沈洪流，錢 翊

（中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)浙江省電力設(shè)計(jì)院有限公司，杭州 310012）

調(diào)相機(jī)廠用電的研究

沈洪流，錢 翊

（中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)浙江省電力設(shè)計(jì)院有限公司，杭州 310012）

通過分析調(diào)相機(jī)運(yùn)行負(fù)荷和起動(dòng)負(fù)荷的特征，結(jié)合換流站電源情況和施工現(xiàn)狀，提出了2種換流站加裝調(diào)相機(jī)工程的廠用電接線方案。通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，認(rèn)為方案1適用于換流站和調(diào)相機(jī)同期建設(shè)的工程，方案2適用于調(diào)相機(jī)擴(kuò)建工程，針對(duì)調(diào)相機(jī)擴(kuò)建工程給出對(duì)已建換流站影響最小且切實(shí)可行的廠用電接線方案。

調(diào)相機(jī)；起動(dòng)負(fù)荷；廠用電源

0 引言

電力系統(tǒng)中的異步電動(dòng)機(jī)和變壓器均可從電網(wǎng)汲取大量的無功功率以供其勵(lì)磁之用，因此電網(wǎng)擔(dān)負(fù)著很大一部分感性無功電流，導(dǎo)致電網(wǎng)的功率因數(shù)偏低，線路損耗和電壓損失增大，輸電質(zhì)量變壞，甚至影響輸電的穩(wěn)定性。在長(zhǎng)距離輸電線路中，線路電壓隨著負(fù)載情況的不同而發(fā)生變化，如果在輸電線路的受電端安裝同步調(diào)相機(jī)，在電網(wǎng)重載時(shí)，讓其過勵(lì)運(yùn)行，減少輸電線路中滯后的無功電流分量，從而可減少線路壓降；在電網(wǎng)輕載時(shí)，讓其欠勵(lì)運(yùn)行，吸收滯后的無功電流，可防止電網(wǎng)電壓上升，從而維持電網(wǎng)電壓在一定的水平上。調(diào)相機(jī)具備較強(qiáng)的雙向無功調(diào)節(jié)能力，在發(fā)生嚴(yán)重電壓跌落故障時(shí)，短時(shí)（1 s左右）動(dòng)態(tài)無功最高輸出接近額定容量的2倍。

1 工程概況

基于此，國(guó)家電網(wǎng)公司提出在送端和受端直流換流站加裝調(diào)相機(jī)，將300 Mvar大容量調(diào)相機(jī)首次在電網(wǎng)中應(yīng)用。位于江蘇淮安某換流站是華東地區(qū)加裝調(diào)相機(jī)的示范工程，為在建項(xiàng)目。調(diào)相機(jī)作為換流站配套工程，其建設(shè)進(jìn)展滯后于換流站。

該換流站裝設(shè)2臺(tái)300 Mvar調(diào)相機(jī)，每臺(tái)調(diào)相機(jī)通過1臺(tái)360 MVA變壓器接入換流站500 kV交流系統(tǒng)，以達(dá)到向電網(wǎng)輸送強(qiáng)大無功的目地。

2 廠用負(fù)荷分析

同步調(diào)相機(jī)是一種專門設(shè)計(jì)的無功功率發(fā)電機(jī)，它運(yùn)行于電動(dòng)機(jī)狀態(tài)，但不帶機(jī)械負(fù)載，只向電力系統(tǒng)提供無功功率改善功率因數(shù)，降低網(wǎng)損，對(duì)調(diào)整網(wǎng)絡(luò)電壓和提高電能質(zhì)量有較好的作用。同步調(diào)相機(jī)經(jīng)常運(yùn)行在過勵(lì)狀態(tài)，勵(lì)磁電流和損耗較大，發(fā)熱比較嚴(yán)重。該工程調(diào)相機(jī)為雙水內(nèi)冷機(jī)組，調(diào)相機(jī)輔助系統(tǒng)的負(fù)荷可分為正常運(yùn)行負(fù)荷和起動(dòng)負(fù)荷。

