靜態(tài)變頻器位置傳感器信號異常分析

李佳霖

摘要：目前，國內(nèi)現(xiàn)有的靜態(tài)變頻器（SFC）多采用機械式位置傳感器法來檢測轉(zhuǎn)子的位置，在拖動燃?xì)廨啓C發(fā)電機組啟動過程中，需要通過安裝在發(fā)電機轉(zhuǎn)子上的位置傳感器來判斷轉(zhuǎn)子的實際位置，再將脈沖信號傳遞給逆變器的信號觸發(fā)器，從而實時跟蹤發(fā)電機轉(zhuǎn)子位置來調(diào)頻進(jìn)行同步拖動和加速。本文通過分析一個在實際啟動過程中因為位置傳感器信號異常，導(dǎo)致機組啟動失敗的案例進(jìn)行了分析，對這類問題進(jìn)行了歸納總結(jié)，并對可能的優(yōu)化方向進(jìn)行了簡單的介紹。

關(guān)鍵詞：靜態(tài)變頻器;位置傳感器;繼電器;脈沖;電磁感應(yīng)法

1、靜態(tài)變頻器（SFC）簡介

在大型燃?xì)廨啓C、燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)發(fā)電機組啟動、高盤、水洗過程中，都需要由發(fā)電機作為同步電動機拖動機組大軸轉(zhuǎn)動。[1]SFC就是將工頻電通過變頻后施加到發(fā)電機的定子上，使發(fā)電機變成調(diào)頻、調(diào)速的電動機轉(zhuǎn)動起來，從而帶動大軸旋轉(zhuǎn)完成整套機組的啟動。SFC主要由輸入變壓器、整流器、直流電抗器、逆變器、諧波濾波器、轉(zhuǎn)子位置傳感器等幾部分組成。

其中的轉(zhuǎn)子位置傳感器集合在發(fā)電機子轉(zhuǎn)上，為測定轉(zhuǎn)子的位置在機組主機的軸上裝設(shè)一個與大軸同步旋轉(zhuǎn)的模擬軸子磁極的齒盤，在支架上裝有模擬三相定子繞組位置的三個傳感器探頭，三個電磁傳感器按120度電氣角分布，用以測量轉(zhuǎn)子的位置，傳感器把轉(zhuǎn)子的位置轉(zhuǎn)化為脈沖信號反饋給逆變器的觸發(fā)信號，SFC根據(jù)信號進(jìn)行調(diào)頻把發(fā)電機轉(zhuǎn)化為同步電動機，從而實現(xiàn)拖動機組大軸轉(zhuǎn)速上升，加速到預(yù)定的啟動轉(zhuǎn)速。由于機械式位置傳感器設(shè)備架設(shè)相對復(fù)雜，回路結(jié)構(gòu)較多，隨著運行

年限的增加，故障次數(shù)逐年增加。從前灣電廠運行的這十多年的數(shù)據(jù)，特別是近五年的數(shù)據(jù)來看，SFC系統(tǒng)故障率較高，其主要故障集中在SFC位置傳感器探頭及其相關(guān)回路。SFC系統(tǒng)故障、異常情況統(tǒng)計分析表明，位置傳感器探頭及其相關(guān)回路故障率在整個SFC系統(tǒng)中高達(dá)65%。近五年來位置傳感器探頭及其相關(guān)回路（包括同軸電纜）故障或異常每年4～6次。隨著運行時間的推移，各元器件因自然磨損老化而故障的現(xiàn)象日趨頻繁，SFC系統(tǒng)主控制卡件故障、程序紊亂的現(xiàn)象時有發(fā)生，嚴(yán)重威脅到了廠組啟停的安全可靠性。本文就近期發(fā)生的關(guān)于SFC位置傳感器的故障處理案例進(jìn)行分析，總結(jié)了這類問題的處理過程和方法。

2、位置傳感器的異常處理

目前，前灣LNG電廠有3 臺機組，配有兩套SFC系統(tǒng)。兩套SFC系統(tǒng)可同時運行并能交叉拖動三臺機組。在一次早上用#2SFC拖動#2發(fā)電機啟機過程中，發(fā)現(xiàn)#2機B相位置傳感信號有丟失的異?，F(xiàn)象。后來改用#1SFC拖動#2發(fā)電機時未出現(xiàn)異常情況。針對上述異?，F(xiàn)象，在#2機組停運后繼保人員進(jìn)行了相關(guān)的檢查試驗。

2.1? 檢查時相關(guān)準(zhǔn)備條件

確認(rèn)#2機組停運，將#1SFC隔離變電源開關(guān)拉到試驗位，#2SFC隔離變電源開關(guān)拉到試驗位，#2機勵磁啟動變電源開關(guān)拉到試驗位。

查看位置傳感器信號回路結(jié)構(gòu)圖，確認(rèn)相關(guān)作用的繼電器及回路動作過程。

2.2? 異常排查過程

檢查校驗#2發(fā)電機B相位置傳感器信號切換至#2SFC的繼電器，該繼電器在額定電壓（24V）和欠壓（20V）的情況下多次試驗正常，為保險起見，更換與#2SFC至#2機相關(guān)的位置傳感器的信號繼電器R138并緊固，檢查相關(guān)回路接線正常。下面按步驟進(jìn)行各項檢查。

1.??? 進(jìn)行#2SFC選擇#2機，進(jìn)行相關(guān)位置傳感器信號的檢查，剛選擇時在DCS上發(fā)現(xiàn)無B相位置傳感器信號，A、C相則正常。繼保人員從集控樓趕往就地現(xiàn)場進(jìn)行現(xiàn)場測量觀察時，發(fā)現(xiàn)該信號在DCS上和#2SFC控制盤已正常。

