一種SFC閥組試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

摘要：針對(duì)部分靜止變頻（Static Frequency Converter，SFC）產(chǎn)品缺乏閥組試驗(yàn)?zāi)Ｊ剑又F(xiàn)場(chǎng)條件有限，無法開展全回路閥組試驗(yàn)的問題，介紹了SFC系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及原理，分析了開展SFC閥組試驗(yàn)的難點(diǎn)，提出將SFC系統(tǒng)的功率閥組拆分為網(wǎng)側(cè)整流閥組和機(jī)側(cè)逆變閥組，并在SFC控制器設(shè)計(jì)各自的試驗(yàn)?zāi)Ｊ剑謩e對(duì)整流閥組和逆變閥組單獨(dú)進(jìn)行小電流試驗(yàn)的方案，最后提供了實(shí)際案例的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，以期在SFC產(chǎn)品制造及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試中得到應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：網(wǎng)側(cè)整流閥組;機(jī)側(cè)逆變閥組;小電流試驗(yàn)

中圖分類號(hào)：TM341" " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " 文章編號(hào)：1671-0797（2023）15-0034-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2023.15.008

0" " 引言

近年來，在碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)的快速推進(jìn)下，以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)加快了建設(shè)腳步，隨之而來的是環(huán)保經(jīng)濟(jì)性高且技術(shù)成熟的抽蓄電站、燃機(jī)電廠、分布式調(diào)相機(jī)得到快速發(fā)展[1-3]，而抽蓄、燃機(jī)、調(diào)相機(jī)工作的第一步，便是需要靜止變頻（SFC）系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱“SFC系統(tǒng)”）對(duì)機(jī)組進(jìn)行拖動(dòng)升速，待達(dá)到或超過額定轉(zhuǎn)速（調(diào)相機(jī)墮走并網(wǎng)）后再進(jìn)行并網(wǎng)，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)組的無擾同期并網(wǎng)，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定安全。

工程實(shí)際應(yīng)用中，SFC系統(tǒng)主要采用12-6的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，即網(wǎng)側(cè)由整流閥組1和整流閥組2串聯(lián)形成12脈動(dòng)整流回路，機(jī)側(cè)由逆變閥組形成6脈動(dòng)逆變回路，上述3個(gè)閥組在投入實(shí)際拖動(dòng)前需進(jìn)行靜態(tài)試驗(yàn)，以驗(yàn)證閥組的主回路安裝、三相相序、一二次回路對(duì)應(yīng)關(guān)系、脈沖觸發(fā)回路是否正確。而常見的進(jìn)口SFC系統(tǒng)是不具備試驗(yàn)?zāi)Ｊ降模市枰獙?duì)閥組試驗(yàn)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)和探討，以探索出一套可行且經(jīng)濟(jì)的試驗(yàn)方案，能對(duì)3個(gè)閥組進(jìn)行全面測(cè)試，確保動(dòng)態(tài)拖動(dòng)前閥組及二次回路的正確性，提升拖動(dòng)的成功率，避免回路問題遺留至拖動(dòng)環(huán)節(jié)。

1" " SFC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及工作原理

1.1" " SFC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

SFC系統(tǒng)主要應(yīng)用于抽蓄機(jī)組、燃?xì)鈾C(jī)組、調(diào)相機(jī)組的啟動(dòng)升速，目前在工程上普遍采用的是12-6脈動(dòng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

該SFC系統(tǒng)由3卷輸入變、網(wǎng)側(cè)整流閥組1、網(wǎng)側(cè)整流閥組2、機(jī)側(cè)逆變閥組和直流電抗器組成，每個(gè)閥組實(shí)際由VT1～VT6共6串晶閘管組成三相全控橋，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

網(wǎng)側(cè)整流閥組1和整流閥組2串聯(lián)再組成12脈動(dòng)整流橋，機(jī)側(cè)逆變閥組組成6脈動(dòng)逆變橋，以此形成12-6脈動(dòng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、諧波分量較小、經(jīng)濟(jì)性較高等特點(diǎn)，因而得到廣泛應(yīng)用。

