楊宗璞

摘 要：新一代調(diào)相機屬于同步電動機，掛網(wǎng)運行時，消耗電網(wǎng)能量，以維持額定轉(zhuǎn)速運行。在高壓直流輸電系統(tǒng)發(fā)生嚴重電壓跌落故障時，為提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，降低換相失敗的風險，宜加裝調(diào)相機。本文主要對河南調(diào)相機項目背景及功能定位進行分析。

關鍵詞：調(diào)相機;功能定位;發(fā)展前景

中圖分類號：TM721.1 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）32-0073-02

Analysis?of?the?Background?and?Function?Orientation

of?Henan?Synchronous?Condenser?Project

YANG?Zongpu

（Maintenance?Company?of?State?Grid?Henan?Electric?Power?Company，Zhengzhou?Henan?450000）

Abstract：?Synchronous?Condenser?is?a?synchronous?motor.?When?it?is?connected?to?the?grid，?it?consumes?the?energy?of?the?grid?to?maintain?;the?rated?speed.?In?the?event?of?a?serious?voltage?drop?failure?in?the?HVDC?system，?in?order?to?improve?the?stability?of?the?system?and?reduce?the?risk?of?commutation?failure，?it?is?advisable?to?install?a?camera.?This?paper?mainly?analyzed?the?background?and?function?orientation?of?Henan?Camera?Project.

Keywords：?synchronous?condenser;functional?orientation;development?prospect

電網(wǎng)方面，天中特高壓直流輸電工程投運后，河南電網(wǎng)成為典型的特高壓交直流混聯(lián)電網(wǎng)，預計天中直流滿送后，河南電網(wǎng)動態(tài)無功不足和電壓穩(wěn)定的問題將更加突出。2017年，在天中直流滿送、長南線南送200萬kW、鄂豫斷面北送200萬kW的情況下，天中直流發(fā)生雙擊閉鎖故障，豫南電網(wǎng)電壓失穩(wěn)。裝機方面，截至2016年底，豫南電網(wǎng)（包括許昌、周口、漯河、平頂山、南陽、駐馬店、信陽7個供電區(qū)）統(tǒng)調(diào)電廠裝機總?cè)萘繛?6?685.15MW，同年豫南地區(qū)最大供電負荷為16?750.7MW，全社會用電量為819.15×108kW·h。漯河供電區(qū)僅有統(tǒng)調(diào)電廠1座（華電澤華電廠），裝機容量為660MW（2×330MW），2016年漯河供電區(qū)最大負荷為1?242MW，全社會用電量為59.38×108kW·h。漯河市處于中州換流站和駐馬店換流站之間，漯河加裝的調(diào)相機可為中州換流站和駐馬店換流站的有功輸出提供足夠的無功支撐。

1 調(diào)相機發(fā)展前景

1.1 新能源對電網(wǎng)的影響及主要應對措施

近年來，我國風電、光伏發(fā)電等新能源發(fā)展勢頭迅猛，但是我國新能源資源分布與用電負荷區(qū)域分布不均衡，81%的風電分布在“三北”地區(qū)，50%的太陽能發(fā)電分布在西部省份，由于風電、光伏發(fā)電富集地區(qū)負荷規(guī)模偏小，消納空間有限，因此集中開發(fā)的部分新能源需要跨區(qū)輸送。大容量調(diào)相機能提升新能源遠距離傳輸?shù)目箶_性能，提高對系統(tǒng)的正向作用力，增強特高壓直流輸送能力。調(diào)相機能提供大容量動態(tài)無功輸出，具有過載能力強、經(jīng)濟性好、使用壽命長等特點，相比其他無功補償裝置具有比較顯著的優(yōu)勢[1-3]。

