蒲石河抽水蓄能电站

2.3 SFC的主要构成设备
蒲石河抽水蓄能电站的SFC主要由交流输入、输出电抗器，输入、输出断路器柜，输入、输出变
压器，晶闸管整流器，直流平波电抗器，晶闸管逆变器，隔离开关和旁路隔离开关，冷却系统，控 制保护和监测信号系统等组成。SFC各设备之间的连线均采用20kV单相、铜芯、1×400mm2交联聚乙 烯电力电缆。SFC的交流输出（电抗器）回路与发电电动机启动封闭母线相连。上述设备型式、参数、 冷却方式等的选择直接关系到SFC装置的功能质量、可靠性和造价。
电站共设置了一套静止变频启动装置，采用以SFC变频启动为主,背靠背同步启动为备用的混合 启动方式。SFC的供电电源分别取自电站2号、4号主变压器的18kV低压侧。SFC全套装置（不包括输 入电抗器）作为主机设备采购合同的一部分，由法国阿尔斯通水电公司外协（法国CONVERTEAM公司） 配套供货。
2 SFC的功能原理、类型和主要构成设备
3.2 输入、输出断路器柜
输入、输出断路器柜主要用于SFC输入、输出电源回路正常接通、断开的操作和故障开断。 本工程输入、输出断路器柜的型式采用户内、铠装、金属封闭、中置移开式。柜内装有VD4型真 空断路器、检修接地开关、电流互感器、电压互感器等元件。断路器额定电压24kV；额定电流1250A； 额定短路开断电流25kA；1min工频耐受电压50kV；雷电冲击耐受电压125kV；额定短时耐受电流 25kA/3s；额定峰值耐受电流63kA。柜体防护等级IP4X。
2.2 SFC的类型
用于抽水蓄能电站机组启动的SFC属于负载换向型。按照SFC整流器和逆变器的工作电压不同， 又可分为高压接线和低压接线方案两种类型。所谓低压接线方案，系指SFC的整流器是经降压变压器 接至其供电电源侧（通常为主变低压侧），整流器的输入交流电压低于电源电压，逆变器输出经升 压变压器接至机组。此种类型SFC晶闸管元件所承受的阳极电压相对较低，需串联的晶闸管元件数量 较少，可靠性较高。是近几年来抽水蓄能电站SFC普遍采用的型式，蒲石河抽水蓄能电站的SFC亦是 采用该种类型。
3.5 直流平波电抗器
直流平波电抗器主要用以抑制直流回路中电压和电流的谐波分量及直流电流上升速度，改善逆 变器晶闸管的工作条件，并起到降低故障电流起始增长率的作用。
本工程直流平波电抗器的型式为户内、干式、铝绕组、空芯、自冷。其额定电感：2.2mH； 额定（直流）电流：3500 A；绝缘耐热等级：H级。
3.6 隔离开关和旁路隔离开关
输出单元隔离开关设置在逆变器出口至输出（升压）变压器之间，旁路隔离开关跨接在隔离开 关和输出（升压）变压器的高压侧。旁路隔离开关主要用于旁路频率低于5Hz时的输出（升压）变压 器回路，向发电电动机直接馈送低频电流。以避免输出（升压）变压器在过低频率下运行。当频率 高于5Hz时旁路隔离开关退出运行，由输出单元隔离开关接通输出（升压）变压器。
2.1 SFC的功能原理
抽水蓄能电站机组SFC变频启动的功能原理，是利用晶闸管变频器将工频50HZ的交流输入电源转 化为频率为0～52.5HZ范围可调的的交流输出电源，以对发电电动机进行启动。SFC的变频启动过程， 是根据发电电动机的转速和位置信号来控制晶闸管变频器，以实现对发电电动机进行变频调速，从 而将发电电动机同步拖动至额定转速。SFC装置在功能上必须具备以下技术特点：①调速范围可从发 电电动机的静止状态至110％的额定转速。②可使启动电流维持在发电电动机要求的额定电流以下， 对系统无任何冲击，具有软启动功能。③能满足多台蓄能机组相继启动的要求。