2.1 正常運(yùn)行負(fù)荷

調(diào)相機(jī)系統(tǒng)主要包括：調(diào)相機(jī)本體、勵(lì)磁系統(tǒng)、升壓變壓器、起動(dòng)系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、油系統(tǒng)、保護(hù)系統(tǒng)。

調(diào)相機(jī)區(qū)域正常運(yùn)行負(fù)荷主要包括調(diào)相機(jī)的潤(rùn)滑油系統(tǒng)和內(nèi)冷水系統(tǒng)。公用負(fù)荷包括外冷水系統(tǒng)、化學(xué)水處理系統(tǒng)、直流系統(tǒng)電源、UPS電源、暖通負(fù)荷等。根據(jù)《火力發(fā)電廠廠用電設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》，采用換算系數(shù)法計(jì)算得出調(diào)相機(jī)低壓負(fù)荷為1 100 kVA，廠變?nèi)萘繛? 600 kVA。

2.2 起動(dòng)負(fù)荷

調(diào)相機(jī)采用變頻起動(dòng)，2臺(tái)調(diào)相機(jī)共配置2套獨(dú)立的SFC（靜止變頻裝置），一用一備。每套SFC輸出經(jīng)切換開關(guān)切換后可為任何1臺(tái)調(diào)相機(jī)提供電源。SFC系統(tǒng)原理如圖1所示。

圖1 PCS-9575靜止變頻器系統(tǒng)組成

2.2.1 調(diào)相機(jī)起動(dòng)和同步過程

（1）同步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)由變頻器控制。

（2）調(diào)相機(jī)起動(dòng)時(shí)勵(lì)磁系統(tǒng)為他勵(lì)。

（3）在收到所有必要的反饋信號(hào)后，SFC閉合電源側(cè)的饋線斷路器，然后SFC按照事先調(diào)整好的加速轉(zhuǎn)矩曲線給電動(dòng)機(jī)加速，直至大約105%的額定轉(zhuǎn)速。

（4）到達(dá)105%轉(zhuǎn)速后，SFC斷開電源側(cè)的饋線斷路器，變頻起動(dòng)隔離開關(guān)斷開，SFC退出運(yùn)行，調(diào)相機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)切換為自并勵(lì)系統(tǒng)。

（5）同步裝置和勵(lì)磁裝置調(diào)整調(diào)相機(jī)速度和電壓。

在大數(shù)據(jù)時(shí)代，信息資源更新速度快，電視晚會(huì)在編排階段主要關(guān)注收視率。而電視晚會(huì)的編導(dǎo)則迫切渴望以成本低、時(shí)間短的方式創(chuàng)造大量的電視晚會(huì)節(jié)目。實(shí)用主義電視晚會(huì)的目的是為了在市場(chǎng)發(fā)展中占據(jù)一定地位與經(jīng)濟(jì)利益。在當(dāng)今市場(chǎng)機(jī)制的約束下，電視編導(dǎo)難以真實(shí)發(fā)揮自身的創(chuàng)新能力。電視晚會(huì)是集體創(chuàng)作的主要形式，一些電視編導(dǎo)即使有創(chuàng)新的想法，也很難獲得理想的試驗(yàn)和測(cè)試。此類過分追逐量化和時(shí)效的做法，違背了電視晚會(huì)的節(jié)目?jī)?nèi)涵。在整體市場(chǎng)環(huán)境的影響下，阻礙了電視編導(dǎo)的創(chuàng)新能力與思維。所謂的市場(chǎng)體系建設(shè)對(duì)電視編導(dǎo)的理念的創(chuàng)新具有一定的抑制影響。

（6）一旦電動(dòng)機(jī)相位角、頻率和電壓幅值被調(diào)整到與電網(wǎng)電壓一致，則閉合主變壓器高壓側(cè)斷路器，調(diào)相機(jī)被牽入電網(wǎng)。

