2024年3月14日发(作者：)
电网设计
四台调相机的SFC系统配置方案研究
DOI
：
10.13500/1671-9913.2019.11.007
四台调相机的
SFC系统配置方案研究
陶佳燕
，
段奇志
，
姚 雯
，
罗 楠
(中国电力工程顾问集团中南电力设计院有限公司，湖北 武汉 430071)
简述了调相机工程采用静止变频器(static frequency converter, SFC)启动的优点以及工作原理
，
基于国网
摘要：
首批特高压直流配套调相机工程的设计经验
，
介绍了两台调相机工程SFC系统配置方案
，
提出了3种四台调
相机工程的SFC系统配置方案
，
并对3种方案的优缺点进行对比
，
确定了首推方案
。
大容量调相机
；
SFC启动
；
10 kV启动母线段
；
启动灵活度
关键词：
1671-9913(2019)11-0041-05
中图分类号：TM73 文献标志码：A 文章编号：
Study on Configuration Modes of SFC
for 4 Sets of Synchronous Condensers
TAO Jia-yan, DUAN Qi-zhi, YAO Wen, LUO Nan
(Central Southern China Electric Power Design Institute Co.,Ltd. of CPECC, Wuhan 430071, China)
Abstract:
The advantages and working principle of static frequency converter startup in synchronous condenser
project are introduced. Base on the design experience of synchronous condenser project, the SFC configuration mode
for 2 sets of synchronous condensers is explained. 3 kinds of SFC configuration mode for 4 sets of synchronous
condensers are proposed, and based the advantages and disadvantages of different modes, the best mode is selected.
Keywords:
synchronous condenser; SFC startup; 10 kV startup busbar section; startup flexibility
1 调相机工程SFC工作原理
在大电网、远距离输电格局下，特高压交、
直流高度混联系统对大容量动态无功支撑能力
提出了更高要求。调相机作为可靠的无功输出
设备，利用其独有的大容量动态无功输出特点，
为缓解交、直流故障引起的电压波动以及直流
换相失败等问题，保障特高压工程安全稳定运
行具有重要意义。
针对300 Mvar的大型调相机，启机方式
主要有静止变频器SFC启动和电动机拖动两
种。SFC启动相对于电机拖动系统，主要有以
下优点
[2]
：
[1]
1)基本构成简单，无复杂的机械机构和旋
转部件，可靠性高，维护简便。
2)多套启动系统可实现互为备用。
3)频率控制精度较高，并网冲击小。
4)经济性好，可实现多机共享，多台调相
机时具有成本优势。
因此，大容量调相机优选SFC启动系统。
SFC系统的工作原理见图1。
机组正常启动时，启动励磁和SFC设备开
始同时运行，拖动调相机转速到达3 150转；
SFC装置退出，10 kV开关退出，再分开调相机
主回路机端隔离开关；在隔离开关完全断开后，
启动励磁和主励磁切换，由主励磁加压到调相
* 收稿日期
：
2018-04-27
第一作者简介
：陶佳燕(1987- )，女，湖北武汉人，硕士，工程师，主要从事电力系统设计工作。
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电网设计
四台调相机的SFC系统配置方案研究
机机端额定输出电压20 kV；调相机转速一直在
惰转运行中，机组转速在3 000转以上，频率约
49.5～50.5 Hz之间，控制频差、压差、相角差，
