SFC输入开关频繁误跳的原因分析及处理

陈 勤，章 亮，赵 锋，潘菊芳

(华东桐柏抽水蓄能发电有限责任公司，浙江天台 317200)

0 引言

桐柏抽水蓄能电厂位于浙江省天台县栖霞乡百丈村.利用已建桐柏水电站(装机8 MW)的水库作为上水库，新建下水库位于三茅溪支流百丈溪中游，是一座日调节纯抽水蓄能电站.电站以500 kV电压等级接入华东电网，在电网中承担调峰、填谷、调频、调相以及事故备用任务.安装四台300 MW立轴单级混流可逆式水泵水轮机-发电电动机组.可逆式机组抽水方向的启动采用静止变频器(SFC)拖动作为主用启动方式，采用背靠背拖动作为辅助启动方式［1］.

Static Frequency Converter(简称SFC)，是抽水蓄能发电厂特有的一种变频启动装置，通过SFC变频启动来达到抽水蓄能机组由稳态停止到抽水调相/抽水，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，且有很强的自诊断功能，是一种比较可靠的启动方式.但其所需控制设备比较复杂，元件要求质量高，因此，SFC系统本身出现故障或受干扰误跳而造成抽水开机不成功的情况也时有发生，给抽水蓄能电厂带来一定的困扰.

1 事故现象

自投产以来，频繁发生SFC拖动机组时，SFC输入开关合上后在拖动过程中无故障跳闸，从而频繁造成抽水调相开机不成功的情况.但是复归相关报警信号，重新用SFC拖动机组后往往又能启动成功.通过对各相关控制回路的检查以及上位机历史事件列表的分析，均未发现机组、静止变频器、输入输出变及相关控制回路存在有故障的情况.

2 正常与故障时动作逻辑原理示意图

以下是控制回路接线示意图及设备事故时的正常动作过程:

当机组由SFC拖动抽水方向启动时，机组本身或SFC系统发生故障均能使机组及SFC事故停机并跳开SFC输入/输出开关［2］，下面分二种情况进行描述.

(1)当机组本身发生故障时，见图1.机组紧急快速停机.另一方面停机令经通信送入SFC控制器并经判断，一方面使SFC走停机流程.

(2)当SFC系统某处有发生故障时，如SFC输出变发生本体故障，K1(SFC输出变瓦斯常闭接点)断开使K2失磁，见图2，其二付接点动作.

而同时K2的一付常闭接点送入图2中的SFC控制器，经2S延时后如常闭接点仍闭合则发出SFC内部停机令使SFC停机，同时使K9励磁其常开接点闭合使TQ线圈励磁去跳SFC输入开关，见图3.

另一方面K2的另一付常开接点断开使中间继电器K7失磁，见图4.通过机组本身的逻辑判断(见图7)，使机组一方面下达紧急快速停机令.另一方面将停机令再次送入SFC控制器［4］.

与此同时，K7的一付常闭接点送入图4使K8中间继电器励磁，见图5.

这个时候，另一付K7常闭接点使SFC输入开关TQ线圈励磁，使 SFC输入开关瞬时跳开，见图6.

接着，K8常开接点闭合送入机组LCU输入模块中产生IBP_SFC_TRIP信号，见图7.送至正在由SFC拖动的机组逻辑中.

图7 K8常开接点闭合送出SFC_TRIP信号

另一方面输出SFC内部跳闸令，使K9励磁(见图6)其常开接点闭合，SFC输入开关TQ线圈励磁，使SFC输入开关跳开［3］.

图1～图5中，K1为输出变瓦斯继电器常闭接点;K2为中间继电器;K3为SFC内部RESET;K4为看门狗动作;K5为SFC无故障;K6为SFC紧急停机按钮;K7为中间继电器;K8为中间继电器;K9为中间继电器;K10为中间继电器;TQ为SFC输入开关跳圈.

(2)当SFC系统某处有发生故障时，如SFC输出变发生本体故障，K1(SFC输出变瓦斯常闭接点)断开使K2失磁，其二付接点动作.一方面K2的一付常闭接点送入图3中的SFC控制器，经2S延时后如常闭接点仍闭合则发出SFC内部停机令使SFC停机，同时使K9励磁其常开接点闭合使TQ线圈励磁去跳SFC输入开关.另一方面K2的另一付常开接点断开使中间继电器K7失磁.K7的二付常闭接点，一付K7常闭接点送入图5使K8中间继电器励磁.另一付K7常闭接点送入图6中，使SFC输入开关TQ线圈励磁，使SFC输入开关瞬时跳开.同时，K8常开接点闭合送入机组LCU输入模块中产生IBP_SFC_TRIP信号送至正在由SFC拖动的机组逻辑中.通过机组本身的逻辑判断，使机组一方面下达紧急快速停机令.另一方面将停机令再次送入SFC控制器［4］.这和正常时的动作逻辑基本上是一样的.

3 分析及处理

对上述回路的接线进行分析发现，在这些回路中存在有二处长电缆接线的情况.分别是图1中的K1接点与K2继电器之间，这段电缆的距离是从SFC输出变室到SFC设备室，电缆的长度大概有100 m有余.另外还有一处是K8接点与2、4号端子之间，这段电缆的距离是从副厂房LCU5室到主厂房的发电机层，电缆长度大概有200 m有余.因为从上位机事件列表中未发现有引起SFC输入开关跳闸的保护动作或其它故障信息的特殊情况并结合长电缆易引起干扰的特性来分析，误动的根源很可能为长电缆干扰引起.根据上述的分析判断，采取了如下的处理措施，见图8.