1.2" " SFC系統(tǒng)工作原理

本文將以典型的調(diào)相機(jī)SFC系統(tǒng)為例闡述SFC工作原理，SFC系統(tǒng)啟動(dòng)相關(guān)回路接線如圖3所示。

SFC系統(tǒng)通過控制逆變閥組不同晶閘管對(duì)的導(dǎo)通及導(dǎo)通換相的頻率，改變定子磁場(chǎng)Φs的空間位置，使其始終超前于轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)Φf，產(chǎn)生定子繞組超前轉(zhuǎn)子繞組的力矩，從而達(dá)到拖動(dòng)機(jī)組升速的目的。控制換相原理如圖4所示。

1.3" " SFC系統(tǒng)閥組試驗(yàn)的難點(diǎn)

SFC系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)上述功能，先決條件是所有的晶閘管按照原理圖進(jìn)行連接，所有二次回路對(duì)應(yīng)關(guān)系正確，且觸發(fā)無問題。要驗(yàn)證上述要求全部得到滿足，需要在施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行靜態(tài)試驗(yàn)。不管是抽蓄、燃機(jī)還是調(diào)相機(jī)現(xiàn)場(chǎng)，目前普遍存在如下試驗(yàn)困難：

1）現(xiàn)場(chǎng)輸入變壓器需要在SFC系統(tǒng)全部靜態(tài)試驗(yàn)結(jié)束且驗(yàn)收通過后才能帶電，也就是說，SFC系統(tǒng)靜態(tài)調(diào)試期間無法通過輸入變帶電來進(jìn)行試驗(yàn)。

2）現(xiàn)場(chǎng)無法單獨(dú)提供額外的3卷變壓器用于3個(gè)閥組開展全回路靜態(tài)觸發(fā)試驗(yàn)，一般現(xiàn)場(chǎng)僅能提供廠用380 V電源。

3）SFC系統(tǒng)的輸出側(cè)直接接至電機(jī)的定子繞組，在動(dòng)態(tài)啟動(dòng)前，現(xiàn)場(chǎng)不允許對(duì)定子進(jìn)行通壓或通流，故現(xiàn)場(chǎng)無法進(jìn)行網(wǎng)側(cè)整流閥組1、網(wǎng)側(cè)整流閥組2、機(jī)側(cè)逆變閥組全回路的整組試驗(yàn)。

2" " SFC系統(tǒng)閥組試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

2.1" " 總體試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

實(shí)際上，將12-6脈動(dòng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行拆分，即可得到網(wǎng)側(cè)整流閥組1、網(wǎng)側(cè)整流閥組2、機(jī)側(cè)逆變閥組共3個(gè)三相全控橋，分別在3個(gè)三相全控橋交流側(cè)進(jìn)行380 V加壓，直流側(cè)接入電阻作為假負(fù)載，并配合施以觸發(fā)脈沖控制，由此可以根據(jù)三相全控橋原理[4]，測(cè)試每個(gè)閥組的輸出波形。當(dāng)觸發(fā)角度αgt;60°時(shí)，輸出電壓Ud的理論值由式（1）計(jì)算：

Ud=1.35Us×[1+cos（π/3+α）]（1）

式中：Ud為直流側(cè)輸出電壓;Us為交流側(cè)輸入電壓;α為觸發(fā)脈沖角度。

當(dāng)觸發(fā)角度αlt;60°時(shí)，輸出電壓Ud的理論值由式（2）計(jì)算：

Ud=1.35Us×cos α（2）

觸發(fā)角度為90°和60°時(shí)的輸出波形分別如圖5、圖6所示。

通過波形的形狀及幅值，即可判斷閥組一次及二次回路的正確性，該試驗(yàn)重點(diǎn)關(guān)注輸出的電壓波形，而回路電流較小，故一般稱之為“小電流試驗(yàn)”。

2.2" " SFC控制器設(shè)計(jì)

按照上述試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)，需要對(duì)SFC控制器進(jìn)行特殊處理和設(shè)計(jì)，具體要求如下：