（7）電動(dòng)機(jī)工頻運(yùn)行。

2.2.2 SFC變頻起動(dòng)特性

SFC系統(tǒng)的起動(dòng)特性曲線如圖2所示，SFC的總起動(dòng)時(shí)間約294 s，包括：圖2所示的純加速時(shí)間259 s；電動(dòng)機(jī)起動(dòng)前大約5 s建立磁場(chǎng)的時(shí)間；電動(dòng)機(jī)與電網(wǎng)同步大約需要30 s。

圖2 SFC系統(tǒng)起動(dòng)特性曲線

2.2.3 SFC系統(tǒng)諧波分析

SFC由整流器、變頻器、逆變器等非線性負(fù)載組成，當(dāng)正弦電壓施加于非線性負(fù)載上時(shí)，基波電流發(fā)生畸變并產(chǎn)生諧波，因此調(diào)相機(jī)起動(dòng)由SFC拖到同步轉(zhuǎn)速，同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生諧波。另外，SFC只用于機(jī)組起動(dòng)，運(yùn)行時(shí)間短，屬于調(diào)相機(jī)區(qū)域的起動(dòng)負(fù)荷。

3 換流站站用電現(xiàn)狀

3.1 換流站站用電源

該換流站站用10 kV系統(tǒng)采用單母雙分段接線，設(shè)2個(gè)工作段（1M，2M），每段各由1回獨(dú)立的工作主電源供電，另設(shè)1個(gè)專用備用段（0M）。3段母線分別有3路站用電源：一路站內(nèi)工作電源，由換流站500/10 kV降壓變壓器接入10 kV工作母線1M；另一回引自1 000 kV變電站110/ 10 kV降壓變壓器10 kV側(cè)，經(jīng)10 kV高壓電纜引接至換流站10 kV工作母線2M；備用電源采用外引，由站外的35 kV變電站引接1回35 kV線路，經(jīng)35/10 kV降壓變壓器后接入10 kV備用母線0M。

3.2 換流站站用電設(shè)備選擇及布置

每個(gè)10 kV工作段接4臺(tái)2 000 kVA低壓站用變壓器用于閥組站用負(fù)荷，接l臺(tái)2 000 kVA低壓站用變壓器專用于換流站的公用負(fù)荷，每段設(shè)一個(gè)備用出線回路。

換流站用電系統(tǒng)負(fù)荷包括高端閥廳系統(tǒng)、低端閥廳系統(tǒng)和公用系統(tǒng)3部分。主要站用電負(fù)荷有換流變冷卻系統(tǒng)、閥冷卻系統(tǒng)和閥廳空調(diào)系統(tǒng)、繼電器交流負(fù)荷等，連續(xù)負(fù)荷總?cè)萘考s為8 077 kVA?？紤]一定的裕度，站用電源的輸送容量和高壓站用變壓器容量選10 000 kVA。按單臺(tái)高壓站用變壓器容量滿足全站負(fù)荷的要求考慮，選擇500/10 kV高壓站用變?nèi)萘?0 MVA，110/10 kV高壓站用變?nèi)萘?0 MVA，35/10 kV站用變?nèi)萘?0 MVA。

35 kV和10 kV高壓開關(guān)柜分別布置在35 kV和10 kV站用電室內(nèi)，目前換流站配電裝置土建已完成施工。

4 廠用電電源引接

4.1 廠用電接線方案

方案1：調(diào)相機(jī)區(qū)域不設(shè)10 kV配電裝置，2臺(tái)低壓廠用變壓器（以下簡(jiǎn)稱廠變）分別接入換流站10 kV配電裝置1M和2M段母線，2套SFC接入換流站10 kV配電裝置0M母線。

方案2：調(diào)相機(jī)區(qū)域設(shè)獨(dú)立廠用電高壓母線，SFC電壓等級(jí)為10 kV，由于該工程沒有雙套10 kV輔機(jī)，因此每臺(tái)機(jī)設(shè)一段10 kV母線，兩段母線間設(shè)聯(lián)絡(luò)開關(guān)。每段母線接1臺(tái)低壓廠變和1套SFC裝置。