3.3 输入、输出变压器
本工程输入、输出变压器的容量均为24MVA，其型式采用三相、水冷、铜绕组、硅化油浸式（12MVA 及以下容量多采用干式）。高压侧额定电压为18kV±10%；工作周期为：36mn“ON”/24mn“OFF”； 绝缘耐热等级：A级；温升限值为：油温55K，绕组60K；高压侧绝缘水平为24 kV / 50 kV /125kV， 低压侧绝缘水平为7.2kV / 20 kV / 60kV；阻抗电压为13％；防护等级为IP54。输入（降压）变压 器采用双二次绕组（即三卷变），低压侧额定电压为2×2.4kV；接线组别为Ddoy1；以配合12脉冲整 流桥的导通脉冲在360º电空间的均匀分布。输出（升压）变压器为双卷变，其工作频率为3～52.5Hz； 低压侧额定电压为4.8kV；接线组别为Dyn11。
电站发电电动机与变压器组合方式为单元接线，共4组发电电动机－变压器单元，在发电电动机 和主变压器之间，装设有发电机断路器和换向隔离开关，发电电动机工况转换时的换相和机组并入 系统的同期均在主变18kV侧进行。每2组发－变单元在主变500kV侧联合组成联合单元， 500kV侧采 用二进一出三角形接线。
1 概述
辽宁蒲石河抽水蓄能电站位于辽宁省宽甸满族自治县境内，距丹东市60km，是我国东北地区第 一座大型纯抽水蓄能电站。电站安装4台单机容量为300MW的可逆式机组，总装机容量1200MW，年平 均发电量18.6亿kWh，年平均抽水电量24.09亿kWh，属日调节的抽水蓄能电站。电站以1回500kV出线 接至500kV丹东北变电所，线路长度约58km。电站在东北电网中担任调峰、填谷、调频和事故备用。
图1 蒲石河抽水蓄能电站SFC接线图
3.4 晶闸管整流器、逆变器
本工程SFC整流、逆变系统装置由5面金属封闭固定柜组成，水冷却方式。按其功能排序依次为： ①冷却单元及其控制设备柜；②晶闸管整流器柜；③与输入（降压）变压器及直流电抗器连接柜； ④晶闸管逆变器柜；⑤用于隔离发电电动机和输出（升压）变压器的隔离开关柜。晶闸管整流器为 六相全控桥，由36只晶闸管组合成两个完全相同的整流桥，串接获得12脉冲。每个整流桥有6个桥臂， 每个桥臂有3只晶闸管，按2+1冗余配置。两个整流桥在柜体内背靠背布置。逆变器为三相全控桥，6 脉冲，每个桥臂有4只晶闸管，按3+1冗余配置，共有24只晶闸管。晶闸管型式及在柜体内单面布置 同整流器。晶闸管由去离子水冷却，去离子水冷却系统系一密闭自循环系统，安装在柜体内。该系 统能自动控制水压、水温及电阻率，并通过去离子水/原水热交换器实现冷却。
许多蓄能电站之所以装设谐波滤波器，主要是由于当时人们对抽水蓄能电站与公共电网谐波分 布的不同特点以及二者谐波限制标准的认识存在差异，对电能质量国家标准的理解不够全面。实际 上，抽水蓄能电站的SFC是一种短时工作制的设备，其谐波对电网和厂用电系统的污染和影响是短时 的，不应按连续运行的谐波源的限制条件对其苛刻要求。若需进一步降低抽水蓄能电站的谐波污染， 也不一定要装设滤波器。抽水蓄能电站SFC谐波的影响程度，关键取决于电站和SFC的接线方案。像
3.1 交流输入、输出电抗器
本工程输入、输出电抗器的型式为：户内、单相、干式、空芯、自冷、铜绕组。其额定电压为