图8 采取异动后的示意图

(1)考虑到LCU5室到主厂房的发电机层，电缆长度大概有200 m有余.因干扰而引起误动很可能是从此段电缆上产生.故首先将此段接线做如下改动:将SFC送LCU5盘柜的跳闸继电器K8的常开接点送入LCU5输入模块产生SFC跳闸信号，LCU5收到SFC跳闸信号后送出信号(OBE_SFC_TRIP)去上位机报警，信息为“SFC跳闸送LCU5”.另一方面同时采用通信方式将此SFC跳闸信号(IBE_SFC_TRIP)送机组而不经过硬布线，从而彻底避免LCU5至机组长电缆干扰而引起误动的可能，同时原硬布线仍保留.

(2)修改机组LCU逻辑，接受LCU5送来的SFC跳闸信号(IBE_SFC_TRIP).并经过逻辑判断，确实为SFC拖动时，出口停本机组.另一方面原硬布线送入机组的SFC跳闸信号(IBP_SFC_TRIP)改为报警而不停机，并将信号(OBO_SFC_TRIP)送上位机，信息为“*号机SFC跳闸(已取消)”.

经采取上述措施后，SFC在拖动机组的过程中，上位机频繁发“*号机SFC跳闸(已取消)”信号，而机组仍能正常成功并网.从这点可以看出，所采取的措施是正确的而且该“*号机SFC跳闸(已取消)”信号也证明了，从副厂房LCU5室至机组发电机层的这段电缆确实是存在严重的干扰.但有时机组仍会发生SFC输入开关无故障跳闸造成不能拖动成功的现象.分析上位机信号发现，只要有“SFC跳闸送LCU5”信号，SFC拖动机组就不会成功.而无该信号时，机组就能拖动成功.那么可以断定，中间继电器K8肯定已经动作了.为查找故障原因，对相关SFC的控制回路进行了录波.并二次捕捉到因为SFC输出变瓦斯继电器接点抖动，造成SFC跳闸的事件.

从控制回路接线示意图可以看出，原输出变瓦斯继电器是通过常闭接点K1驱动中间继电器K2，然后由中间继电器的常开接点K2送硬布线回路瞬时出口跳SFC输入开关的.之前历次故障发生时因接点抖动的时间未到2S，硬布线回路瞬时出口跳SFC输入开关而控制器却并不会出口跳闸并上送信号到上位机.所以SFC跳闸时，上位机没有具体信号提示.

经过对瓦斯继电器的备品及相关控制回路进行深入分析，认为其常闭接点产生抖动的可能性很大，而常开接点抖动的可能性很小.故修改相应的回路，采用瓦斯继电器的常开接点驱动中间继电器K10，然后由K10的常闭接点驱动中间继电器K2.最后由中间继电器K2的常闭接点送SFC控制器及硬布线回路跳闸，见图9.硬布线回路无延时，而控制器经2S延时出口跳闸，并送信号至上位机.另外将中间继电器K10的常开接点送至LCU5，经处理后送上位机报警，信号为“SFC输出变瓦斯继电器动作(K10)”，以便今后进行故障判断和故障原因确认.

图9 异动后添加中间继电器K10

对相关控制回路经上述改动后，SFC拖动机组抽水调相的成功率大大提高.但是仍会偶尔发生SFC输入开关无故障跳闸致使机组抽水调相启动不成功的现象.对上位机事件列表进行深入分析发现，每次拖动不成功均有“SFC输出变瓦斯继电器动作(K10)”及“SFC跳闸送LCU5”信号，但是每次对SFC输出变进行检查均无异常，表明瓦斯继电器未真的动作，并且SFC输出变常开接点抖动的可能性又非常之小.那么问题到底出在哪儿呢?考虑到之前长电缆干扰的影响，怀疑很可能是SFC输出变室至SFC设备室这段长100 m有余的电缆也存在干扰引起，故对该回路采用备用电缆芯进行接线并对该电缆进行了屏蔽［5］.经采取上述的措施后，SFC拖动机组再也未发生过前述启动不成功的现象，说明故障已彻底解决.

4 结语

通过对SFC输入开关频繁误跳原因的查找，发现引起跳闸的主要原因是长电缆干扰，而且干扰点有好几处，这对故障的查找和处理造成了不小的麻烦.为防范因长电缆干扰而引起开关误跳情况的再次发生，应重视对长电缆的屏蔽工作.对新敷设的电缆应注意敷设的路径，避开干扰源.

［1］梅祖彦.抽水蓄能发电技术［M］.北京:机械工业出版社，2000.

［2］刘 愚，谭剑波.抽水蓄能电站发电电动机变频启动(SFC)方式和谐波分析［J］.中化建设，2008(8):28-31.

［3］胡雪琴.静止变频启动装置(SFC)总结与探索［J］.云南水利发电，2007(1):31-33.

［4］赵 政.抽水蓄能电站的变频起动装置［J］.水利发电，2010(1):22-25.

［5］陈湘匀，王 俊.静止变频器在可逆式机组中的应用［J］.水利水电科技进展，2002(4):45-48.