圖3 方案1：調(diào)相機(jī)不設(shè)10 kV段廠用電接線

4.2 方案分析比較

（1）方案1中，考慮到調(diào)相機(jī)正常運(yùn)行負(fù)荷約為1 100 kVA，接入后換流站500 kV站用變壓器（以下簡(jiǎn)稱站用變）和110 kV站用變?nèi)萘坑稍瓉淼? 077 kVA變?yōu)? 177 kVA，基本能滿足要求但裕度不大。目前換流站已完成35 kV和10 kV站用變室的基礎(chǔ)施工，若4個(gè)設(shè)備電源從換流站10 kV站用電室引接，需在原有10 kV站用電室增加2面開關(guān)柜，拆除建筑物基礎(chǔ)進(jìn)行返工，影響后續(xù)施工工序。另外即使接入調(diào)相機(jī)負(fù)荷后，換流站10 kV配電裝置既無備用開關(guān)柜也無備用屏位，不利于換流站的運(yùn)行和發(fā)展，且35 kV配電間無預(yù)留開關(guān)柜和屏位。因此方案1不適合該工程。

（2）方案2中，調(diào)相機(jī)區(qū)域獨(dú)立設(shè)兩段10 kV母線，每段母線接1臺(tái)低壓廠變和1套SFC，每段母線負(fù)荷為5 300 kVA。換流站每臺(tái)變壓器已有負(fù)荷8 077 kVA，500 kV站用變?nèi)萘?0 MVA，110 kV站用變和35 kV站用變?nèi)萘?0 MVA。由于500 kV站用變?nèi)萘吭６容^大，因此一回電源由500 kV站用變低壓側(cè)T接入10 kV母線A段，另一回電源從站外35 kV備用電源引接。鑒于換流站35 kV配電裝置室已無擴(kuò)建余地，電源只能由35 kV站用變高壓側(cè)T接，經(jīng)35 kV廠用變壓器降壓后接入10 kV母線B段。

方案2中每段母線接1臺(tái)低壓廠變和1套SFC，會(huì)引起2個(gè)問題：SFC起動(dòng)時(shí)正弦電壓施加壓于非線性負(fù)載上，基波電流發(fā)生畸變產(chǎn)生諧波可能對(duì)站內(nèi)設(shè)備造成一定影響；備用電源需長(zhǎng)期運(yùn)行。

受35 kV變電站容量限制，國(guó)家電網(wǎng)公司要求外引電源只能作為備用電源，因此考慮在兩段母線間設(shè)聯(lián)絡(luò)開關(guān)，將35 kV變壓器作為起動(dòng)/備用變壓器。當(dāng)換流站站用電1M和2M工作電源正常，電網(wǎng)需要調(diào)相機(jī)起動(dòng)時(shí)，A段母線進(jìn)線開關(guān)斷開，B段母線進(jìn)線開關(guān)閉合，聯(lián)絡(luò)開關(guān)閉合，由外接35 kV電源供調(diào)相機(jī)起動(dòng)時(shí)SFC的電源和廠用輔機(jī)電源。調(diào)相機(jī)起動(dòng)完成后，SFC退出運(yùn)行，10 kV快切裝置采用并聯(lián)或串聯(lián)切換的方式將電源切換至A段進(jìn)線電源，B段進(jìn)線電源退出運(yùn)行。調(diào)相機(jī)正常工作時(shí)10 kV兩段母線均由換流站500 kV站用變供電，起動(dòng)由站外電源短時(shí)供電，從而解決了SFC起動(dòng)時(shí)諧波對(duì)站內(nèi)設(shè)備影響的問題。

另外，方案2比方案1多2面10 kV進(jìn)線柜、2面10 kV計(jì)量柜、1座10 kV母線橋、2臺(tái)35 kV干式變壓器、1面35 kV饋線柜、1面35 kV計(jì)量柜，設(shè)備總投資多165萬左右。