18/ 3 kV；绝缘耐热等级：H级。输入电抗器的工作频率为50Hz；输出电抗器的工作频率为3～52.5Hz；
输入电抗器的额定电流为1250A；输出电抗器的额定电流为770A。为将SFC输入、输出回路的短路电 流限制在25kA以下，输入电抗器的额定电感为1.32 mH，额定电抗率为5%；输出电抗器的额定电感为 0.965 mH，额定电抗率为2.25％。
蒲石河抽水蓄能电站静止变频启动装置(SFC)选择研究
朱维志 1 潘立刚 2 孙淑计研究有限责任公司 吉林 长春 130021；
2.辽宁蒲石河抽水蓄能有限公司 辽宁 丹东 118216）
[摘 要] 本文针对蒲石河抽水蓄能电站的特点，通过对静止变频启动装置(SFC)的功能原理、类型和主 要构成设备的分析、研究，论述了本电站SFC装置的主要技术参数和结构型式，提出了对SFC产生谐波问题 的观点并进行了探讨。 [关键词] 蒲石河抽水蓄能电站 SFC 启动 参数 结构 谐波
本工程隔离开关和旁路隔离开关均装设在金属封闭固定柜中（SFC整流、逆变装置5面柜之一）。 隔离开关和旁路隔离开关的额定电压：24kV；额定电流：1000 A；额定频率：50Hz；工作频率：0～ 52.5Hz；额定短时耐受电流25kA/ 3s；额定峰值耐受电流63kA。
4 SFC的谐波问题及探讨
众所周知，作为非线性负荷的SFC，运行中必然会产生高次谐波。为防止SFC运行产生的谐波电 压和电流影响蓄能机组保护、励磁、调速器、自动准同期装置、中性点设备及其它设备的正常运行, 或对电网和厂用电系统造成的的谐波污染，许多稍早建成的抽水蓄能电站如广蓄二期、天荒坪、泰 安等，均装设了由电阻、电容、电感串并联构成,用来吸收在整流和逆变过程中所产生的多次谐波的 滤波器装置。但大量的运行实践证明，谐波滤波器的效果并不理想。不但滤波器设备占用了大量空 间,增加了地下洞室的土石方开挖量，增大了投资，而且还造成了比较严重的噪声和电磁污染。因此， 近几年兴建的抽水蓄能电站的SFC不再装设滤波器，而蓄能电站原来装设的滤波器几乎全部停用，被 增设隔离变压器等措施所替代。
近几年来普遍采用的SFC低压方案，由于输入（降压）变压器的隔离作用，可有效地削弱整流器产生 的3次及其他高阶次谐波。另外，有意增大高压厂用变压器与SFC之间的电气距离（如在高压厂用变 压器的高压侧单独串接电抗器等）；或在SFC输入（降压）变压器高压侧串接电抗器，以增大SFC输 入（降压）变压器回路的漏抗，均是减少SFC对电网和厂用电系统谐波影响的有效措施。虽然，整流 器采用12脉冲方案也可大大减少注入电网的谐波含量，但同时也增加了设备投资，其必要性值得研 究。大量的工程实践研究表明，SFC采用低压接线的6脉冲整流器方案再加之以电源优化措施，不设 滤波器，也完全可将谐波含量限制在允许范围内。
晶闸管整流器、逆变器的额定功率为19MW；直流电流：3500 A；晶闸管逆向/正向电压：5200 V； 整流器交流侧输入额定电压为2×2400 V；逆变器输出额定电压为4.8kV；额定频率：50Hz；工作频 率范围：4～52.5 Hz；柜体防护等级：IP 31。冷却水源额定压力：12bars，流量：30m3/h，温度： < 25°C；脱离子水额定压力：4bars，最高压力：6 bars，膨胀罐压力：0.4bars，充水管路压力： 1.5 bars。