0 引言

内蒙古呼和浩特抽水蓄能电站（以下简称呼蓄电站）安装4台300 MW立式单级可逆式蓄能机组，装机容量1200 MW，在蒙西电网中主要承担调峰、调频、调相及紧急事故备用的任务；同时，通过与风电、光伏等新能源联合调度运行，提高新能源上网比例，缓解弃风弃光问题。

呼蓄电站首台机组于2014年11月投产，第4台机组于2015年6月投产。本文主要针对呼蓄电站机组投产以来发生的启动失败或保护动作跳机问题，统计了机组启动失败和非计划停运情况，分析了具体原因并给出解决办法，为保证电站的安全稳定运行提供借鉴。

1 机组启动数据统计 1.1 历年启动次数统计

呼蓄电站自投产以来至2019年6月底，机组共启动4903次，其中发电启动2728次，抽水启动2144次，抽水调相启动31次，具体统计数据见表 1。4台机组启停次数基本均衡，都超过了1100次。近年来，启动次数呈明显增加趋势，而且每年冬春季启动次数和运行时间明显高于夏秋季，主要是因本地区冬春季风力偏大、风电上网比例增加，同时冬季供暖期间火电调峰能力受限，抽水蓄能机组既可以发挥电网调峰作用，也可以发挥大容量储能作用，形成“源网荷储”协调优化运行的格局。

1.2 启动成功率统计

机组启动成功率即启动成功次数占机组总启动次数的百分比，按发电工况和抽水工况分别进行统计。因抽水蓄能机组启停十分频繁，启动成功率是1个重要指标，国内一般要求大于95%^[1-3]。呼蓄电站自运行以来，发电启动成功率为99.05%，抽水启动成功率为98.27%，均达到了国内先进水平。

据全口径统计，4台机组发电启动失败共27次，抽水启动失败共37次，非计划停运共12次，其中发电工况机组跳闸9次，抽水工况机组跳闸3次，具体统计数据见表 2。

2 启动失败及非计划停运影响因素分析

机组启动失败次数直接影响启动成功率。由于呼蓄电站是我国抽水蓄能装备国产化依托项目之一^[4]，在国外技术的消化吸收及设备安装调试方面仍存在不足，设备暴露出的故障较多；另一方面，电站生产人员在设备缺陷、隐患消除治理等方面的经验不足，人为因素造成的启动失败情况也较多。

近年来，各设备逐步进入运行稳定期，机组的启动失败和非计划停运次数正在逐年下降，统计数据见表 3。

经统计（见表 4），因静止变频启动装置（Static Freguency Converter，SFC）系统故障导致抽水启动失败或非计划停运次数最多，占18.42%；调速系统、主进水阀故障均占14.47%；发电电动机和水泵水轮机及其辅助设备故障共占21.05%。

机组12次非计划停运主要包括：因运行水位达到上、下库水位限值自动跳机4次；因导叶传感器故障导致机械事故动作跳机3次；由于发电机磁极线圈引线开裂导致机组横差保护动作2次；机组大差保护动作跳机2次；上导瓦温高引起的机械事故动作跳机1次。

3 治理措施

针对机组启动失败及非计划停运的各种影响因素，分别制订了各重点系统、设备的治理措施，实施效果良好。

3.1 SFC系统

（1）机组失磁保护动作：动作原因为机组投产初期，SFC控制系统与机组同期装置、励磁系统之间的配合存在问题。机组被拖动过程中由SFC控制励磁给定，当到达额定转速时，SFC发出启动同期装置命令；同期装置运行后同时发出3个信号分别发送给发电机出口断路器系统（Generator Circuit Break⁃ er，GCB）、励磁系统和SFC，GCB在收到同期并网命令后立即合闸；SFC在收到同期信号后开始封脉冲，此过程约为15 ms；励磁系统收到信号后退出SFC给定，切换至自控模式保持励磁电流，此过程约需20 ms。由于切换过程存在时间差，SFC已经封完脉冲，同时已将励磁电流给定值降为0，励磁系统还未从SFC给定切换至自控方式，励磁电流实际值亦会降为0，因此造成机组失磁保护动作。

处理时对控制流程进行了改进，在机端电压达到90%以上和转速到达95%以上同时满足时，SFC才启动同期装置，励磁系统同时进行控制方式切换；6 s后“同期装置运行”信号发出，这样在GCB合闸前有足够时间完成励磁系统运行方式的切换，保证励磁电流不发生突变，避免转子失磁^[5]，解决了启动失败问题。

