广州抽水蓄能电站B厂SFC系统升级改造设计

GUANGDONGWATEＲＲESOUＲCESANDHYDＲOPOWEＲNo.3Mar．2019

广州抽水蓄能电站B厂SFC系统升级改造设计

肖天泽

（广东省水利电力勘测设计研究院，广东广州510635）

摘

要：通过分析整体改造与局部改造的优缺点，比对了SFC系统电压方案与脉波方案，并对SFC系统内变压器与导体

的型式进行了比选，采用Microstation设计软件，进行了三维辅助设计，大幅度降低了改造工程的施工难度。该次改造的分析过程可为新建的抽水蓄能电站SFC系统选型设计提供经验及依据，对其他改造工程也具有借鉴意义。关键词：SFC；抽水蓄能电站；Microstation中图分类号：TV743

文献标识码：B

文章编号：1008－0112（2019）03－0051－03

11.1

改造背景

原设备运行情况

广蓄B厂SFC系统主要由西门子SIMOVEＲTS型高—高6脉动变流器、隔离变、直流电抗器、控制、保护、监测系统和冷却系统组成。投运至今已有20余a，随着运行年限的增加，出现了诸如SFC转子位置检测不稳定、同期时间长、备品备件采购困难等难以解决的问题，起动成功率与可靠性大幅度下降，无

利于提高SFC系统的运行可靠性与起动成功率（本次改造范围见图1中虚线所示部分）。

图1改造范围示意

法满足机组的正常起动需求。1.2改造必要性分析

由于广蓄B厂SFC系统存在的问题已经严重影响机组的正常起动，有必要对B厂SFC系统进行升级改造，增加SFC系统稳定性，减少维护工作量，提高机组起动成功率。1.3

改造范围

针对SFC系统出现的故障和问题，可采用局部改

22.1

SFC系统升级改造设计静止变频器型式选择

电压方案

在技术性上，高—低—高方案降低了整流桥、逆

2.1.1

变桥所需承受的电压，从而大大减少了每个阀组需串联的晶闸管数量，增加了阀组的可靠性。在高—高方案中，功率柜需承受发电电动机组18kV机端电压，增加了整套功率柜的绝缘水平；此外，由于各厂都以高—低—高方案作为主流发展方向，更有利于产品的后期维护及备品备件的供给。

考虑经济性，高—低—高方案降低了阀组需承受的电压，减少了阀组需串联的晶闸管数量，整套系统来看，成本更低。经过对多家制造厂家的咨询，高—低—高方案相较高—高方案，价格更低。

因此，无论在技术性还是经济性上，高—低—高电压方案具有优势。2.1.2

脉波方案

目前针对高—低—高方案，变频器生产厂家整流

造和整体改造两种方案。局部改造方案仅对SFC系统内故障及老旧部件进行更换或升级。整体改造方案为完全更换SFC系统内各设备，仅保留SFC18kV输入、输出开关柜。

局部改造有着部件采购困难、故障解决不全面等缺点，且随着时间的推移，改造成本逐渐增加，经济性越来越差。相比之下，整体改造通过设备的更新，可一次性修复由于设备老化带来的主要及次要故障；通过采用主流产品，解决了备品备件采购困难的问题；通过技术的更新，可提高SFC系统转子检测成功率，解决同期时间过长的问题。因此总体改造方案更加有

收稿日期：2018－12－06；修回日期：2019－01－02

基本采用6脉波与12脉波2种方案。

作者简介：肖天泽（1989－）男，硕士，工程师，从事水利电气技术电气一次设计工作。

·51·

2019年3月第3期肖天泽：广州抽水蓄能电站B厂SFC系统升级改造设计No.3Mar．2019

12脉波整流设备由2套6脉波全控整流桥串联而成，整流桥整流的输出量由直流分量和各高次谐波分量组成。而整流电路的谐波也同时会返回到整流前的交流电路中，对电路造成影响。谐波的阶数是和脉波个数有关的，返回交流系统的谐波次数为nK±1次（n为整数，K为脉波个数），由于高次谐波的含量与谐波阶次成反比，因此，采用12脉波可以有效降低谐波分量对系统的影响。2.1.3

额定功率

本套静止变频器是为起动4台参数相同的300MW同步发电电动机而设置，根据B厂发电电动机参数以及要求的240s起动时间为标准，初步计算SFC额定功率

为19MW。又根据DL/T5208—2005

《抽水蓄能电站设计导则》

，变频起动容量占机组额定容量的比例为6%～8%之间，以此为依据复核，19MW满足规范要求。2.1.4

冷却方式

SFC损耗均在1%左右，且SFC断续运行，每次起动后至少有30min的冷却时间。根据各厂家方案，

19MW处于2种冷却方式都可选择的功率段内，无论风冷型或是水冷型均可满足散热需求：风冷型需配置较强通风空调设备，优点是无需水冷柜，投资少，后期维护量小；水冷型散热性能好，但需另配水冷柜。综上所述，采用高—低—高、12—6脉波、19MW静止变频器，风冷型SFC系统。2.2