1.2 各類機組裝機容量及調(diào)相機應用前景

《河南省“十三五”能源發(fā)展規(guī)劃》要求突出結(jié)構(gòu)調(diào)整，加快發(fā)展非化石能源，把發(fā)展非化石能源作為新時期能源發(fā)展的主攻方向，鼓勵優(yōu)先開發(fā)和利用非化石能源，不斷擴大利用規(guī)模，提高非化石能源在能源消費中的比重，促進非化石能源全方位、多元化、規(guī)?；彤a(chǎn)業(yè)化發(fā)展。在火電發(fā)展受限、電能替代加快、特高壓直流電網(wǎng)建設加快的形勢下，電網(wǎng)系統(tǒng)將需要更多的調(diào)相機來維持電網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定，以降低新能源給系統(tǒng)帶來的穩(wěn)定性風險，在電網(wǎng)受到擾動或出現(xiàn)故障時，調(diào)相機能快速響應穩(wěn)定系統(tǒng)電壓。未來，調(diào)相機專業(yè)具有成長為運維關鍵支撐性專業(yè)的潛質(zhì)，可大幅提升運維專業(yè)在生產(chǎn)體系中的地位。超前謀劃、科學管理的調(diào)相機項目或?qū)⒊蔀楹幽想娏︼w躍發(fā)展的契機。

2 調(diào)相機設備實現(xiàn)

調(diào)相機系統(tǒng)由勵磁系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、油系統(tǒng)等子系統(tǒng)構(gòu)成，各子系統(tǒng)之間相互支撐、相輔相成，任意一個子系統(tǒng)出現(xiàn)問題都將導致調(diào)相機無法正常運轉(zhuǎn)[4-6]。對調(diào)相機直接支撐的系統(tǒng)有勵磁系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、油系統(tǒng)、盤車和DCS，對調(diào)相機間接支撐的系統(tǒng)有SFC系統(tǒng)、直流電源系統(tǒng)和站用電系統(tǒng)，同時需要一次設備的配合及二次設備的保護。

2.1 調(diào)相機本體主要構(gòu)成及主要功能

調(diào)相機本體主要包括定子、轉(zhuǎn)子、盤車裝置、集電環(huán)裝置、進出水支座和軸承等部件，本體上，各類監(jiān)測點共有363個，其中溫度測點有227個，油水系統(tǒng)測點有90個，其他參數(shù)測點有46個。出線端和非出線端軸振大于250μm會導致跳機事件，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速超過3?300r/min會導致跳機事件。

2.2 勵磁系統(tǒng)主要構(gòu)成及主要功能

調(diào)相機勵磁系統(tǒng)主要包括自動電壓調(diào)節(jié)器、可控硅整流裝置、滅磁及過電壓保護裝置、啟動勵磁系統(tǒng)、勵磁變及啟動勵磁變壓器等。主要功能有：在啟動過程中配合SFC完成調(diào)相機啟動，在運行過程中維持調(diào)相機電壓水平，調(diào)節(jié)無功出力。保護主要包括勵磁過流保護、勵磁繞組過負荷保護。

2.3 SFC系統(tǒng)主要構(gòu)成及主要功能

調(diào)相機靜止變頻啟動SFC系統(tǒng)主要功能是將調(diào)相機機組從靜止狀態(tài)或任一轉(zhuǎn)速下調(diào)整到目標轉(zhuǎn)速3?150r/min，完成調(diào)相機機組啟動及快速再重啟。SFC系統(tǒng)主要由隔離變壓器、變頻啟動裝置、SFC輸出開關、SFC切換開關和SFC隔離開關等組成。SFC進線斷路器分閘失敗或SFC系統(tǒng)隔離開關分閘失敗會導致調(diào)相機啟動過程中故障停機。

2.4 冷卻系統(tǒng)主要構(gòu)成及主要功能

冷卻系統(tǒng)為調(diào)相機本體提供冷卻，防止本體因過熱發(fā)生機械變形、絕緣老化等問題。冷卻系統(tǒng)主要包括內(nèi)冷水系統(tǒng)和外冷水系統(tǒng)。內(nèi)冷水系統(tǒng)包括定子冷卻水系統(tǒng)和轉(zhuǎn)子冷卻水系統(tǒng)，主要為調(diào)相機定子和轉(zhuǎn)子繞組進行冷卻。外冷水系統(tǒng)用于冷卻內(nèi)冷水、潤滑油以及調(diào)相機內(nèi)循環(huán)熱空氣。

