抽水蓄能机组抽水工况的启动SFC课件

在抽水蓄能技术发展的过程中，曾经和正在采用的可 逆式机组启动方式主要有以下几种：
－全压启动 －降压启动 －同轴小电动机启动 －变频启动装置启动 －“背靠背”启动
2019/9/11
蓄能机组抽水工况的启动（1）
3
其中前两种为异步启动方式，机组直接（全压）或经阻 抗或变压器（半压）并入电网，转子的阻尼条相当于异 步电动机的鼠笼条，机组作为异步电动机被驱动加速。 转子转速接近于同步转速时，投入励磁，使机组拖入同 步。这种方式适用于中小容量机组，如果机组容量大， 则并网时对电网和机组自身的冲击都较大。
2019/9/11
蓄能机组抽水工况的启动（1）
4
同步电动机与异步电动机机械特性的比较
2019/9/11
蓄能机组抽水工况的启动（1）
5
2019/9/11
蓄能机组抽水工况的启动（1）
6
2 SFC变频启动
2019/9/11
蓄能机组抽水工况的启动（1）
7
2.1 静态变频启动装置(SFC)简介
如果机组容量大，则必须采取减少冲击的“软”启动 方式，国内外最常用的是采用静态变频启动装 置(以下简称SFC)启动。
率要求。 2019/9/11
蓄能机组抽水工况的启动（1）
8
机组在启动前，先要在转轮室内充入压缩 空气排水，以减少启动过程中的阻力转 矩。随着SFC输出频率的逐步上升，被驱 动机组不断加速。待转速达到同步转速 时，机组并入电网，断开与SFC之间的连 接。然后撤除转轮室的压缩空气，注水 造压，并依次打开进水阀和导叶，开始 抽水。
2019/9/11
蓄能机组抽水工况的启动（1）
17
（3） 晶闸管整流器 SFC的晶闸管整流器也称为网桥，为一个或两个三相全控
整流器，每个桥含6个桥臂，用于将来自电网的交流电 流转换为直流电流。 根据网桥的工作电压和晶闸管的 反向电压承受能力，每臂可能由几个晶闸管串联构成， 也可能只有一个晶闸管。如采用两个三相全控整流桥 器串联的方式，可以进一步减少注入到电网的谐波含 量。这种方案共有12个桥臂，相应的触发脉冲有12个， 所以也称为12脉波方案。 晶闸管有的门极触发单元，用电脉波触发，信号来自SFC 的控制器。控制器将电信号转化为光信号用光纤传输 到各晶闸管，保证了高电压功率元件与控制元件之间 的隔离。
SFC的功能是将工频50 Hz的输入电压，转化为频率在
0~50Hz范围可调的输出电压。SFC的容量，一般
为被启动电机容量的6%～10%。机组转速、飞轮
矩、额定容量和用户要求的启动时间及机组各
部分损耗均会影响到SFC装置的容量选择。一般
要求SFC装置的容量应满足在3.5～4.0 min内将
机组从静止状态加速到同步状态所需的最大功
抽水蓄能机组抽水 工况的启动（1）
报告人 姜树德
1 启动方式概述
2019/9/11
蓄能机组抽水工况的启动（1）
2
主要启动方式
对于多机式机组，由于抽水和发电的旋转方向一致， 可以用水轮机或辅助的小水轮机将机组启动到同步 转速，并入系统后，切换水路，使机组转为抽水工 况运行。对于两机式的可逆机组，由于抽水和发电 的旋转方向不同，必须采取另外的措施来启动机组。
2019/9/11
蓄能机组抽水工况的启动（1）
15

2019/9/11
蓄能机组抽水工况的启动（1）
16
（1）输入变压器
采用高－低－高接线方案，输入变压器为降压变压器，使来 自系统的电压与整流器的工作电压相适配，减少各桥臂串 联的晶闸管元件的数量。输入变压器接线组别多采用Yd或 Dy，以削弱整流器产生的3次及阶次为3的整数倍的谐波， 并减弱其他阶次谐波对电站和电力系统的干扰。设置输入 变压器，对抑制谐波谐振有明显效果。
2019/9/11
蓄能机组抽水工况的启动（1）
12
高-低-高方 案
6脉波
2019/9/11
蓄能机组抽水工况的启动（1）
13
高-低-高 方案
12脉波
2019/9/11
蓄能机组抽水工况的启动（1）
14
2. 3 SFC的构成
SFC装置一般由输入变压器（或输入电抗器）、 晶闸管整流器、平波电抗器、晶闸管逆变器、 输出变压器（或输出电抗器）等组成，见图。 该图为当前采用较多的高－低－高接线方案。
高－高接线方案的SFC的整流器桥臂的工作电压较高， 需串联的晶闸管元件数量较多。高－低－高接线方 案的SFC的整流器桥臂的工作电压较低，需串联的晶 闸管元件数量较少。各种接线方案的构成见图1。
2019/9/11
蓄能机组抽水工况的启动（1）
11
高--高方案
输入变的变比 为1:1，主 要起隔离作 用
网桥采用12脉波方案时，则采用双二次绕组的输入变压器。 接线组别应当是Ddy, 以配合12个桥臂的导通脉冲在360o 电空间的均匀分布。
如果变压器容量较大时，多采用油浸式。容量较小时，也可 采用干式变压器。
（2）输入电抗器
有的工程中，SFC不设输入变压器，而是经由输入电抗器接 到晶闸管整流器。输入电抗器可以限制可能发生的的短路 电流。这种接线属于高－高方案，整流器和逆变器的工作 电压较高，且不能阻断3次及阶次为3的整数倍的谐波。
与工业拖动中连续运行的SFC不同，抽水蓄能电 站的SFC是一种短时工作制的设备，只在水泵工 况启动的过程中运行，机组并网后即退出。的容 量是按照招标时要求的工作和间歇时间来设计的。
2019/9/11
Hale Waihona Puke Baidu
蓄能机组抽水工况的启动（1）
10
按照整流器和逆变器的工作电压，SFC可以分为高－ 高接线方案和高 －低－高接线方案。
采用同轴小电动机启动方式时，专用于启动的小电动机 与主机同轴连接，小电动机的电源来自厂用电。小电动 机将机组拖到同步转速后，机组并网，断开小电动机的 电源。这种方式增加了机组总高度。正常运行时小电机 随机组空转，降低机组的效率。这种方式过去在国外采 用较多，但新建的蓄能电站已经较少采用，国内则从未 用过。
2019/9/11
蓄能机组抽水工况的启动（1）
9
2.2 SFC 的分类
广义地讲，SFC可以分为电压源和电流源型。电 流源型中又可以分为负载换相式和可关断元件式。 蓄能电站的SFC 属于负载换相式 (Load Commutated Inverter ，LCI)，逆变器的换相依 靠被拖动的同步电机的反电动势实现。
高－低－高接线方案的SFC的整流器经降压变压器接 到来自电力系统的电源，整流器的输入交流电压低 于其电源电压（大多数情况下是主变压器的低压侧 电压，亦即机组端电压）。输出侧经变压器升到机 组电压。
高－高接线方案的SFC的整流器经或电抗器或变比为 1的隔离变压器接到其供电电源，整流器的输入交流 电压与机组端电压相同。输出侧不需要接变压器， 而是经电抗器输出。