宝泉电站SFC冷却控制分析及故障处理
康晓义，栗庆龙，李隆飞
(河南国网宝泉抽水蓄能有限公司，河南 新乡 453636)
【摘 要】 本文简述宝泉电站SFC系统的功能及基本构成，对SFC冷却系统的配置、运行控制进行论述，对SFC在运行中因冷却系统控制流程不完善引发的设备故障进行分析，并给出最终的解决方案及后期运行评估情况。
【关键词】 抽蓄电站;SFC;冷却系统;故障分析;控制异动
0 引言
静止变频启动装置(Static Frequency Convertor，SFC)是大型抽水蓄能电站的关键电气设备，变频启动是抽水蓄能电站的关键技术之一。SFC带动可逆式机组作为同步电动机运行启动平稳、迅速可靠，不存在失步问题，具有优异的调速性能，且成功率高、维护量小、自诊断能力强。对于多机组电站，多台机组可共用1套SFC。大型抽水蓄能电站采用SFC启动为主、背靠背启动备用的混合启动方式能获得较高的可靠性和经济性。
1 概述
宝泉抽水蓄能电站工程位于河南省新乡市辉县境内，为国家重点建设项目，总装机容量4× 30万kW，共120万kW。宝泉电站位于电网负荷中心，地处华中电网、华北电网、西北电网的交叉点和支撑点上，承担电网调峰、填谷、调频、调相以及事故备用等任务。作为抽蓄电站特有的机组拖动设备，SFC是大型抽水蓄能电站在抽水方向启动的首选启动方式。宝泉电站配置一台SFC设备，四台机组公用，由法国CONVERTEAM提供，型号为SD7000。
2 SFC系统基本构成及参数配置
2.1 SFC系统基本构成
静止变频器包括输入单元、变频单元、输出单元、控制单元和辅助单元。SFC一次结构图见图1。
(1)输入单元主要由输入开关、输入变、输入限流电抗器、避雷器等组成。
(2)变频单元主要由网桥(Net Bridge，NB)、机桥(Machine Bridge，MB)和直流回路平波电抗器等组成。
(3)输出单元主要由输出闸刀、输出旁路闸刀、输出变、输出开关、输出电抗器、避雷器等组成。
(4)控制单具有由测量功能、数据驱动管理功能、功率电子控制功能、保护功能等。保护功能包括输入变的保护、输出变的保护、变频单元的保护、冷却水回路的保护等。
(5)辅助单元主要由SFC冷却单元、输入变冷却单元、输出变冷却单元及其他辅助设备等组成。
图1 SFC一次结构图
2.2 SFC配置参数
SFC配置参数表见表1。
表1 SFC配置参数表
2.3 SFC拖动机组技术特点
(1)静止变频器的调速范围可以从电机的静止状态到110%额定转速，在此调速范围内静止变频器工作效率不会降低。
(2)静止变频器启动可使启动电流维持在同步电机要求的额定电流以下运行，对电网无任何冲击，具有软启动性能。
(3)静止变频器满足抽水蓄能电站的发电电动机组在电网电力调峰过程中频繁启动的要求。
3 SFC系统冷却系统综述及逻辑控制
SFC具有启动速度快、启动容量大、工作可靠性高、维护工作量小等优点，使得它在抽水蓄能电站中的得到了广泛的应用。但SFC拖动过程中机桥、网桥的晶闸管发热量极大，一个高效、耐用、可靠的冷却系统是SFC稳定运行的关键因素。
3.1 SFC系统冷却系统组成
宝泉电站SFC的冷却系统包括SFC冷却单元和输入变冷却单元、输出变冷却单元三部分。其中，SFC冷却单元包括内冷却水回路、外冷却水回路、空气冷却回路，SFC冷却水回路图见图2。SFC的冷却系统外冷却水取自全站公用供水回路，并排至自流排水洞，内冷却水回路采用内循环的去离子水，用于对机、网桥的冷却，保证了晶闸管绝缘不受损坏。空气回路将剩余的热能从盘柜内带出，以保证盘柜内温升在正常范围。
图2 SFC冷却水回路图
3.2 SFC冷却系统控制逻辑介绍