2.5 油系統(tǒng)主要構(gòu)成及主要功能

為保證調(diào)相機在起動、停機、正常運行和事故工況下正常工作，調(diào)相機有一套較為復雜的油系統(tǒng)，為安裝在轉(zhuǎn)子端部的滑動軸承提供強制潤滑冷卻油液。在機組啟動和轉(zhuǎn)子失速時，轉(zhuǎn)子被強制頂起，保證轉(zhuǎn)子與軸承間的必要間隙以容納油膜，防止燒瓦。油系統(tǒng)主要由兩大回路組成，即主潤滑回路及輔助回路。

3 邵陵調(diào)相機功能定位及要求

在邵陵站加裝的兩臺調(diào)相機主要為中州換流站和駐馬店換流站惡劣工況下提供所必要的運行基礎，就近支撐豫南電網(wǎng)500kV電網(wǎng)電壓，利用勵磁調(diào)節(jié)器的快速響應，穩(wěn)定系統(tǒng)電壓來壓制相繼換相失敗，故障后的電壓跌落值將明顯減小，有利于故障后換流站電壓的快速恢復，保障電壓品質(zhì)滿足準穩(wěn)態(tài)條件，提高河南電網(wǎng)及天中直流運行的安全穩(wěn)定性，減少故障情況下河南電網(wǎng)特別是南部電網(wǎng)電壓波動，并為中州換流站和駐馬店換流站提供動態(tài)無功支撐。在兩個換流站需要無功支撐時，若調(diào)相機無法及時提供足夠的無功支撐，將可能引起兩站相繼換相失敗，甚至引起大面積停電事件，調(diào)相機的穩(wěn)定運行將對整個河南電網(wǎng)起到十分突出的作用，安全責任十分重大。

邵陵變調(diào)相機位于中州換流站和駐馬店換流站中樞位置，能為兩處換流站提供動態(tài)無功支撐，同時能夠減少故障情況下河南電網(wǎng)特別是豫南部電網(wǎng)電壓波動，提高河南電網(wǎng)及兩條特高壓直流線路運行安全穩(wěn)定性。為實現(xiàn)上述功能，調(diào)相機在設計、制造階段響應了電網(wǎng)正常和特殊運行方式的功能要求。調(diào)相機在電網(wǎng)正常運行方式下兼具改善電壓品質(zhì)的功能。同步調(diào)相機運行于電動機狀態(tài)，不帶機械負載。在運行于過勵狀態(tài)時，調(diào)相機向電網(wǎng)發(fā)出感性無功功率;在運行于欠勵狀態(tài)時，從電網(wǎng)吸收感性無功功率。這樣可以減少無功在電網(wǎng)中的輸送，改善電網(wǎng)功率因數(shù)，維持區(qū)域電網(wǎng)電壓品質(zhì)。在換流站換相失敗、直流雙極閉鎖或系統(tǒng)受到擾動和短路等故障情況下，調(diào)相機具有進相和強勵功能。

參考文獻：

[1]趙永正，代海濤.高壓直流輸電系統(tǒng)中調(diào)相機的啟動與并網(wǎng)策略[J].山東電力技術，2017（2）：20-22.

[2]王雅婷，張一馳，周勤勇，等.新一代大容量調(diào)相機在電網(wǎng)中的應用研究[J].電網(wǎng)技術，2017（1）：22-28.

[3]胡一平，許國瑞，劉曉芳.特高壓近區(qū)系統(tǒng)不同程度電壓暫降下調(diào)相機的動態(tài)響應[J].大電機技術，2018（6）：32-36.

[4]沙江波，趙成勇.同步調(diào)相機對特高壓直流輸電系統(tǒng)最大傳輸功率的影響[J].高電壓技術，2018（12）：22-24.

[5]國家能源局.防止電力生產(chǎn)事故的二十五項重點要求[Z].2014.

[6]山東電力研究院.大型調(diào)相機運行維護培訓教材[M].北京：中國電力出版社，2018.