劉貴龍 李育敏 朱 瀅 林 遠 郁丹炯 吳 劍

(浙江省輻射環(huán)境監(jiān)測站/浙江省輻射環(huán)境安全監(jiān)測重點實驗室，杭州 310000)

0 引言

世界同步調(diào)相機研制始于20世紀初葉。在美國，1913—1931年，先后研制和投運了15 MVA(1913年)、30 MVA(1919年)、40 MVA(1923年)、50 MVA(1926年)和75 MVA(1931年)空冷調(diào)相機。1926年，美國GE公司研制成功世界首臺氫外冷發(fā)電機(50 MW，25 Hz，1500 r/min)，并作調(diào)相機運行。1928年，西屋公司研制成首臺工業(yè)用氫外冷調(diào)相機，(15 MVA，900 r/min)。1930年，美國研制成功多臺氫冷調(diào)相機，其最大容量為40 MVA(1937年)。二戰(zhàn)期間，調(diào)相機發(fā)展停滯。

二戰(zhàn)結(jié)束后，世界電力工業(yè)恢復(fù)發(fā)展，同步調(diào)相機發(fā)展重新起步。1940年后期至1950年，美國、英國、法國等研制成功一批37.5～80 MVA的同步調(diào)相機。1960年，研制成功60 MVA級至150 MVA級同步調(diào)相機。1970—1980年上半葉是同步調(diào)相機技術(shù)迅速發(fā)展的時期，先后研制成功345 MVA全水冷同步調(diào)相機(ASEA，1971年)以及160 MVA、250 MVA、320 MVA氫冷同步調(diào)相機。在中國，1950—1970年先后研制成功15 MVA、30 MVA空冷調(diào)相機及60 MVA氫冷調(diào)相機，試制成功120 MVA、250 MVA同步調(diào)相機。

近年來，同步調(diào)相機又重新引起重視，除中國國家電網(wǎng)裝設(shè)一大批300 MVA級同步調(diào)相機外，國外也在發(fā)展大型同步調(diào)相機，例如意大利Sardinia超高壓/高壓電網(wǎng)裝設(shè)了2臺250 MVA空冷同步調(diào)相機。意大利Sardinia的超高壓/高壓電網(wǎng)是意大利國家電網(wǎng)的一部分，歸Terna所有和運營。意大利電網(wǎng)中安裝的舊的調(diào)相機大部分采用氫水冷卻，這種方法雖然很普遍，尤其是非常大的發(fā)電機，但也有一些缺點，如維護停機頻繁，且有火險和爆炸風(fēng)險。因此，為了更經(jīng)得起考驗并獲得廉價和可靠的技術(shù)，意大利在2014年將2臺250 MVA空冷同步調(diào)相機安裝在Codrongianos變電站內(nèi)。

在我國特高壓建設(shè)中，江蘇電網(wǎng)投運的第一個同步調(diào)相機工程是泰州2×300兆乏同步調(diào)相機工程。作為華東電網(wǎng)應(yīng)用同步調(diào)相機站點之一，在泰州換流站裝設(shè)同步調(diào)相機有利于為電網(wǎng)的無功電壓調(diào)節(jié)提供有效的技術(shù)手段，為高比例直流受電的局部電網(wǎng)提供動態(tài)無功支撐，減小交流電網(wǎng)故障時直流換相失敗的范圍和概率，有利于電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。調(diào)相機由定子、轉(zhuǎn)子及勵磁系統(tǒng)組成。電力系統(tǒng)的能源供給者有發(fā)電機和調(diào)相機。調(diào)相機是吸收系統(tǒng)少量的有功功率來供給本身的能量損耗，向系統(tǒng)發(fā)出無功功率或吸收無功功率。調(diào)相機不需要原動機，但必須和電網(wǎng)并列運行，而不能單獨運行。

