抽水蓄能电站SFC系统运行中故障的分析与处理

周志文 石天磊 刘轲

摘要：21世纪以来，随着经济的快速发展，我国的抽水蓄能电站的建设规模越来越大。抽水蓄能电站是一种大型的新型水力发电设备，具有高速度的反应力以及灵活的运行力，能够进行调峰、填谷等。SFC作为抽水蓄能电站的一个重要的启动方式，它具备效率高、速度快等优点。它的正常启动为整个蓄能电站的稳定运行提供重要的保障。因此，必须要SFC系统无故障运行。对此，本文重点对抽水蓄能电站SFC系统运行故障进行详细分析和探讨。

关键词：抽水蓄能电站；SFC系统；故障分析与处理

中图分类号：TM57 文献标识码：A 文章编号：2095-6487 （2018） 01-0020-02

O 引言

通常情况下，抽水蓄能电站都会有2个水库，分别位于河流的上游和下游，在电力负荷量过低时，利用电能将水抽到上游水库，在电力负荷过高时，将水再放至下游水库，这就是抽水蓄能电站的基本工作原理。它的启动方式主要分为2种，分别是静止变频启动（SFC）和背靠背启动。其中SFC启动为最佳启动方式，因为它的启动性能更好，成功率也最高。因此，对抽水蓄能电站的SFC系统运行故障的检修工作就显得尤为重要。只有确保SFC启动顺利，才能保证电网的安全稳定运行。本文以贵州某一抽水蓄能电站为例来对SFC系统运行故障进行分析。

1 抽水蓄能电站SFC系统概述

贵州某抽水蓄能电站的SFC系统的主要包括以下几个组成部分：电源侧断路器、输入变压器、输出变压器、电流互感器、电压互感器、交流电抗器以及相关的控制保护系统等。其技术参数主要为：输入输出变额定电压是15.64kV（允许误差范围为10%）、输出频率和额定功率分别为0～51.3Hz和18.9MW、额定直流电流是3400A、净启动时间低于245s、可控硅直径是100mm。

对于整流装置而言，也就是所谓的网桥，SFC系统通常采用自动换相方式；而对于逆变装置而言，即所谓的机桥，SFC系统常采用强制换相和自动换相两种方式来截断晶闸管。在启动机组的最初阶段，交流电压过低，此时机桥无法进行自动换相[1]。通常来讲，SFC系统在运行的过程中会有低速运行和高速运行阶段之分，因此要想确保SFC系统的工作频率符合规定的范围值，则必须要在工作频率上保证高速运行阶段时频率的最小值低于低速运行阶段时频率的最大值。

当f<5 Hz，即处于低速运转阶段时，SFC系统采用脉冲耦合的运行方式。由于SFC机桥无法在电压过低的初始阶段自动进行换相，因此回路中的电流在进行变相时强制网桥全逆变对其进行截止，直到电流为O时，才将网桥的全逆变取消，并将脉冲发至下一组待触发的可控硅[2]。

当f>5 Hz，即处于高速运转阶段时，SFC系统采用同步运行的方式。此时，SFC可控硅自动换向控制单元控制机网桥的触发脉冲，同时将SFC输出电流调至50 Hz。

2 分析及处理SFC系统故障

2.1 SFC控制器因厂用电故障而无法正常运行

2016年6月，该蓄能电站的SFC系统启动失败导致电力中断，进而使装有蓄电池的控制柜UPS释放了所有的电量并退出，这让机组控制设备陷入了全面瘫痪状态。除此之外，在控制器的机架内部附着了大量的黑色灰尘。对此，必须拆除控制器的各个部件来清除灰尘，从而重新使每一个系统正常运转。

首先需要做的是将UPS的蓄电池电源重新恢复，确保其处于旁路供电模式状态，之后再将蓄电池进行24h的充电，使其再次切换至正常的供电模式。完成这一步骤之后，重新开启控制器，在控制器完成大约80s的充电之后，相互交换PIB100E处理卡和主CPU板卡的参数信息。此时，若4个子单元的PIB100E前面板数码管数值不稳定，则表明PIB100E处理卡和主CPU板卡之间出现参数匹配错误，这就会导致控制器初始化失败，但是此时的测试电脑能够和主CPU板卡进行正常的连接[3]。在此基础上，使用备件卡对控制器内的相同种类的元件进行替换，但仍然会出现以上问题。为此，相关技术人员对其进行了进一步的细致检查，经检查发现第4个子单元所对应的配置参数不相符合，因此对该子单元的PIB100E处理卡进行了更换。更换之后，重新给控制器接通电源，这时控制器能够正常运行。

