大型抽蓄电站静止变频器(SFC)介绍_系统组成,配置及维护_xg

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静止变频器（SFC）的拓扑
• SFC主回路类型
– 电压：高－低－高、高－高 – 脉波：12－12脉波、12－6脉波、6－6脉波
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静止变频器（SFC）系统组成
• SFC系统组成
– 一次设备：输入开关、输入变压器、电抗器、整流桥、 逆变桥、输出变压器、冷却系统和输出切换刀闸等

采用电子电路，实现晶闸管过压保护 定值稳定，转折电压值偏差小
国外厂家
南瑞继保
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静止变频器（SFC）系统
• 晶闸管触发保护单元
– 元件级触发保护模块化设计 – 简化了辅助回路的布置和电气连接，提高抗干扰能力， 提高触发和保护的可靠性 – 模块可以在生产线上进行生产，质量更高
• 开关及刀闸
– 开关的电压等级，电流等级要满足电气设计要求 – 断路器的分断电流要大于系统最大短路电流
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静止变频器一次系统
• SFC系统拖动转矩
– 直流电流id – 磁场强度ψ
– 机桥角度β
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静止变频器一次系统
• SFC系统拖动转矩
– 直流电流id id=（Unb-Umb）/R
50
55 60 65
65.5
65.7 65.3 65.5 65.7
64.4
64.5 64.7 64.3 64.4
60.2
60.3 60.3 60.2 60.9
67.4
67.5 67.4 67.4 67.5
62.8
62.7 63.5 63.1 62.8
61.7
61.8 60.7 60.9 61.7
0
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75
30
-A壳
-B壳 -C壳 +A壳 +B壳 +C壳
65.6
65.5 65.7 65.3
64.4
64.5 64.7 64.3
60.3
60.3 60.2 60.9
67.4
67.4 67.5 67.4
62.8
62.7 63.5 63.1
61.7
61.8 60.7 60.9
35 40 45
40
30 20 10
国外厂家
南瑞继保
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静止变频器（SFC）系统
• 冷却方式的选择
– SFC系统冷却方式选择

可靠性和可用性
可维护性
SFC系统容量
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静止变频器（SFC）系统
• 空冷方式
– 功率桥顶部安装抽风机

双风机工作
串并联混合风道
功率柜
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主界面为系统拓扑
状态量实时显示
系统状态实时显示
频率参考： 50.00Hz 频率测量： 49.97Hz
2 . 095 kA
– 按键

网桥角度：90deg 机桥角度：90deg
九键键盘 支持循环翻页
系统状态：系统正常 等待启动命令
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静止变频器使用及维护
• 静止变频器日常巡检
• SFC系统容量设计
– RTDS模型仿真验证

根据机组转动惯量、阻力矩、启动时间进行仿真计算；
根据沙河电站、响水涧电站的经验，RTDS模型验证很准确；
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目录
1、静止变频器系统介绍 2、静止变频器配置方案 3、静止变频器使用及维护
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抽水蓄能电站变频器配置方案
务实 求精 协作 创新
大型抽水蓄能电站 静止变频器 系统组成、配置及维护
目录
1、静止变频器系统介绍 2、静止变频器配置方案 3、静止变频器使用及维护
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大型抽蓄机组启动概述
• 大型抽蓄机组启动方式
– “背靠背”启动 – 静止变频器启动（SFC）
一般采取静止变频启动为主，背靠背启动辅助的启动方式
• 桥触发回路
– 光-电触发方式 – 就地高压耦合取能
– 单板支持16只元件串联的桥臂触发
– 实时监测阀组触发状态
TCU
TCU
阀控单元 VCU CP 控制脉冲
控制系统
触发脉冲
FP
TCU
检测脉冲
IP
VCU 光 接 口
触发光纤
串 联 桥 臂
检测光纤
TCU
PCS-9588 VCU
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– 磁场强度ψ
受励磁电流If控制 – 机桥角度β β=u+δ+Δ

uca



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静止变频器一次系统
• SFC系统容量设计
– 转动方程

