静止变频器SFC转子初始位置检测优化

钱晓忠，刘淑妍，李 博，池喜洋

（国网新源湖南黑麋峰抽水蓄能有限公司，湖南 长沙410213）

1 前言

黑麋峰公司位于湖南省长沙市望城区境内，电站装有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1200 MW。SFC系统是可逆式蓄能机组的必备设备，承担着机组抽水调相工况启动的重要任务，一旦发生故障，则无法实现快速抽水启动。SFC启动失败主要集中在低速条件下，包括转子初始位置测量失败，旁路刀闸切换失败，启动回路开路，整流桥输出纹波超标等，其中转子初始位置检测异常相关问题导致SFC启动失败占到26%，因此能否得出一个准确的转子初始位置，是启动成功与否的关键。

2 实施背景

近年来公司SFC存在的主要告警包括“FPGA Overfreq”板卡测量过频，“A-Underflux”低磁通和转子初始位置检测异常，去离子水温度过高导致不能正常连续启动4台机组。在过频故障发生后输出了跳闸2告警，跳开了SFC高低压侧开关，机组事故停机。在发生低磁通后，监控系统在60 s内未检测到机组转速大于2%，事故跳闸。机组连续启动导致去离子水温度叠加，超过警戒值43℃。过频与低磁通两个主要告警均发生在转子初始位置检测过程中，且机组都未转动，因此有必要对励磁与SFC的定值进行重新匹配。

3 实施过程

3.1 针对问题

黑麋峰公司机组SFC启动过程中，SFC系统第1次设定励磁电流，使得输出变压器和机组被磁化，防止转子位置检测过程中所出现的杂波，第2次对励磁电流进行设定后，开始检测转子初始位置，由于励磁电流正在向零减小的过程之中，还未完全接近于零，此时再一次设定励磁电流导致励磁电流由减小转变为增加，励磁系统由逆变灭磁转为整流输出，故磁场由减小变为增强，因此转子初始位置瞬间反向，导致SFC计算输出脉冲错误，启动失败。

3.2 危险点分析

该作业风险辨识如表1。

表1

针对以上问题，本项目认真分析，制定了专项方案，并进行风险分析及预控：①严格按照方案步骤执行操作，防止造成设备损坏。②执行过程中加强监护与联络，防止发生误操作。③加强相关设备监视，出现异常立即停止工作。④操作过程中做好个人防护，防止发生人身触电。⑤在机组停机状态下进行工作，防止跳机。

3.3 具体措施

（1）原因分析

根据ABB公司相关技术资料，产生“FPGA Overfreq”和“A-Underflux”的原因有3条：

1）转子初始位置检测异常；

2）在低速条件下SFC纹波系数超标；

3）机组转速大于55 Hz。

（2）优化思路

1）取消监控系统在低磁通告警发生后事故跳闸的逻辑。

根据以往的运行经验，SFC在发生低磁通告警后，机组能够正常拖动成功。此次监控跳机的主要原因是SFC拖动时间超过了监控系统的转速允许阈值（监控系统流程要求在发出SFC启动命令后60 s内机组转速要达到2%以上），将监控跳机逻辑取消后将由SFC系统过载跳机。

2）将“过频”、“低磁通”、热交换器出口温度“TT1”等常见告警信号接入到监控系统。

由于目前SFC送上位机的告警信号为“SFC总报警”（除正常流程启动反馈信号外）。监控系统无法辨识SFC的具体告警信息，这给值守人员的快速响应及事故处理增加了难度。优化后值守人员能针对具体问题采取不同的措施，特别是去离子水温度超过43℃后值守人员可采取延长开机间隔时间等方法，待温度下降到30℃的正常值后，再开机，避免超温跳机的风险。

（3）修正励磁系统与SFC系统的匹配关系

由波形图知道SFC励磁电流的设定值为0.5 pu=1000 A，而反馈的励磁电流的实际值为0.46 pu=920 A，比要求的励磁电流小80 A，因此有必要将励磁电流的设定值增大，增强转子的磁化强度，将0.5 pu修改为0.52 pu。

由图1可知，由于转子初始位置检测完成后励磁系统的电流输出未到达最大值，此时立刻给定子通流不能使发电机的初始转动力矩达到最大值，通过旁路刀闸切换后延时2 s发出转子位置检测增加转子初始位置的检测时间，从而使转子初始位置的计算更为准确，初始转矩也达到最大值。

（4）实施步骤

1）确定优化实施方案。

2）根据优化方案进行程序修改和现场电缆敷设施工。

3）优化完成后进行SFC启动试验，并对录波进行比对。

4）对不合适的定值进行反复修正，使SFC与励磁的匹配为最佳状态。

图1 转子初始位置检测

4 实施效果

经对励磁释放延时后转子初始位置已经有了很大改善，不会在零轴的上半部分和下半部分都存在录波图，在励磁电流到达最大值时转子初始位置测量完成（图 2）。

图2 参数优化后的启动录波图

通过本次项目，改善了转子初始位置的计算，使励磁与SFC的配合更为恰当，为机组的安全稳定运行提供了有力保障，达到了预期效果。在项目过程中，技术人员集思广益、齐心协力解决难题，不仅在质量意识、个人能力、解决问题的信心等诸多方面得到不同程度的提高，同时更加增进了组员之间的团结和协作精神，为解决以后工作中遇到的问题打下了坚实的基础。