捕捉同期并网，整个并网过程约7 min。并网成
功后，调相机一直挂网运行，SFC装置是停用
状态
[3-4]
。
图1 SFC系统工作原理图
2 两台调相机SFC系统的典型配置
根据国网首批特高压直流配套调相机工程
的设计经验，当同期建设两台调相机时，全站
设置两套SFC系统，每套SFC可用于任意一台
调相机的启动，且每套SFC同一时间仅启动全
站1台调相机。SFC的内部结构及两套SFC之
间的联系见图2。
关于两台调相机工程SFC系统的供电，分
为下面两种情况：
1)当调相机与换流站同步建设时，SFC的
供电由换流站统一考虑，宜由站用电备用段统
一供电，见图3。
2)当调相机与换流站不同步建设时，若换
流站10 kV配电装置具备调相机站SFC电源引
接条件，其供电从换流站10 kV站用电备用段
引接；若不满足新增需求时，SFC宜从调相机
站单独设置的10 kV配电装置备用段引接，电
源引自换流站内或站外电力系统，见图4。
3 四台调相机工程SFC系统配置方案研究
根据已有的两台调相机工程经验，本节针
对四台调相机工程，提出3种SFC系统配置方案。
3.1 方案一
四台调相机配套提供两套SFC系统。SFC
系统中10 kV进线开关柜、隔离变、变频装置
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图2 两台机SFC系统内部联系图
的配置均与两台调相机工程保持一致。仅将原
切换柜取消，设置相互联络的10 kV启动母线段。
10 kV启动母线段，配置方案详见图5。
本方案的优点有：
1)相对于两台调相机，不增加SFC变频装
置，取消切换柜，增加10 kV启动母线段，经
济合理。
2)启动母线段与调相机之间的10 kV电缆
量少，可节省一次电缆量，对电缆通道的容积
率有所改善。
3) 10 kV启动母线段可与SFC系统设备分
开布置，布置方式灵活，有利于后期扩建。
本方案的缺点有：
1) 10 kV启动母线段的进线开关和联络开
关总有一个开关处于断开状态，因此SFC启
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四台调相机的SFC系统配置方案研究
图3 SFC供电方式一
系统中10 kV进线开关柜、隔离变、变频装置
的配置均可与两台调相机工程保持一致。仅将
原切换柜由每套2面增加为每套4面，使得每
套SFC系统可启动四台调相机中的任意一台，
配置方案详见图6。
本方案的优点有：
1)相对于两台调相机，不增加SFC变频装
置，仅增加切换柜的数量，经济合理；
2) DCS逻辑、SFC逻辑均与两台调相机工
程保持一致，逻辑简单。
3)每套SFC系统可启动任意一台调相机，
启动灵活度高。
本方案的缺点有：
图4 SFC供电方式二
1)增加4台切换柜，相对于方案1，占地
面积有所增加，初始投资略有增加。
动灵活度受限。例如，若联络开关断开，1号
2)切换柜至隔离柜的电缆量大，会导致调
SFC只能任意启动1、2号调相机，不能启动3、
相机房电缆通道拥挤且布置难度增加。
4号调相机；同理，2号SFC只能任意启动3、
4号调相机，不能启动1、2号调相机。
3.3 方案三
2) 分布式控制系统(distributed control
将四台调相机按照两组进行模块化处理，
system, DCS)逻辑、SFC逻辑均与两台调相机
即每两台调相机配置两套SFC，1、2号SFC
工程不同，交叉启动逻辑比较复杂。
可任意启动1、2号调相机，3、4号SFC可任
3.2 方案二
意启动3、4号调相机。1、2号机和3、4号机
均按照独立的工程考虑，配置方案详见图7。
四台调相机配套提供两套SFC系统。SFC
本方案的优点有：
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四台调相机的SFC系统配置方案研究
图5 四台调相机SFC配置方案一
图6 四台调相机SFC配置方案二
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四台调相机的SFC系统配置方案研究
图7 四台调相机SFC配置方案三
1)可沿用两台机工程的设计思路和运行经2) 1、2号SFC无法启动3、4号调相机，3、
验，从设计、采购到投入运行，所有环节都能
4号SFC无法启动1、2号调相机，SFC的启动
采用标准化的产品和步骤。
