浅析洪屏抽水蓄能电站SFC、励磁及监控系统配合

周霖轩，陈晓明，黄剑煌

(江西洪屏抽水蓄能有限公司，江西靖安330603)



浅析洪屏抽水蓄能电站SFC、励磁及监控系统配合

周霖轩，陈晓明，黄剑煌

(江西洪屏抽水蓄能有限公司，江西靖安330603)

抽水蓄能电站，机组工况转换复杂，启动频繁。在SFC启动过程中，监控系统、励磁系统及SFC系统既按照各自流程进行，又相互交互信息，紧密配合。详细介绍了洪屏抽水蓄能电站SFC启动过程中监控、励磁及SFC流程，并分析在整个启动过程中各系统间的配合关系，有助于快速找出启动时出现的问题。

励磁系统；监控系统 ；SFC；流程；洪屏抽水蓄能电站

1 工程概况

洪屏抽水蓄能电站位于江西省靖安县三爪仑乡境内，属周调节纯抽水蓄能电站，安装4台单机容量300 MW的立轴单级可逆混流式水泵水轮机组，总装机容量1 200 MW。电站建成后，以500 kV电压等级出线接入华中电网，在系统中担任调峰、填谷，调频、调相作用和事故备用等任务。

抽水蓄能机组抽水工况启动时，必须采用专门的电气设备及操作方法，以尽可能平稳地启动同步电机，使启动电流不致过大，减小对电网的冲击。SFC因具有无级变速、启动平稳、反应速度快、调整方便、维护工作量小、可靠性高及很强的自诊断功能等优点，在抽水蓄能电站中被广泛使用。SFC启动过程中，监控、励磁及SFC系统既按照各自流程进行，又相互交互信息，紧密配合，时序逻辑上稍有疏忽就会导致启动失败。因此，了解它们之间的配合关系，就显得尤其重要。本文对洪屏抽水蓄能电站SFC启动过程进行分析，理清整个拖动流程，有助于快速分析启动失败可能原因。

2 系统简介

2.1 监控系统

洪屏电站监控系统(简称CSCS)是南京南瑞公司提供的开放式环境下双环网、全分布计算机监控系统，采用NC2000 V3.0计算机监控系统软件，由现地控制层、电站控制层和调度控制层3部分组成。电站控制层与现地控制单元(LCU)之间采用100 Mb/交换式冗余以太环网进行通讯，通讯协议为TCP/IP网络协议。现地控制单元与其他计算机控制子系统之间通过现场总线进行信息交换。

2.2 励磁系统

洪屏电站励磁系统由国电南瑞提供，采用自并励可控硅静止整流励磁方式，并采用NES6100发电机励磁调节器。励磁电源取自发电电动机换相闸刀和主变压器低压侧之间的18 kV离相封闭母线。整个励磁系统由励磁变压器、励磁变低压侧开关、励磁调节器、可控硅整流装置、灭磁电阻、灭磁开关、过电压保护装置、起励单元、冷却单元、监视装置和仪表等部分组成。励磁变压器为三个单相、户内式、金属外壳封闭、自然冷却、干式变压器，励磁交流开关采用ABB抽出式空气开关：E3H/E- 2500 A；灭磁开关采用法国雷诺CEX 06 3200 A 4.2。额定励磁电压/电流为190 V/2346 A，空载励磁电压/电流为91 V/1305 A。

2.3 静止变频器

静止变频起动装置(SFC)为瑞士ABB公司产品，作为发电电动机组抽水(水泵)工况启动的变频起动电源。包括变频单元、控制柜、直流电抗器柜、输入/输出开关、电流互感器、SFC输入/输出变压器输入电抗器及分支母线隔离开关。SFC桥臂数/可控硅方式为12/4+1，额定容量19 MW，输出电压0～19.8kV，输出频率0～52.5 Hz，启动时间240 s，网桥侧电压/电流为7.1 kV/2017 A，机桥侧电压/电流为0～7.1 kV/2017 A。

3 SFC启动过程中监控、励磁及SFC流程及配合关系

3.1 监控系统流程

监控系统是SFC整个启动过程中的操作核心及数据交换的界面，不仅对励磁、SFC及同期的启停进行直接控制，而且接收各系统的信息，通过内部顺控流程把各系统紧密联系起来。

机组LCU流程及主变洞LCU流程分别见图1、2。

3.2 励磁系统流程

启动过程中，电压给定值与电压实际值进行比较，误差信号送入SFC电压调节器，通过SFC给定励磁电流值与实际值得比较，控制励磁电流的大小，进而控制转子磁通的大小，达到控制机组机端电压的作用。励磁SFC工况流程见图3。