（2）SFC输出旁路开关的传动销松动、旁路开关合闸位置信号丢失：采取更换销钉，调整合闸信号传感器凸轮位置等办法，问题得到解决。

（3）冷却用去离子的水电导率高于定值致SFC 06跳闸：将原控制策略“SFC冷却水电导率达到0.7 μS/cm后延时3 min跳闸”改为“延时5 min跳闸”；同时设定“SFC检测电导率至0.25 μS/cm时自启动循环泵”，“电导率至0.18 μS/cm时SFC辅助系统自动停泵”，其中泵的运行时间最少为30 min。

修改控制流程后，问题得到解决。

3.2 调速系统

（1）信号回路异常：呼蓄电站水轮机采用20个独立的导叶接力器，系统结构复杂，每台机组安装了40个导叶位移传感器，导叶位移传感器在机组运行振动下故障率较高。输出回路航空插头的底座与电路板焊点因长时间振动松动虚接，信号回路异常导致调速系统报警或跳机。

通过改造传感器接线插头使其不直接焊在电路板上，问题得到解决。

（2）导叶不同步或拒动：因调速器油系统管路不干净，油中杂质进入比例调节阀内造成卡塞。

经过对调速器压油系统的油箱、管路、过滤器进行清洗，同时增设在线滤油机，彻底解决了比例调节阀犯卡、自动锁定装置拒动等问题。

（3）低水头时转速达不到额定转速：因导叶空载开度限制设置偏小，低水头时转速达不到额定转速无法并网。

通过调整空载开度限值，解决了低水头发电启动失败问题。

3.3 主进水阀

主进水阀导致启动失败的主要原因有：手动锁定退出信号丢失、工作密封退出信号丢失、全开位置信号丢失等，多为控制回路问题，由位置开关、行程开关等故障引起。

通过更换开关、紧固回路等方法解决控制回路故障问题；日常维护应注意治理压油装置控制柜、油泵、隔离阀等出现的问题，避免减压缓慢、油路不通等现象的发生^[6]。

3.4 同期装置

（1）1号、2号机组在高水头启动时同期超时并网失败：经分析原因为同期装置对转速控制存在超调现象^[5]。

通过修改策略设定，使同期装置不参与转速调节，由调速器自动跟踪频率（50 Hz）。

（2）GCB接收不到合闸命令：因同期装置柜内端子接触不良，回路不通导致GCB接收不到合闸命令，并网失败。

加强定期检查、检修维护工作，保证端子接触良好。

3.5 发电电动机

（1）发电电动机转子磁极线圈引线在运行中断裂造成跳机：主要原因为制造厂家加工时铜排折弯弧度过小致材料受伤、强度下降，在离心力和振动作用下产生裂纹断开。

将3台机组的磁极线圈全部进行返厂改造，更换了引线段，消除了隐患。

（2）转子回路接地：在磁极挂装打磨时，有铁屑等杂质进入铁心和线圈的缝隙内，在运动和磁力作用下积聚在下端角落，引起线圈和铁心短路，造成转子接地保护动作。

检修时应加强工艺管理，防止杂质进入铁心和线圈的缝隙内。

3.6 其他设备

水泵水轮机本体发生的问题较少，偶有技术供水系统、主轴密封供水系统、导叶锁定装置、导叶接力器等出现故障，或出现压力偏低、水位偏高超过定值现象，处理较简单。

针对其他电气设备故障（如电制动开关因分断低频电流烧损、换向刀闸操作机构拒动、切换开关触点接触不良等），监控系统常出现的传感器故障、回路虚接断线、流程设计不合理等问题，都进行了有效治理。特别需要指出，控制流程必须保证当制动电流为零时，才可以断开制动开关，这是因为机组电气制动开关为交流开关，正常工作频率50 Hz时，开关在电流过零点时灭弧时间只有10 ms左右，当电流频率为1 Hz时，则需要500 ms才能过零点灭弧；如果在制动电流完全达到零值前断开制动开关，将导致开关长时间灭弧，灭弧喷嘴和灭弧触头会电弧被长时间烧蚀，造成高浓度的消融分解物逐渐沉积，附着在开关灭弧室内部表面，不断降低开关绝缘性能，最终导致开关不能承受额定电压而损坏。

总之，电站生产维护人员应加强对设备的巡检、维护、检修工作，加强对故障、事故原因的分析总结，通过不断提高设备的可靠性来保证机组顺利启动，保障电站、电网的安全稳定运行^[7-8]。

4 结语

呼蓄电站在投产初期发生的机组启动失败或保护动作跳机事件较多，经过隐患排查和消缺治理，大多数问题已得到解决，再加上通过多项技术改造，机组性能趋于稳定，启动失败和非计划停运情况已明显改善，为呼蓄电站的长期安全稳定运行奠定了基础。