泰州2×300兆乏同步調(diào)相機工程位于江蘇省泰州興化市。調(diào)相機站緊鄰±800 kV換流站西南側(cè)布置，調(diào)相機外形圖見圖1。建設(shè)規(guī)模：①調(diào)相機：三相、隱極機、自并勵靜止勵磁同步調(diào)相機，建設(shè)2×300 Mvar同步調(diào)相機；冷卻方式采用空冷和雙水內(nèi)冷；單機額定容量為300 Mvar，單機容量調(diào)節(jié)范圍為-150 Mvar～300 Mvar。額定頻率為50 Hz；頻率范圍為45～55 Hz(長期)、40～60 Hz(短時擾動)。調(diào)相機采用2臺調(diào)相機同軸布置，共用轉(zhuǎn)子檢修空間。②500 kV主變壓器：建設(shè)2臺容量均為360 MVA主變壓器，采用常州東芝變壓器有限公司生產(chǎn)的三相一體變壓器，500 kV/20 kV主變，升壓接至換流站交流500 kV母線。單元接線至換流站交流500 kV母線，調(diào)相機出口不設(shè)置斷路器。③調(diào)相機內(nèi)冷系統(tǒng)：兼容雙水內(nèi)冷方式(定子繞組、轉(zhuǎn)子繞組水冷，定子鐵芯空冷)和全空氣冷卻方式。外部冷卻系統(tǒng)采用開式循環(huán)水冷卻系統(tǒng)。④供水系統(tǒng)：調(diào)相機站用水取自換流站內(nèi)供水主管道，按最大用水量設(shè)計供水系統(tǒng)，不限制調(diào)相機運行方式。水池備用按3天考慮。⑤站內(nèi)水處理系統(tǒng)：除鹽水制備系統(tǒng)采用“活性炭過濾+兩級反滲透+脫氣膜+電除鹽”工藝。并配置相應(yīng)的膜處理加藥設(shè)施。⑥站內(nèi)排水系統(tǒng)：調(diào)相機站內(nèi)采用有組織分流制排水體制，即雨水及循環(huán)水排水系統(tǒng)、生活污水排水系統(tǒng)和事故排油系統(tǒng)。⑦工業(yè)水池：建設(shè)工業(yè)水池一座，工業(yè)水補充水源引接自調(diào)相機站的水源。工業(yè)水池要求儲存滿足3天的冷卻水補充水量。

圖1 單個同步調(diào)相機外形圖

1 主要環(huán)境影響特征

同步調(diào)相機是一種特殊運行狀態(tài)下的同步電機，能在勵磁系統(tǒng)作用下自動地在電網(wǎng)電壓降低時增加輸出無功以維持電壓，平滑地改變無功功率的大小和方向；對于特高壓直流輸電系統(tǒng)來說，調(diào)相機可以在直流系統(tǒng)發(fā)生嚴重電壓跌落故障時短時內(nèi)提供大量無功，為系統(tǒng)提供緊急無功電壓支撐，有助于直流功率和系統(tǒng)電壓迅速恢復(fù)，防止電壓崩潰。同步調(diào)相機工程是電網(wǎng)建設(shè)采用的新技術(shù)，目前均與特高壓換流站緊鄰建設(shè)。

同步調(diào)相機工程對環(huán)境的影響主要有：電氣設(shè)備、主變壓器及冷卻裝置運行產(chǎn)生的工頻電場、工頻磁場、噪聲，工作人員生活產(chǎn)生的生活污水、固體廢物對周圍環(huán)境的影響，同步調(diào)相機工程產(chǎn)生的冷卻塔循環(huán)排水及反滲透濃水排放對周圍水環(huán)境的影響。

(1)工頻電場、工頻磁場

站內(nèi)的工頻電場、工頻磁場主要產(chǎn)生于配電裝置的母線下及電氣設(shè)備附近。站內(nèi)各種帶電電氣設(shè)備包括變壓器、斷路器、電流互感器、勵磁控制系統(tǒng)等對周圍環(huán)境產(chǎn)生一定的工頻電場、工頻磁場。

