淺析洪屏抽水蓄能電站SFC、勵磁及監控系統配合

周霖軒，陳曉明，黃劍煌

(江西洪屏抽水蓄能有限公司，江西靖安330603)

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淺析洪屏抽水蓄能電站SFC、勵磁及監控系統配合

周霖軒，陳曉明，黃劍煌

(江西洪屏抽水蓄能有限公司，江西靖安330603)

抽水蓄能電站，機組工況轉換復雜，啟動頻繁。在SFC啟動過程中，監控系統、勵磁系統及SFC系統既按照各自流程進行，又相互交互信息，緊密配合。詳細介紹了洪屏抽水蓄能電站SFC啟動過程中監控、勵磁及SFC流程，并分析在整個啟動過程中各系統間的配合關系，有助于快速找出啟動時出現的問題。

勵磁系統；監控系統 ；SFC；流程；洪屏抽水蓄能電站

1 工程概況

洪屏抽水蓄能電站位于江西省靖安縣三爪侖鄉境內，屬周調節純抽水蓄能電站，安裝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1 200 MW。電站建成后，以500 kV電壓等級出線接入華中電網，在系統中擔任調峰、填谷，調頻、調相作用和事故備用等任務。

抽水蓄能機組抽水工況啟動時，必須采用專門的電氣設備及操作方法，以盡可能平穩地啟動同步電機，使啟動電流不致過大，減小對電網的沖擊。SFC因具有無級變速、啟動平穩、反應速度快、調整方便、維護工作量小、可靠性高及很強的自診斷功能等優點，在抽水蓄能電站中被廣泛使用。SFC啟動過程中，監控、勵磁及SFC系統既按照各自流程進行，又相互交互信息，緊密配合，時序邏輯上稍有疏忽就會導致啟動失敗。因此，了解它們之間的配合關系，就顯得尤其重要。本文對洪屏抽水蓄能電站SFC啟動過程進行分析，理清整個拖動流程，有助于快速分析啟動失敗可能原因。

2 系統簡介

2.1 監控系統

洪屏電站監控系統(簡稱CSCS)是南京南瑞公司提供的開放式環境下雙環網、全分布計算機監控系統，采用NC2000 V3.0計算機監控系統軟件，由現地控制層、電站控制層和調度控制層3部分組成。電站控制層與現地控制單元(LCU)之間采用100 Mb/交換式冗余以太環網進行通訊，通訊協議為TCP/IP網絡協議。現地控制單元與其他計算機控制子系統之間通過現場總線進行信息交換。

2.2 勵磁系統

洪屏電站勵磁系統由國電南瑞提供，采用自并勵可控硅靜止整流勵磁方式，并采用NES6100發電機勵磁調節器。勵磁電源取自發電電動機換相閘刀和主變壓器低壓側之間的18 kV離相封閉母線。整個勵磁系統由勵磁變壓器、勵磁變低壓側開關、勵磁調節器、可控硅整流裝置、滅磁電阻、滅磁開關、過電壓保護裝置、起勵單元、冷卻單元、監視裝置和儀表等部分組成。勵磁變壓器為三個單相、戶內式、金屬外殼封閉、自然冷卻、干式變壓器，勵磁交流開關采用ABB抽出式空氣開關：E3H/E- 2500 A；滅磁開關采用法國雷諾CEX 06 3200 A 4.2。額定勵磁電壓/電流為190 V/2346 A，空載勵磁電壓/電流為91 V/1305 A。

2.3 靜止變頻器

靜止變頻起動裝置(SFC)為瑞士ABB公司產品，作為發電電動機組抽水(水泵)工況啟動的變頻起動電源。包括變頻單元、控制柜、直流電抗器柜、輸入/輸出開關、電流互感器、SFC輸入/輸出變壓器輸入電抗器及分支母線隔離開關。SFC橋臂數/可控硅方式為12/4+1，額定容量19 MW，輸出電壓0～19.8kV，輸出頻率0～52.5 Hz，啟動時間240 s，網橋側電壓/電流為7.1 kV/2017 A，機橋側電壓/電流為0～7.1 kV/2017 A。

3 SFC啟動過程中監控、勵磁及SFC流程及配合關系

3.1 監控系統流程

監控系統是SFC整個啟動過程中的操作核心及數據交換的界面，不僅對勵磁、SFC及同期的啟停進行直接控制，而且接收各系統的信息，通過內部順控流程把各系統緊密聯系起來。

機組LCU流程及主變洞LCU流程分別見圖1、2。

3.2 勵磁系統流程

啟動過程中，電壓給定值與電壓實際值進行比較，誤差信號送入SFC電壓調節器，通過SFC給定勵磁電流值與實際值得比較，控制勵磁電流的大小，進而控制轉子磁通的大小，達到控制機組機端電壓的作用。勵磁SFC工況流程見圖3。

圖1 SFC啟動機組LCU流程

圖2 SFC啟動主變洞LCU流程

圖3 勵磁SFC工況流程

3.3 SFC系統流程

SFC系統在機組啟動過程中通過控制觸發角的大小來控制整流橋輸出直流電流進而控制電磁轉矩和轉速。SFC流程見圖4。

3.4 監控、勵磁及SFC間配合關系

在SFC啟動過程，SFC系統、勵磁系統與監控系統，共同作用，最終實現機組同步變頻啟動。整個啟動過程，SFC系統、勵磁系統與監控系統交互信息，為便于分析，下面羅列出它們之間信息相關關系見表1。具體流程順序見圖5。