(1)去离子水电导率的控制。去离子装置的启停由去离子水电导率控制SFC去离子水电导率控制见图3，其正常电导率为0.5～1.0μS/cm，当电导率高于1.0μS/cm时，打开电磁阀VS030使去离子装置启动降低电导率;当电导率低于0.5μS/cm时，关闭电磁阀VS030使去离子装置停下;当电导率高于1.5μS/cm时发出电导率高报警，当继续高至1.9μS/cm时，将引起SFC跳闸，当低于0.2μS/cm时发出电导率低报警。出现电导率报警并不会引起正在运行的SFC跳机，但会闭锁SFC从备用转运行。
(2)去离子水泵的控制。SFC去离子水泵的启停由PEC发命令来控制，由压差开关P0329监视水泵运行是否正常，低于1.5bar将使主用泵停下，启动备用泵。当去离子水流量低于最小值时也将引起主备用泵切换。如果备用泵运行时，压差仍低于1.5bar将引起SFC跳闸并停去离子水泵，正常运行时压差为2.5bar。
(3)内冷却水温度控制。外冷却水回路对内冷却水回路的冷却由三通电动阀控制，通过对三通阀开度的控制冷却器的冷却水流量。而三通阀的启闭由内冷却水温度来控制，当去离子水温度高于30℃时三通阀自动打开增加外冷却水流量，当低于30℃时自动关闭[设定值30℃，实际值为(30±1)℃，即高于31℃时，三通阀自动打开，低于29℃自动关闭]。同时去离子水温度设有报警值和跳机值。SFC去离子水温度达到42℃报警，输出“Water temperature alarm”;达到46℃跳机，输出“Water temperature fault”。
(4)去离子水的流量控制。去离子水的流量监测由FM100完成，正常值为35m3/h，最小流量为30m3/h。当流量低于最小流量，延时跳闸。
图3 SFC去离子水电导率控制
3.3 典型故障介绍与控制逻辑优化
(1)故障过程。2011年6月9日3号机PC工况启机至同期时，监控报警:02:17:00.445 60LGS_010AR_DI_TRP SFC SYSTEM TRIPPED，SFC跳闸，3号机走停机流程。现地检查SFC控制柜上报警信息:
图4 SFC去离子水温度控制异动图
(2)故障原因。现地检查发现SFC冷却水三通阀调节故障，在内冷却水温度已经降低情况下未可靠关闭，造成SFC去离子水温度过低，进而造成盘柜内一次设备结露，可控硅桥表面受结露影响，机桥晶闸管M-6-4击穿。过流保护动作跳机。
(3)故障分析与改进措施。本次故障三通阀调节故障是故障的直接原因。但也暴露出了SFC对去离子水温度监测的漏洞。即在去离子水温持续下降过程中监控并没有报警，使得故障没有被值班人员第一时间发现，在一定程度上也造成了事故的扩大。为此，在更换更加可靠的三通阀备件后，在冷却水控制逻辑上又增设去离子水温度低报警，即去离子水温度16℃报警，17℃报警可复归。温度低报警和温度高报警组成“或”关系，输出“Water temperature alarm”，SFC去离子水温度控制异动图见图4，其中线框部分为增加的温度低报警逻辑。
4 结语
SFC作为抽水蓄能机组特有的拖动装置，具有启动平稳、迅速、可靠等特点，不存在失步问题，调速性能优异，且成功率高、维护量小、自诊断能力强。但在运行中也暴露出了部分控制逻辑设置不合理、电气故障偶发性强等问题，运维人员需要通过长时间运行维护，对于暴露出来的问题不断总结分析并进行针对性的小改革方能不断提升SFC的运行可靠性。
参考文献:
[1]金世鑫，高嘉赓，凌伟平.抽水蓄能电站静止变频启动装置(SFC)系统分析[J].东北电力技术，2012(7):46-49.
[2]胡雪琴.抽水蓄能电站静止变频起动装置应用情况总结与探索[J].水力发电，2007(5):51-54.
作者简介:
康晓义(1988— )，男，河南平顶山人，本科，助力工程师，研究方向:SFC、励磁、发电机出口开关及刀闸等设备运行与维护。E-mail:214751258@qq.com
栗庆龙(1984— )，男，辽宁本溪人，本科，工程师，研究方向:抽蓄电站生产运行、设备维护管理。E-mail:82518986@qq.com
李隆飞(1982— )，男，湖南邵阳人，专科，研究方向:抽蓄电站一次设备、科技项目管理。E-mail:lilongfei33@163.com