2.??? 繼保人員在進(jìn)行#2SFC選擇#2機的情況下進(jìn)行相關(guān)回路檢查：測得發(fā)電機位置傳感器信號發(fā)生處信號為11.8V，切換邏輯盤和SFC控制盤處信號為11.7V，位置傳感器探頭帶同軸電纜量得電阻為8.1Ω（A、C相均為8.1Ω左右），#2SFC位置傳感器送至DCS信號的變送器輸入側(cè)直阻為510kΩ（C相也為510kΩ）。

3.??? 檢查#2發(fā)電機位置傳感器信號發(fā)生器處相關(guān)電氣量正常。

4.??? 檢查#2發(fā)電機位置傳感器信號回路、元器件、位置傳感器探頭等緊固，在#2SFC選擇#2機后進(jìn)行回路、元器件、位置傳感器探頭等元器件振動情況下監(jiān)測信號，無跳變等異常等現(xiàn)象。

5.??? 在反復(fù)進(jìn)行#2SFC選擇#2機組情況下，監(jiān)測各相相位置傳感器信號，集中選擇15次，其中在第7 次～12次之間監(jiān)測到B相位置傳感器信號有不同程度的異常，且是DCS和SFC控制盤的異?，F(xiàn)象同時出現(xiàn)，主要表現(xiàn)為同程度的脈沖丟失、脈沖異常。

6.??? 為了對比，又進(jìn)行10次 #1SFC選擇#2機的情況下，監(jiān)測#2機組各相位置傳感器信號，A、B、C相均未發(fā)現(xiàn)異常情況。由于次日要啟機，暫時停止選擇測試。

7.??? 兩日后，再一次用#2SFC選擇#1發(fā)電機10次，監(jiān)測各相位置傳感器信號均正常。

8.??? #2SFC選擇#2發(fā)電機3 次，3次均監(jiān)測到B相位置傳感器信號有不同程度的異常。

9.??? 在邏輯切換盤柜后，分別在#2SFC選擇#2發(fā)電機時B相位置傳感器信號經(jīng)繼電器R138切換前、后引至便攜式錄波器錄波進(jìn)行試驗，觀察到切換前B相位置傳感器信號正常，切換后B相位置傳感器信號異常。

10.? 因前幾日已校驗更換過繼電器，故懷疑繼電器與底座接觸有問題。選擇過程中在檢測到B相位置傳感器異常時，人為晃動繼電器R138（目的是檢查繼電器和底座接觸情況），晃動后B相位置傳感器信號立即恢復(fù)正常。

11.? 根據(jù)試驗結(jié)果更換R138繼電器底座，后用#2SFC選擇#2發(fā)電機10次，監(jiān)測各相位置傳感器信號均正常。

2.3? 異常處理小結(jié)

由上面的試驗結(jié)果可以看出，造成#2SFC選擇#2發(fā)電機時多次B相位置傳感器信號異常的原因，為繼電器底座質(zhì)量不良引起。

3、總結(jié)

由以上排查過程可以看出，在SFC拖動機機組在啟動過程中，轉(zhuǎn)子位置傳感器信號丟失應(yīng)該首先確認(rèn)傳感器探頭、磁極位置傳感器等關(guān)鍵設(shè)備是否正常。然后排查其信號傳輸回路上的繼電器，確認(rèn)相關(guān)的主要電氣回路、設(shè)備信號傳輸連貫正常。在沒有發(fā)現(xiàn)問題的情況下，要能考慮到設(shè)備之間的連接部分是否松動?？梢姴灰撞煊X的細(xì)微之處也會導(dǎo)致設(shè)備的異常。

4、展望

根據(jù)前灣電廠近幾年的運行情況來看，相關(guān)于SFC位置傳感器的故障頻發(fā)，為了保證機組正常啟動、運行，可采用[2]電磁感應(yīng)法來代替故障率相對較高的機械位置傳感器法來檢測發(fā)電機轉(zhuǎn)子位置，從而減少故障的發(fā)生，保障機組的正常運行。

電磁感應(yīng)法是近年來普遍使用的測量轉(zhuǎn)子位置的方法，電磁感應(yīng)法測量轉(zhuǎn)子位置的設(shè)備相對簡單，通過機端PT檢測即可。其原理為首先由變頻器設(shè)定并及給出一個按階躍函數(shù)變化的勵磁電流值，此時盡管機組處于靜止?fàn)顟B(tài)，但是由于機組的勵磁電流在隨給定命令開始增長過程中是變化的，此變化的勵磁電流會在定子三相繞組中感應(yīng)出電壓，顯然三相感應(yīng)電壓的相位、幅值與轉(zhuǎn)子的初始位置有關(guān)，通過準(zhǔn)確、穩(wěn)定計算定子線圈磁通從而判斷轉(zhuǎn)子初始位置。

目前，前灣電廠已對原有的#1SFC進(jìn)行了此方面的改造，目前運行效果良好。后續(xù)如果運行穩(wěn)定，將對#2SFC進(jìn)行改造優(yōu)化。

參考文獻(xiàn)：

[1]?? 廣東惠州天然氣發(fā)電有限公司.大型燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)發(fā)電設(shè)備運行：電氣分冊[M].北京：機械出版社，2013，6.

[2]?? 劉會森，張玉蓮，董全林，丁瑩，張春熹.電磁感應(yīng)式位置傳感器研究[J].傳感器與微系統(tǒng)2017（4）：51-56.