输入、输出变压器

2.2.1输入、输出变压器型式选择

采用高—低—高SFC方案，需要在变频器输入输出端配置输入变压器与输出变压器。输入、输出变压器有干式、油浸式2种选择，2种形式变压器的优劣比较见表1。

表1

干式变压器与油浸式变压器对比

形式

优缺点

优点

缺点

1）防潮、防污能力强

干式2）防火、免维护性能突出变压器

3）环保特性好

1）体积较大4）耐受冲击过电压和励磁涌流能2）散热性较差

力强

1）绝缘油易出现绝

油浸式1）体积较小缘不足等问题

变压器

2）散热性较好

2）需设置消防管路与消防油池

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通过比较，干式变压器维护简单，安装方便，电气性能良好，并且近年在湖南黑麋峰以及西龙池等抽水蓄能电站已经应用，运行良好。干式变压器在本次改造中的制约因素如下：一是体积较大，因此，选择不带外壳运行；二是干变散热效果较差。通过与广蓄电厂、干式变压器厂家的交流，确定了变压器运行模式为断续工作制：每台机组4min拖动，1min同期并网，每台机组起动需5min；B厂共4台机组，加上预留2次起动不成功的时间，因此，全机组起动时间可以计算为5×4+5×2=30min。故SFC运行时间可按30min考虑，全天运行时间按240min考虑，停运时间设为30min。如按断续工作制运行，在起动后存在较长的散热时间，因此，变压器发热量并不严重。2.2.2额定容量

通过对比整合各SFC厂家方案，输入、输出变容量应在SFC额定功率的1.3～1.5倍，本阶段初拟输入变压器额定容量为25MVA，输出变压器额定容量为24MVA。2.2.3

冷却方式

干式变压器损耗在总容量的3%左右，损耗较小；并且SFC系统断续运行，每次起动后至少有30min的冷却时间，风冷可以满足要求。此外，通过对国内使用干式变压器作为输入、输出变压器的抽水蓄能电站的调研，风冷型干式变压器工作良好，未出现散热问题。因此，本阶段初拟采用风冷型SFC配套变压器。综上所述，本次SFC系统改造采用干式变压器，参数见表2所示。

表2

干式变压器参数

容量/MVA

形式冷却方式输入变压器25干式风冷输出变压器

24

干式

风冷

2.3SFC系统导体形式

管型母线相较于铜排母线，有着温升低、集肤效应低、抗短路电流强等优势，并且安装、维护方便，绝缘性好，安全性强。在已完成设计并投入运行的若干蓄能电站当中，管型母线已有较多的运用实例，并且运行良好。SFC系统作为机组起动过程中不可或缺的一个环节，对可靠性有着较高的要求，因此选择高

可靠性与高效率的管型母线适合本次改造工程。2.4改造方案接线图

本次改造初拟采用高—低—高、12—6脉波SFC系统、干式输入输出变压器、全绝缘铜管母线导体方

2019年3月第3期广东水利水电No.3Mar．2019

案。图2中虚线以内表示本次改造方案，并以此为依据进行设备布置。造的施工难度，在有限的空间内使设备布局更加合理。3改造后效果

在对设备进行了调试后，2018年9月14日完成了首次拖转。9月16日00：31：49：SFC拖动广蓄5号机顺利并网，随后完成了6～8机组的拖动与并网。9月28日凌晨，完成连续拖动试验，顺利将整套系统交付使用，并在随后的运行中保持了较高的可靠性与起动成功率，运行人员反映良好。在实际运行中，12—6脉动SFC系统谐波含量小，干式变压器、全绝缘管型母线运行噪音小，通风散热良好，室内温度始终保持在23℃～24℃，证明了SFC系统方案、设备选型方案、布置方案的合理性，解决了国外SFC设备国产化改造中的诸多难题，对同类型新建及改造工程具有较强的借鉴意义。

参考文献：

［1］调速电气传动系统：GB/T12668—2002［S］．

［2］AdjustableSpeedElectricalPowerDriveSystems：IEC61800

S］．－1—1997［

［3］电力变压器（第11部分：干式变压器）：GBT1094.11—

2007［S］．

［4］IEC/TC14《电力变压器》技术委员会．Powertransformers

S］．Part11：Dry－typetransformers：IEC60076－11：2004［

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图2SFC系统改造方案接线示意

2.5SFC系统设备布置

通过上文的比对分析，新系统选择采用高—低—

高、12—6脉动、干式变压器方案，因此，布置方案主要以此为基础进行设计（如图3所示）。

图3改造布置方案示意

［5］变流变压器（第1部分：工业用变流变压器）：GBT

18494.1—2001［S］．

［6］抽水蓄能电站设计导则：DL/T5208—2005［S］．

为避免新设备与土建结构的碰撞、优化新设备之

间的布局、设计更为合理的管型母线走向，设计过程中采用了Microstation三维辅助设计软件进行建模，全面考虑了设备尺寸及现场情况，大幅度降低了本次改

（本文责任编辑王瑞兰）

DesignofSFCSystemModificationinGuangzhouPumped-storagePowerPlantB

XIAOTianze

（GuangdongHydropowerPlanning＆DesignInstitute，Guangzhou510635，China）

Abstract：Asthefirstconstructedpumped-storagepowerplantofChina，GuangzhouPumped-storagePowerPlanthasbeenoperatingforover20years．TheSFC（Staticfrequencyconverter）systemhasseveralproblemssuchasoriginaltypeofSFCoutofproduction，lackofsparepartsandexhaustionofSFClife．ModificationmustbeexecutedbecauseoftheturbinemodehasbeeninfluencedseriouslybylowreliabilityofSFCsystem．Inthisarticle，thedifferencebetweenentireandpartialmodification，comparisonofSFCvoltagelevelandfeasibilityofdrytransformerapplicationhasbeendiscussedandanalyzed．Besidesthat，three-dimensionaldesignsoftwareMicrostationhasbeenutilizedwhichcouldreducetheconstructiondifficulty．Theanalysisoftheentireprojectandequipmentcomparisoncouldprovidesignificantexperienceforthepumped-storagepowerplantwhichunderconstructionandothersimilarmodificationprojects．

Keywords：SFC；pumped-storagepowerplant；microstation

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