在SFC控制器能够正常运转之后，對其进行拖动机组升速的测试，然而此时，有许多晶闸管出现报警现象，因此，机组停机后，对晶闸管和并联阻容回路进行检查，但没有任何异常现象。将光纤触发卡进行替换后，仍出现报警现象，由此判断是触发控制卡出现了异常。对其进行替换后，报警消除，机组正常运转。

2.2机组由于设置了不合理的SFC油流信号而停机

江西洪屏抽水蓄能有限公司在2016年底某天抽水开机过程中，在开启SFC运行一段时间后，系统突然监测不到输入变油流信号，提示“输入变压器油流信号故障”，因该故障导致SFC运行停止和机组停机。随后分析了SFC录取波形，结果显示：当机组抽水启动命令由监控系统发送后，SFC系统开始运行，在输入开关合闸后35s内，SFC的输入变油流开关信号由O～l，但信号在约15s后己监测不到，即信号显示值已经从l变为0[4]。油流信号连续10s以上监测不到，SFC就会显示输入变油流信号故障，在3个采样周期后故障停止，机组因电气停机而启动失败。

针对上述故障，工程师立即将SFC输入变的冷却水阀和变压器循环油泵开启，一段时间后，设备检测到流量显示为7.26L/s，因为没有给变压器进行供电，油温从之前的16.3℃、16.4℃降至了13.2℃、13.3℃，流量也下降为7.18L/s。随后查阅SFC输入相关维护知识得知，实际运行过程中的温度和其整定温度存在较大的误差，而流量却与流量开关整定接近，所以容易出现“油流信号故障”，随后调小油流开关的设定值（约7.05 L/s），故障排除。

2.3 内冷水电导率受到监视装置接点故障的影响

该蓄能电站近期进行了大规模的系统检查，发现SFC的内冷水电导率监视装置的参数数据发生异常。经进一步检查发现其装置的4个输出接点在断电时始终处于中断状态，而通电时则处于关闭状态且无法对阀值进行随意设置。

输出接点Sl在正常运行监视装置时是常开接点，其在电导率大于1.Ox10～4S/m时是闭合状态，导通电磁阀，接通内冷水去离子回路；在下降到0.8x10～4S/m后，再断开Sl接点。但输出接点发生故障后，电磁阀会因为始终闭合的接点而一直维持导通的状态，这样会产生严重的发热现象；此外，电导率虽然会由于始终接通的离子回路而有所降低，但却对离子瓶的使用寿命造成了一定的影响，从而对设备的正常运行制造了障碍。

要想解决上述故障，则需要改动内冷水电导率的控制回路，具体如下：额外使用一个继电器来调节和通断整个内冷水电磁阀，并用主、备用水泵控制继电器剩余的常闭接点将线圈串联控制，将其导通[5]。此外，SFC控制柜为24VDC提供相对充足的电力，以保证能够顺利控制回路。此步骤完成后，再在电磁阀的控制回路中串接上之前新增继电器的常闭接点即可。

3 结束语

在抽水蓄能电站中，SFC扮演着十分重要的角色，其除了拥有强大的功能和容量，还能够在电网调峰过程中能足发电机机组频繁启动的任务需求，更为重要的是具有较高的机组启动成功率、较小的维护量和较高的稳定性。但控制器若出现问题，因为其集成程度较高，使问题很难顺利解决。

参考文献

[1] 彭连成.大型抽水蓄能电站静止变频启动器（SFC）的运行故障分析[D].广州：华南理工大学，2015.

[2] 杨春海.静止变频启动器（SFC）在大型抽水蓄能電站中的应用研究[D].广州：华南理工大学，2014.

[3] 陶大军，发电电动机静止变频器起动强迫换流阶段若干问题研究[D].哈尔滨：哈尔滨理工大学，2013.

[4] 冯钢声，阚朝晖，白莲河抽水蓄能电站SFC系统运行中故障的分析与处理[J]水力发电，2012，38 （7）：67 68.

[5] 叶华，杨文道.抽水蓄能机组SFC拖动故障的排查处理[A]中国水力发电工程学会电网调峰与抽水蓄能专业委员会，抽水蓄能电站工程建设文集2011[C].中国水力发电工程学会电网调峰与抽水蓄能专业委员会，2011.