1）3個(gè)閥組的脈沖觸發(fā)控制單元硬件上完全獨(dú)立，軟件設(shè)計(jì)上具備獨(dú)立對(duì)3個(gè)閥組進(jìn)行脈沖觸發(fā)控制的功能，可設(shè)置網(wǎng)側(cè)整流閥組1小電流試驗(yàn)?zāi)Ｊ健⒕W(wǎng)側(cè)整流閥組2小電流試驗(yàn)?zāi)Ｊ健C(jī)側(cè)逆變閥組小電流試驗(yàn)?zāi)Ｊ健?/p>

2）控制器具備對(duì)脈沖角度進(jìn)行增減控制或量化控制的功能，可采用外接增減開關(guān)或修改試驗(yàn)定值的方式。

3）網(wǎng)側(cè)整流閥組至少設(shè)計(jì)1組PT檢測(cè)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)整流閥組交流電壓相序的測(cè)量。機(jī)側(cè)逆變閥組設(shè)計(jì)PT檢測(cè)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)逆變閥組交流電壓相序的測(cè)量。

2.3" " 試驗(yàn)方法及步驟

1）將SFC系統(tǒng)3個(gè)閥組之間的電纜或銅排進(jìn)行拆分，即可隔離出3個(gè)獨(dú)立的閥組，如圖7所示。

2）針對(duì)每一個(gè)閥組單獨(dú)試驗(yàn)，在閥組的交流側(cè)接入三相380 V廠用電，直流側(cè)接入250 Ω/1 000 W電阻作為假負(fù)載，同時(shí)并接上示波器對(duì)波形進(jìn)行監(jiān)測(cè)，接線圖如圖8所示。

3）交流側(cè)送電后，SFC控制器檢查輸入380 V電壓的幅值、頻率、相序應(yīng)與實(shí)際相符。

4）由SFC控制器操作進(jìn)入專門預(yù)設(shè)的對(duì)應(yīng)的閥組小電流試驗(yàn)?zāi)Ｊ剑?dòng)試驗(yàn)，此時(shí)閥組解鎖。

5）通過SFC控制器預(yù)設(shè)的調(diào)整方式，調(diào)整觸發(fā)脈沖的角度值，通過示波器查看直流側(cè)波形，一個(gè)周波內(nèi)應(yīng)該有6個(gè)波頭，且波形平整，分布均勻。

6）分別在觸發(fā)角度為90°和60°時(shí)查看輸出波形，并記錄閥組交流側(cè)輸入、直流側(cè)輸出的數(shù)值。

7）試驗(yàn)結(jié)束后，通過操作SFC控制器停止試驗(yàn)，并分掉交流側(cè)380 V電源。

2.4" " 工程實(shí)際應(yīng)用情況

以某調(diào)相機(jī)SFC工程為例，現(xiàn)場(chǎng)將12-6脈動(dòng)閥組拆分為3個(gè)閥組，分別進(jìn)行閥組小電流試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

工程實(shí)測(cè)輸出側(cè)波形如圖9所示。

從數(shù)據(jù)看，3個(gè)閥組的輸出數(shù)據(jù)、波形形狀與三相全控整流原理基本一致，說明閥組的晶閘管極性安裝正確，一次回路無短路，脈沖觸發(fā)正常，脈沖控制順序正確，閥組整體全回路一、二次功能的正確性得到驗(yàn)證，由此可判斷出閥組的可用性。

3" " 結(jié)束語(yǔ)

為保障機(jī)組的順利啟動(dòng)升速，避免閥組的一、二次問題遺留到動(dòng)態(tài)啟動(dòng)環(huán)節(jié)，影響啟動(dòng)進(jìn)度，設(shè)計(jì)開發(fā)閥組試驗(yàn)?zāi)Ｊ降谋匾院椭匾跃芨摺１疚慕榻B的試驗(yàn)方法成本較低、開發(fā)簡(jiǎn)潔，可以很好地協(xié)助現(xiàn)場(chǎng)完成相關(guān)測(cè)試，提升工程應(yīng)用的便捷性和機(jī)組啟動(dòng)成功率。

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收稿日期：2023-04-14

作者簡(jiǎn)介：蘇家財(cái)（1986—），男，重慶人，工程師，研究方向：發(fā)電廠控制保護(hù)、特高壓直流輸電、柔性交直流輸電。