图1 SFC启动机组LCU流程

图2 SFC启动主变洞LCU流程

图3 励磁SFC工况流程

3.3 SFC系统流程

SFC系统在机组启动过程中通过控制触发角的大小来控制整流桥输出直流电流进而控制电磁转矩和转速。SFC流程见图4。

3.4 监控、励磁及SFC间配合关系

在SFC启动过程，SFC系统、励磁系统与监控系统，共同作用，最终实现机组同步变频启动。整个启动过程，SFC系统、励磁系统与监控系统交互信息，为便于分析，下面罗列出它们之间信息相关关系见表1。具体流程顺序见图5。

4 SFC启动典型问题分析

4.1 励磁投入，机组不转或反转

在机组启动过程中，当励磁、SFC装置投入后，经常出现机组未转或反转现象，究其原因主要如下。

4.1.1 转子位置测量错误

根据电磁转矩计算公式Tε=CMFrFsSinθ可知(其中Fr为转子所产生的磁势，Fs为定子所产生磁势，θ为定、转子旋转磁势的夹角)，同步电动机的转矩与定、转子旋转磁势的夹角θ有关，当θ=0°或者180°时，此时即使转子绕组有了励磁，但转矩Te=0，故机组依然处于停止状态。同理，出现反转的原因是因为Fs滞后Fr，从而导致θ变为了-θ，电磁转矩的方向相反，造成这种问题的直接原因是转子初始位置未定正确，从而使逆变器换流超前角γ发出第一个触发脉冲的时刻错误。

图4 SFC流程

信号量机组顺控流程主变洞顺控流程SFC内部流程励磁内部流程SFC正常DIDO启动SFCDODI停止SFCDODISFC准备启动DODISFC运行中DIDIDOSFC已停止DIDOSFC输入断路器合闸令DIDOSFC输入断路器分闸令DIDO励磁已投入DIDIDO励磁电流实际值AIAO励磁电流理论值AOAI释放同期装置DIDO启动励磁DIDO 励磁远方建压令DO DI励磁SFC启动模式已开启DIDO励磁SFC启动模式令DODI

图5 SFC、励磁及监控配合关系

4.1.2 被拖动刀处未换相

若出现该情况，SFC判断转子初始位置后，默认已换相，将导致拖动力矩反向，机组将反转。

4.1.3 SFC未收到“励磁已投入”信号

由关系图5可以看出，当SFC未收到“励磁已投入”信号时，将导致SFC整流桥侧触发脉冲闭锁，此时也会导致机组不转现象的产生。

4.2 同期投入后启动失败

4.2.1 SFC未收到GCB合闸令

从流程可看出，当同期条件满足，SFC收到机组GCB合闸令后即闭锁脉冲截断电气轴回路电流，若此时SFC未收到该信号，在同期投入后，SFC会一直参与调节导致同期时间较长，进而同期失败。

4.2.2 SFC未收到GCB合位信号

同期完成后，SFC未收到GCB已合闸信号，导致整个电气轴一直处于建立状态，进而机组顺控超时跳机。

4.3 机组转速波动较大

根据变频控制原理可知，转速

4.4 机组电压控制不稳定

在SFC启动过程中，SFC通过电压给定值与电压实测值进行比较，误差信号送入电压调节器，SFC输出励磁电流给定值，励磁系统参考该定值在电流闭环模式下控制触发脉冲角，进而控制机端电压。若此时励磁系统对SFC给定值的响应速度慢，机端电压将调节缓慢，机端电压不稳定，此时应该提高励磁系统的响应速度，通过改变励磁PID调节参数，

根据现场情况可适当提高Kp值。

5 结 语

SFC启动过程复杂，涉及系统较多，但整个启动过程其实紧紧围绕转速控制“SFC启动与调节”、机端电压控制“励磁投入与调节”、同期并网控制“同期释放”等进行着，紧紧把握这几点就能理清整个流程，也能为电站实际启动中出现问题快速找到原因提供依据。

[1]万正喜. 同期装置、励磁系统及SFC的配合[J]. 水电站机电技术，2002(5)： 30- 32．

[2]李官军， 王德顺, 陶以彬, 等. 抽水蓄能机组SFC启动控制系统的RTDS建模及仿真[C]∥抽水蓄能电站工程建设文集. 北京： 中国水力发电工程学会，2009.

[3]倪林林. 大型抽水蓄能机组的变频启动[J]. 水力发电学报，1993(4)： 12- 20．

[4]周军. 抽水蓄能电站中SFC变频启动的若干特点[J]. 电力自动化设备，2004(11)： 99- 101．

(责任编辑 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

周霖轩(1990—)，男，江西九江人，助理工程师，从事抽水蓄能电站运行维护工作．

TV743(256)

A

0559- 9342(2016)08- 0090- 05