TM-TR=J*dΩ/dt
•
机组功率损耗与转速的关系
功率损耗内容 转轮在空气中的阻力损耗 与转速的关系 P1=k1*n3
电机的空气阻力损耗
S1 S2
OCB PT PT PT CT
M
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静止变频器（SFC）系统
• 整流\逆变桥
– 作用

静止变频器的主体 由一定数量的晶闸管及其 附属器件组成


采用三相全桥结构
多只晶闸管串联，采用n+1结构
+B +C
+A
-A
-B
-C
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静止变频器（SFC）系统
– 维护周期时长视产品运行环境而定，一般为一年2次，灰 尘大的环境下应酌情增加维护次数； – 维护内容如下：

检查一、二次连接件是否紧固 清洗屏柜内部灰尘污垢，清洗滤网，保证进风顺畅
检查熔丝、风机等元件是否正常，若有损坏应及时更换
– 日常巡检维护时务必注意不要过于靠近SFC系统带电设备 – 日常巡检项目：

经常检查室内温度，通风情况，注意室内温度不应超过40度
保持室内清洁卫生，保持设备表面清洁干燥 确认各柜柜门锁闭 定期检查交直流电源是否异常
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静止变频器使用及维护
• 静止变频器的维护
– 为保证静止变频器长期可靠运行，需要对产品进行定期 维护；
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静止变频器一次系统
• 开关及刀闸
– 静止变频器配置开关和刀闸，用于分断电流及系统隔离 – 系统设计时，需整体考虑开关与刀闸之间闭锁，刀闸与 刀闸之间的电气闭锁问题
Ld
ST TR1 VBC1 CT CT CT S1 TR2
PT
PT
S2
PT
CT
VCB2
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静止变频器一次系统
可维护性
SFC系统容量
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静止变频器（SFC）系统
• 输入\输出变压器
– 作用

电压隔离 降低系统电压，满足静止变频器设计要求
– 变压器型式

干式变压器 油浸式变压器
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静止变频器一次系统
• 输入\输出变压器
– 变压器设计

容量、变比
– 二次设备：控制保护系统、独立保护装置、阀控单元等
输入变压器 （三卷变或两卷变） 网桥柜 M
TCU
电抗器柜 M
CT*3
TCU
机桥柜 M
CT*3
切换开关柜
输出变压器
S1
TCU TCU
CT*3
S2
PT*3
GT
PT*3 PT*3
输出开关
触发/回报光纤 控制屏柜
VCU
阀控 单元
VCU CAN总线
去同期系统 独立保护装置
– 其它启动设备或方式更换为SFC启动
– 为国内用户提供静止变频系统相关咨询与技术支持

现有设备运行情况分析 设备故障分析


提供与国外厂商的技术谈判支持
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目录
1、静止变频器系统介绍 2、静止变频器配置方案 3、静止变频器使用及维护
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静止变频器使用及维护
谐波
阻抗

变压器的短路电抗Uk%：开关分断能力，ITSM
晶闸管浪涌电流ITSM
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静止变频器一次系统
• 平波电抗器
– 作用：

抑制直流电流纹波，满足系统需要
限制系统故障或受到扰动时电流上升的速率和幅值，避免出现 逆变桥继发换相失败
– 型式：

干式铁芯 空芯
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• 1～4台机时
− 方案

启动母线I
启动母线II
采用单套SFC系统，减小厂房面积及投资
单套系统，SFC设备无备用
PCS-9575
静 止 变 频 系 统
SM1 SM2 SM3
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抽水蓄能电站变频器配置方案
• 4台机以上时
− 方案

启动母线I
启动母线II
两套系统完全独立，互为备用
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静止变频器（SFC）系统
• 空冷方式
– 流体动力学分析方法验证
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静止变频器（SFC）系统
• 空冷方式
– 功率柜大电流温升试验