2) DCS逻辑、SFC逻辑均与两台调相机工
灵活度不高。
程保持一致，逻辑简单，接线方便。
3.4 三种方案对比
本方案的缺点有：
1)比方案1和方案2多出两套SFC系统，
综合分析上述三种SFC配置方案的合理性、
初始投资大大增加，不经济，且占地面积增加。
经济型，其方案对比表见表1。
表1 四台调相机SFC配置方案对比表
方案一方案二方案三
SFC
(约1 000
变频装置数量
万/套)
/套
224
切换柜数量/套088
启动母线段10 kV开关柜数量/套700
SFC设备布置空间富余，有利于后期扩建空间紧张，不利于后期扩建空间紧张，不利于后期扩建
SFC启动灵活度
任意一套SFC系统可启动任意一任意一套SFC系统可启动任意
1、2
4号
号
SFC
SFC
无法启动
无法启动
1
3
、
、
2
4
号调相机
号调相机，
台调相机一台调相机
3、
DCS逻辑与两台调相机逻辑不同，复杂与两台调相机逻辑相同，简单与两台调相机逻辑相同，简单
10 kV电缆量少多多
电缆通道容积率小大大
(下转第50页)
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火力发电
二次再热塔式炉再热蒸汽调温方案设计研究
器受热面的布置和温度调节。
[6] 牛海明，邱忠昌，黄焕袍．1 000 MW二次再热超
宿迁工程的再热器调温方案设计为以燃烧
超临界机组再热汽温控制策略及工程应用[J]．中
器摆动调节为主，低负荷下采用烟气再循环方
国电力，2017，50(9)：138-142．
式调节，烟气挡板调节作为平衡手段，事故或
[7] 陈晓文．660 MW超超临界锅炉再热抽汽安全性分
析[J]．锅炉技术，2018，49(3)：13-16．
紧急工况下考虑喷水减温。
[8] 黄必重，贾清泉．660 MW 高效超超临界机组抽汽
由于抽汽工况变化大，为满足低负荷各种
供热技术方案探讨[J]．锅炉制造，2017(2)，19-21．
抽汽工况下，锅炉再热器温度不超温，不欠温，
[9] 孙士恩，高新勇，庞建锋．工业抽汽机组供热改造
在50%THA～75%THA负荷辅助以烟气再循
的变工况热经济型分析[J]．汽轮机技术，2016，
环的调温方式。烟气再循环采用抽取锅炉省煤
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参考文献：
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研究与初步设计[J]．发电设备，2013，27(2)：73-77．
216-218．
(上接第45页)
4 结论
于电缆通道的规划和电缆敷设的进行。
根据国网首批特高压直流配套调相机工
3)相对于方案三，仅配置两套SFC变
程的设计经验可知，目前在建的两台调相机
频设备，可节省约2 000万元的初始投资，
的工程，在SFC的布置上存在以下难点：
更加经济合理。
1)由于调相机房的空间有限，SFC相关
因此，对于四台调相机工程推荐采用方
设备的布置空间紧张。
案一进行启动，即采用两套SFC启动四台
2)调相机站内10 kV电缆需与低压动力、
调相机，无切换柜，设置相互联络的10 kV
控制电缆分开敷设，且10 kV电缆敷设转弯
启动母线段。
半径大，因此SFC系统相关的10 kV电缆通
参考文献：
道规划困难。
考虑以上难点，并根据表1 SFC配置方
[1] 阮羚，王庆，凌在汛，等．新型大容量调相机
性能特点及工程应用[J]．中国电力，2017，
案对比表可知，方案一具有如下优势：
50(12)：57-61.
1) 10 kV启动母线段可与SFC系统设备
[2] 王潇 ，周平，王洋，等．大容量调相机静止
分开布置，不仅解决了上述第一个难点，缓
变频器起动方式研究[J]．电气技术，2016，
解了调相机房内SFC系统布置空间紧张问题，
17(10)：31-35.
还有利于工程的后期扩建。
[3] 曾先锋，侯炜，陈俊．大型调相机堕转同期并网
可靠性研究[J]．中国电力，2017，50(12)：38-43.
2)相对于方案二和方案三，10 kV电缆
[4] 沈洪流，钱翊．调相机厂用电的研究[J]．浙江
量明显减少，解决了上述第二个难点，有利
电力，2017，36 (2) ：17-21.
50
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