抽水蓄能电站变频启动装置（SFC）启动时应关注的问题.doc

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1、抽水蓄能电站变频启动装置（SFC）启动时应关注的问题长江三峡技术经济发展有限公司何幼军（湖北宜昌443133）[摘要]本文通过某抽水蓄能电站机组SFC试验过程中，在水泵工况下启动时变频启动中遇到的问题处理进行定量分析，希望为类似工程和其它使用变频启动的工业应用场合提供参考[关键词]变频启动装置，电磁转矩，问题，处理1．概述抽水蓄能电站以其工况转换多、运行方式灵活等优点近年来在国内得到了相当规模的发展。抽水蓄能电站在水泵工况下，水泵发电机组为同步电动机。同步电动机通常有同轴小电机启动、同步启动、异步启动、半同步启动

2、和变频启动等5中启动方式。随着电力电子元件、PWM、测量元件和图形语言技术的成熟，变频启动作为主用启动方式，同步启动作为辅助启动方式。同步电动机变频启动原理接线如图1-1所示，变频启动方式是一种负载换相无刷调速系统，通常采用交-直-交1200通电型，即逆变桥直接接在定子三相绕组上，同时三相全控桥中每个桥臂上的可控硅导通1200。SM：同步电动机，BQ：转子位置检测装置图1-1：同步电动机变频启动原理接线图2．问题提出某抽水蓄能电站变频启动装置如图2-1所示。从图2-1可知，该电站变频启动装置属于负载换相无刷调速系

3、统。该系统通过ICB1或ICB2与电力系统相连，通过线路侧变压器（ICB1ICB2FCBTLSTMSSM整流转子励磁图2-1：某抽水蓄能电站变频启动装置原理接线图TLS）向整流桥提供功率电源，通过逆变桥和输出变压器（TMS）提供电源频率可变的交流电源，从而在同步电动机定子绕组中建立同步旋转磁场。该变频启动装置有ABB公司提供，型号为：MEGADRIVELCI.SO。根据某抽水蓄能电站机组启动试运行计划安排，2005年12月30日，机组进行水泵工况下SFC启动机组。在机组启动过程中出现下列问题：1）第一次进行25%

4、额定转速启动试验时，励磁系统加励，SFC装置投入，机组未启动；2）第二次进行25%额定转速启动试验时，励磁系统加励，SFC装置投入，机组与电动工况的转向相反；3）在进行70%额定转速试验时，励磁系统加励，SFC装置投入，机组振颤几次后停机。1．未启动、反转原因分析抽水蓄能电站的变频启动装置，大凡采用自控式同步电机调速系统，闭环控制系统的原理框图如图3-1所示。图3-1：变频启动装置闭环控制系统原理框图控制系统通过转子位置检测装置检测转子的真实位置，通过控制定子三相电流或电压的幅值、频率和相位的大小，从而达到同步转

5、速以跟踪转子转速的目的。3．1励磁加励、变频器有三相交流输出时，同步电动机未启动原因分析如果变频装置输出的三相电流为（1）所示，则定子合成磁势为（2）所示。当转子通入（1）（2）恒定的励磁电流时，转子所产生的磁势为Fr，则同步电动机的空间矢量图如3-2所示。而同步电动机转矩可表示为（3）式。（3）由（3）式和图3-2可知，同步电动机的转矩与定、转子旋转磁势的夹角θ有关，当θ=00或1800时，则sinθ=0，Te=0,此时，即使转子绕组加励，变频启动装置向定子绕组输入对称的三相交流电源，同步电动机还是处于停止状态

6、。因此改变定子电流初相角（λ0+θ）可改变启动转矩的大小，从而可改变同步电动机的启动速度。这就回答了第2节中1）和3）的问题。从（3）式中亦可以看出，同步电动机转矩的最大值时当θ=900。同时只有按（1）进行控制，才能保证Fs和Fr之间的夹角为θ，从而满足电磁转矩基本不变，同步电动机匀速加速启动到给定转速。图3-2：同步电动机的空间矢量图3．2励磁加励、变频器有三相交流输出时，同步电动机反转原因分析根据3.1节的分析不难看出，出现反转的原因是因为Fs滞后Fr，从而（1）中的θ变为了-θ（如图3-3所示），故电磁转

7、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3-3：同步电动机反转空间矢量图在交-直-交1200通电型变频启动装置中，由于全控逆变桥中各臂的导通和换相时刻有固定顺序的，同时与之相连的定子三相绕组的电角度也是固定的，因此，在机组启动时，转子位置检测反馈是唯一决定同步电动机正反转的因素。1．结束语经过现场技术人员对变频装置启动时出现的三次问题进行上述定性和定量分析，制造厂家积极进行软件修改，机组很快完成了在水泵工况下规定的各项试验，20005年1

8、2越31日下午14时8分许，该电站首台机组以同步电动机方式并网，机组带30MVar无功负荷运行4小时，机组转速，振动等性能指标均在设计要求的范围以内。同时，通过本文的分析可知，变频启动技术的复杂性，需要进行认真的分析，希望能为类似工程和其它使用变频启动的工业应用场合提供参考。[作者简介]何幼军：男，41岁，高级工程师，注册监理工程师，多年从事水电站电气二次设备的安装调试和