输出电流2600A
时间 (min) 0
-A壳 20
-B壳 20
-C壳 20
+A壳 20
+B壳 20
+C壳 20

环境温度20°
5
10 15
59.1
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大型抽蓄机组启动概述
• 背靠背启动
– 启动机组、被启动机组通过启动母线连接 – 电动机随发电机同步升速
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大型抽蓄机组启动概述
• 背靠背启动特点及影响因素
– 功率为机组额定功率的6%-10% – 不需要电网供给电源，对系统无扰动
– 背靠背总有一台机组无法启动
• 静止变频器人机接口
– 控制装置面板

指示灯
液晶面板
按键
– 按钮、把手、指示灯

急停按钮 远方\就地把手


ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
加速\减速把手
升压\降压把手 复归按钮
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静止变频器使用及维护
• 液晶面板和按键
– 液晶显示主界面

15 . 75 kV 2013 - 09 - 09 2 . 97 kV 09 : 09 15 . 75 kV
– 影响启动的因素



两机的励磁电流及比值（If0） Taccg= Taccm =0.5（Tmg-Tresm）=J· dΩ/dt 导叶的开启速度及开度
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大型抽蓄机组启动概述
• 静止变频启动
– SFC经输入变、输入开关 接主变低压侧
– SFC经输出变、输出开关
接电机定子 – SFC输出频率逐渐升高的 电流，拖动电机升速
两套系统可同时工作,缩短启动时间
静 止 变 频 系 统
或 进 口 系 静 统 止 变 频 系 统
PCS-9575
SM1 SM2 SM3
PCS-9575
共用 部分 SM4 SM5 SM6
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抽水蓄能电站变频器配置方案
• 适应SFC改造需求的方案
− 方案

启动母线I
启动母线II
PCS-985FA
ICB1
ICB2
去励磁系统 去各开关
PCS-9575S
PCS-9575R
PCS-9575I
输入开关
控制保护系统
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静止变频器（SFC）系统组成
• SFC系统屏柜
输入开关 输入变 进线柜 网桥 电抗器 机桥 出线柜 切换开关柜 输出变
母线I段 母线II段
Ld ICB2 CT ICB1 TLS CT CT TMS
静止变频器（SFC）系统
• 桥触发回路
– 就地高压耦合取能 – 负半周开始取能，确保
Y
T&RC
内部电路在晶闸管端电压
为正时能做好准备
TCU T
24V
N
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静止变频器（SFC）系统
• 阀组过电压保护
– 交流侧过压吸收 – 可控硅并联阻容保护
– 可控硅控制单元（TCU）过电压保护
两套系统共用变压器,节省投资及占地
两套独立的功率及控制部分，互为备用
PCS-9575
共用 部分
PCS-9575
静 止 变 频 系 统
或 进 口 静系 止统 变 频 系 统
共用 部分
SM1 SM2 SM3
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南瑞继保静止变频器相关服务范围
– 为抽蓄及燃机电站提供全套拖动解决方案及产品 – 为用户老旧设备提供升级改造支持与产品
60.2 62.4 65.0 65.2
58.9
60.0 62.5 63.5 63.0
54.6
56.0 58.6 59.4 60.2
61.6
63.3 65.9 66.6 68.2
58.9
60.7 63.4 62.7 63.1
55.3
57.1 59.0 64.1 60.9
80 70 60 50
20 25
推力轴承摩擦损耗 导轴承摩擦损耗
P2=k2*n3
P3=k3*n1.5 P4=k4*n2
电机空载损耗
总损耗
P5=k5*n2
P=P1+P2+P3+P4+P5
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静止变频器一次系统
• SFC系统容量设计
– SFC启动过程中驱动功率与阻力的曲线
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静止变频器一次系统
70 75
65.3
64.5
60.2
67.4
62.7
61.8
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静止变频器（SFC）系统
• 水冷方式
– 循环水泵 – 去离子装置
– 水热交换器
– 控制及监视装置
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静止变频器（SFC）系统
• 冷却方式的比较
冷却方式 可靠性及可用性 空冷 结构简单，相对独立， 控制方便 检查风道畅通，风机异 响等，基本免维护 1-25MW 水冷 结构较复杂，可靠性受 外在因素影响 检查水管路畅通情况， 水泵运行情况，冷却介 质情况，绝缘情况 10-100MW