圖4 方案2：調(diào)相機(jī)設(shè)獨(dú)立10 kV段廠用電接線

5 結(jié)語

近年來，隨著大容量、遠(yuǎn)距離特高壓交直流輸電技術(shù)的發(fā)展，電網(wǎng)資源優(yōu)化配置能力顯著提高。目前，電網(wǎng)“強(qiáng)直弱交”問題突出，局部電網(wǎng)受電比例較高，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償不足和電壓穩(wěn)定問題凸顯，主要表現(xiàn)為特高壓直流受端電網(wǎng)動(dòng)態(tài)無功不足以及直流弱送端系統(tǒng)短路容量不足。

為了解決上述問題，客觀要求直流大規(guī)模有功輸送，必須匹配大規(guī)模動(dòng)態(tài)無功，即“大直流輸電、強(qiáng)無功支撐”，因此會(huì)有更多調(diào)相機(jī)加裝至已投運(yùn)換流站。該工程調(diào)相機(jī)晚于換流站項(xiàng)目建設(shè)工期，屬擴(kuò)建項(xiàng)目，廠用電接線采用方案2，雖然投資較高，但不影響換流站工期，也解決了SFC起動(dòng)時(shí)因基波電流發(fā)生畸變產(chǎn)生諧波可能對(duì)站內(nèi)設(shè)備影響問題，為已建換流站擴(kuò)建調(diào)相機(jī)提供一種思路。

[1]康世崴，沙志成，劉之華.關(guān)于臨沂換流站調(diào)相機(jī)接入系統(tǒng)關(guān)鍵問題的研究[J].國(guó)網(wǎng)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2016（4）∶45-48.

[2]郭一兵，凌在汛，崔一鉑，等.特高壓交直流系統(tǒng)動(dòng)態(tài)無功支撐用大型調(diào)相機(jī)運(yùn)行需求分析[J].湖北電力，2016（5）∶1-4.

[3]DL/T 5153-2014火力發(fā)電廠廠用電設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程[S].北京：中國(guó)電力出版社，2014.

[4]水利電力部西北電力設(shè)計(jì)院.電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊(cè)電氣一次部分[M].北京：中國(guó)電力出版社，1989.

[5]彭峻.提高發(fā)電廠廠用電系統(tǒng)可靠性的措施分析[J].浙江電力，2013，32（8）∶61-63.

[6]楊澤榮.大型發(fā)電廠廠用電源切換存在的問題及解決方法[J].浙江電力，2004，23（5）∶32-35.

[7]周平，金軍.300 MW發(fā)電機(jī)組廠用電系統(tǒng)問題探討[J].浙江電力，2000，19（1）∶32-34.

[8]賈涵.無功功率補(bǔ)償在發(fā)電廠廠用電系統(tǒng)的應(yīng)用[J].華電技術(shù)，2016（3）∶50-51.

（本文編輯：方明霞）

Research on Auxiliary Power System in Rotary Condenser

SHEN Hongliu，QIAN Yi
（Zhejiang Electric Power Design Institute Co.，Ltd.of China Energy Engineering Group，Hangzhou 310012，China）

By analyzing characteristics of operation load and start-up load of rotary condenser，the paper proposes two auxiliary power wiring schemes for rotary condenser installation in converter station on the basis of converter power and construction condition.Through technical and economic comparison，it is believed that the first scheme is applicable to projects with converter station and rotary condenser synchronously constructed；the second scheme is applicable to rotary condenser expansion project.Therefore，a feasible auxiliary power wiring scheme that has minimum impact on existing converter station is presented.

rotary condenser；start-up load；auxiliary power

TM621.7+1

B

1007-1881（2017）02-0017-05

2016-08-12

沈洪流（1972），男，高級(jí)工程師，從事發(fā)電廠電氣設(shè)計(jì)。