的SFC各厂家主要产品。根据近五年抽水蓄能电站已投运SFC以及在建电站SFC设备投标情况，目前GE、ABB、西门子、南瑞等SFC厂家常用的主拓扑结构均为高低高结构，高—高结构以及高—低—高的6-6脉波串联结构已很少使用。SFC输入断路器、输出、旁路及隔离断路器等设备的常用主接线型式如图1所示。为了保证SFC输入侧电源的可靠性，一般采用两路供电，分别从两个不同单元的主变压器低压侧取电，启动时按一定规律选择合一路输入断路器，即启动过程中ICB1与ICB2只有一个合闸供电。旁路与隔离断路器以及输出断路器一般由设备厂家确定其连接方式。目前，有SFC设备厂家主拓扑采用两个6-6脉波并联结构时，输出、隔离与旁路断路器的连接方式选择了图1（a）的结构；其他均为图1（b）的连接方式，采用这种连接方式时，有些电站也采用没有大电流分断能力的旁路与隔离断路器来代替相应的断路器。

1.2主接线型式对调试的影响。从SFC启动调试的角度来看，网桥—机桥主拓扑的区别并不影响启动调试，图1（a）、图1（b）的主要区别在于输出、隔离和旁路断路器的连接方式。连接方式的不同直接影响到静态试验合闸开关的选择，以及启动过程中各开关的分合顺序。基本原则是静态试验的定子通流试验，通入定子的电流无需经过输出变压器；动态试验应特别注意输出、隔离和旁路开关的分合时序，并分阶段验证跳闸回路的正确性。

2 SFC启动调试方法

相关国家标准中，对SFC启动的调试内容做了规定。但近年国内新投运的SFC设备与该标准编写时所依据的SFC设备已有了一定的区别，主要在主拓扑回路及控制策略方面[1]。结合近年SFC启动调试经验，SFC启动调试建议按如表1所示试验顺序进行。同期试验前，机组换相隔离开关PRD作为物理隔离点，应在分闸位置，断开控制电源与动力电源；机组断路器GCB应放置在分闸位置。同期试验时，应恢复该隔离点，使其能够正常远方遥控。以下将依次阐述每个试验的试验方法与注意事项。

2.1 SFC与机组监控系统静态联动跳闸试验。SFC除了自身的保护系统外，还需要与监控系统设计联动跳闸回路。SFC保护的静态调试工作建议与其他保护系统的静态调试配合完成。整组启动前，需要验证SFC与机组监控系统的设计逻辑与回路的正确性。机组一般设有机械、电气与紧急事故停机，三种故障停机模式。SFC设备故障时，应向机组监控系统发送停机信号，机组应正确执行电气事故停机流程；机组发生任意一种故障时，应向SFC发送停机信号，SFC应正确执行调机流程。对于有该试验模式块的SFC设备，可调用该试验模块；没有的SFC设备，可使用定子通流模式进行联跳。试验首先应将机组的一次回路摆放到合理的状态。ICB1合闸，ICB2分闸，OCB2合闸，OCB1与OCB3分闸，SBI合闸，然后按照设计图纸进行联跳试验。无误后，ICB1分闸，ICB2合闸，OCB2分闸，OCB1与OCB3合闸，SBI合闸，然后按照设计图纸进行联跳试验。接线型式只需要验证输入、输出断路器与机组监控的联跳功能正确，机组联跳SFC时并不需要直接联跳隔离、旁路断路器。需要注意：为确保机组一次回路不会通电，输入、输出、旁路断路器应摇至试验位。

2.2定子通流试验。定子通流试验主要用于检查SFC系统与发电电动机连接的一次回路正确性。实际通入定子的电流机端电压互感器（电压互感器）便于采样即可，因此，做定子通流时一般不带SFC输出变压器OPT。型式做定子通流时，ICB1合闸，ICB2分闸，OCB2合闸，OCB1与OCB3分闸，SBI合闸。型式做定子通流时，ICB1合闸，ICB2分闸，OCB1与OCB2合闸，OCB3分闸，SBI合闸。试验时，注意比对SFC的给定值与机端电压互感器测得的反馈值。需要注意：为防止定子通流试验时发生误触发等问题导致机组转动，转子侧设置隔离点，例如，将ECB摇至试验位并断开控制电源；试验过程中机械制动装置应始终投入。

2.3转子初始位置检测试验。转子初始位置检测是SFC拖动的重要环节，其准确性直接影响到SFC首次施加拖动转矩的效果，进而影响拖动成功率，因此需要在拖动前进行静态试验。目前，各设备厂家均采用无位置传感器形式，通过在转子中施加突变电流，在定子中检测电压或磁通变量的方式来确定转子初始位置。试验时，转子侧ECB摇至工作位；为防止误触发导致机组转动等问题，ICB应摇至试验位，确保定子侧无电流流过。试验过程中，应至少进行三次位置检测，测得的初始位置应保持一致；如出现初始位置检测不到或多次检测结果不一致等问题，可以通过增大励磁电流幅值与上升率等方法找寻合适的参数。需要注意：试验前应确认供SFC使用的机端电压互感器的安装位置，如安装在SBI与OCB1之间，应合闸SBI，以使转子初始位置检测时SFC能检测到定子电压信号。

3 SFC启动现场实例

某抽水蓄能电站300MW机组SFC启动调试过程如下：SFC与机组监控系统静态联动跳闸、定子通流、转子初始位置检测等静态试验完成后，按2.4节的方法进行了SFC拖动机组加速至额定转速试验。假同期试验时机端与系统电压瞬时差值波形以及同期装置合闸脉冲，GCB位置反馈，GCB合闸时刻，机端与系统电压幅值差（二次测量值）0.25V，相角差0.1°，频率差0.05Hz，满足设计要求（GCB合闸时刻电压差≤5V，相角差≤1°，频率差≤0.25Hz），可以进行同期并网试验。

4结语

本文根据多个工程现场SFC拖动调试经验，参照相关标准，首先阐述了主要设备厂商的主接线结构，尤其是输出、旁路及隔离断路器的相对位置对调试的影响，拖动过程中应注意检测三者的分合闸时序，并确认输出变压器投入运行后，SFC已进入自然换向控制模式。然后，分析了SFC拖动调试不同阶段的方法要点与注意事项，以提高拖动成功率，保障设备安全，提升同期并网效率。最后，以某机组SFC启动现场实测数据为例，简述该机组SFC拖动调试过程，拖动及同期并网过程顺利，验证了调试方法的可行性。研究内容对后续抽水蓄能机组SFC启动调试工作具有借鉴意义。

参考文献：

[1]石祥建，徐峰，闫伟，等.抽水蓄能电站静止变频器综述[J].水电与抽水蓄能，2019，5（6）：87-92.

[2]陶大军，戈宝军，林鹏，等.发电电动机静止变频器启动低频运行阶段的谐波特性[J].中国电机工程学报，2014，34（36）：6450-6457.

[3]王熙，漫自强，刘英，石祥建.SFC脉冲换相阶段功率优化控制方法[J].电力电子技术，2020，54（3）：68-70.