4 SFC啟動典型問題分析

4.1 勵磁投入，機組不轉或反轉

在機組啟動過程中，當勵磁、SFC裝置投入后，經常出現機組未轉或反轉現象，究其原因主要如下。

4.1.1 轉子位置測量錯誤

根據電磁轉矩計算公式Tε=CMFrFsSinθ可知(其中Fr為轉子所產生的磁勢，Fs為定子所產生磁勢，θ為定、轉子旋轉磁勢的夾角)，同步電動機的轉矩與定、轉子旋轉磁勢的夾角θ有關，當θ=0°或者180°時，此時即使轉子繞組有了勵磁，但轉矩Te=0，故機組依然處于停止狀態。同理，出現反轉的原因是因為Fs滯后Fr，從而導致θ變為了-θ，電磁轉矩的方向相反，造成這種問題的直接原因是轉子初始位置未定正確，從而使逆變器換流超前角γ發出第一個觸發脈沖的時刻錯誤。

圖4 SFC流程

信號量機組順控流程主變洞順控流程SFC內部流程勵磁內部流程SFC正常DIDO啟動SFCDODI停止SFCDODISFC準備啟動DODISFC運行中DIDIDOSFC已停止DIDOSFC輸入斷路器合閘令DIDOSFC輸入斷路器分閘令DIDO勵磁已投入DIDIDO勵磁電流實際值AIAO勵磁電流理論值AOAI釋放同期裝置DIDO啟動勵磁DIDO 勵磁遠方建壓令DO DI勵磁SFC啟動模式已開啟DIDO勵磁SFC啟動模式令DODI

圖5 SFC、勵磁及監控配合關系

4.1.2 被拖動刀處未換相

若出現該情況，SFC判斷轉子初始位置后，默認已換相，將導致拖動力矩反向，機組將反轉。

4.1.3 SFC未收到“勵磁已投入”信號

由關系圖5可以看出，當SFC未收到“勵磁已投入”信號時，將導致SFC整流橋側觸發脈沖閉鎖，此時也會導致機組不轉現象的產生。

4.2 同期投入后啟動失敗

4.2.1 SFC未收到GCB合閘令

從流程可看出，當同期條件滿足，SFC收到機組GCB合閘令后即閉鎖脈沖截斷電氣軸回路電流，若此時SFC未收到該信號，在同期投入后，SFC會一直參與調節導致同期時間較長，進而同期失敗。

4.2.2 SFC未收到GCB合位信號

同期完成后，SFC未收到GCB已合閘信號，導致整個電氣軸一直處于建立狀態，進而機組順控超時跳機。

4.3 機組轉速波動較大

根據變頻控制原理可知，轉速

4.4 機組電壓控制不穩定

在SFC啟動過程中，SFC通過電壓給定值與電壓實測值進行比較，誤差信號送入電壓調節器，SFC輸出勵磁電流給定值，勵磁系統參考該定值在電流閉環模式下控制觸發脈沖角，進而控制機端電壓。若此時勵磁系統對SFC給定值的響應速度慢，機端電壓將調節緩慢，機端電壓不穩定，此時應該提高勵磁系統的響應速度，通過改變勵磁PID調節參數，

根據現場情況可適當提高Kp值。

5 結 語

SFC啟動過程復雜，涉及系統較多，但整個啟動過程其實緊緊圍繞轉速控制“SFC啟動與調節”、機端電壓控制“勵磁投入與調節”、同期并網控制“同期釋放”等進行著，緊緊把握這幾點就能理清整個流程，也能為電站實際啟動中出現問題快速找到原因提供依據。

[1]萬正喜. 同期裝置、勵磁系統及SFC的配合[J]. 水電站機電技術，2002(5)： 30- 32．

[2]李官軍， 王德順, 陶以彬, 等. 抽水蓄能機組SFC啟動控制系統的RTDS建模及仿真[C]∥抽水蓄能電站工程建設文集. 北京： 中國水力發電工程學會，2009.

[3]倪林林. 大型抽水蓄能機組的變頻啟動[J]. 水力發電學報，1993(4)： 12- 20．

[4]周軍. 抽水蓄能電站中SFC變頻啟動的若干特點[J]. 電力自動化設備，2004(11)： 99- 101．

(責任編輯 高 瑜)

Analysis on the Coordination of SFC, Excitation System and Monitoring System in Hongping Pumped-storage Power Station

ZHOU Linxuan, CHEN Xiaoming, HUANG Jianhuang

(Jiangxi Hongping Pumped Storage Co., Ltd., Jing’an 330603, Jiangxi, China)

The operation of pumped-storage power station usually occur complicated operation mode conversion and frequent starting. In SFC starting process, the monitoring system, excitation system and SFC system are in accordance with their respective process and also communicate information with each other to achieve close coordination. The action processes of excitation system, monitoring system and SFC in unit starting of Hongping Pumped-storage Power Station are introduced, and the coordination between them are also analyzed, that can help to quickly identify the problems in starting process．

excitation system; monitoring system; SFC; process; Hongping Pumped-storage Power Station

2016- 06- 02

周霖軒(1990—)，男，江西九江人，助理工程師，從事抽水蓄能電站運行維護工作．

TV743(256)

A

0559- 9342(2016)08- 0090- 05