(2)噪聲

工程的設(shè)備聲源主要來自工程調(diào)相機廠房、主變壓器、水泵房、機力通風(fēng)冷卻塔通風(fēng)及淋水噪聲等。

(3)廢污水

調(diào)相機站運行工作人員產(chǎn)生的生活污水，調(diào)相機站除鹽系統(tǒng)產(chǎn)生的除鹽水(清下水)及循環(huán)水系統(tǒng)排水(清下水)，清洗除鹽系統(tǒng)中膜處理系統(tǒng)化學(xué)清洗及超濾加強反洗水，主變壓器等發(fā)生事故時產(chǎn)生的變壓器油。

(4)固體廢物

工程巡檢人員日?；顒赢a(chǎn)生少量生活垃圾，工程運行過程中會產(chǎn)生廢舊蓄電池，除鹽系統(tǒng)DTRO膜更換產(chǎn)生的碟管式膜片膜柱，主變發(fā)生事故時排出的廢變壓器油。

2 工程環(huán)境影響監(jiān)測與調(diào)查

2.1 工程環(huán)境影響監(jiān)測

本次現(xiàn)場監(jiān)測選取了工頻電場、工頻磁場、噪聲為監(jiān)測項目。監(jiān)測儀器及相應(yīng)的技術(shù)參數(shù)見表1，監(jiān)測布點見表2，監(jiān)測期間設(shè)備運行工況見表3。

表1 監(jiān)測儀器及相應(yīng)技術(shù)參數(shù)

表2 監(jiān)測布點

表3 運行工況

監(jiān)測天氣條件選擇晴天良好天氣測量，避免大風(fēng)、雨、雪、冰雹等天氣的影響。監(jiān)測結(jié)果見表4、表5。

表4 工頻電場強度、磁感應(yīng)強度測量結(jié)果

表5 噪聲監(jiān)測結(jié)果

由表4及表5可見，調(diào)相機站四周圍墻外的工頻電場、工頻磁場、噪聲均小于相應(yīng)標準限值要求。

2.2 工程環(huán)境影響調(diào)查

(1)水環(huán)境影響調(diào)查

調(diào)相機站區(qū)雨水經(jīng)設(shè)置在道路邊場地上的雨水口收集后，通過地下排水管道排至換流站雨水管網(wǎng)系統(tǒng)。其他水環(huán)境影響分析如下：

①調(diào)相機站除鹽系統(tǒng)產(chǎn)生的除鹽水及循環(huán)水系統(tǒng)排水

為滿足循環(huán)水的使用要求，調(diào)相機站內(nèi)設(shè)置了一套除鹽系統(tǒng)，自來水先經(jīng)除鹽系統(tǒng)除鹽后，再循環(huán)使用。除鹽水制備系統(tǒng)采用“活性炭過濾+兩級反滲透+脫氣膜+電除鹽”工藝，并配置相應(yīng)的膜處理加藥設(shè)施。

根據(jù)調(diào)相機每周補充水量，水處理設(shè)備容量按1周內(nèi)產(chǎn)生80 m3除鹽水設(shè)計，設(shè)置1套出力為1 m3/h的除鹽水處理裝置，并設(shè)1臺100 m3的除鹽水箱用于儲存調(diào)相機轉(zhuǎn)子、定子系統(tǒng)冷卻水補水。除鹽系統(tǒng)產(chǎn)生的除鹽水量約為12.0 m3/d，該部分排水屬于清下水，隨循環(huán)水排污水一起排放。

循環(huán)水系統(tǒng)排水：調(diào)相機冷卻系統(tǒng)采用帶機械通風(fēng)冷卻塔的循環(huán)供水系統(tǒng)。生產(chǎn)、消防、生活系統(tǒng)水源從泰州換流站主體工程引接。循環(huán)水系統(tǒng)擬采用母管制供水系統(tǒng)，其流程為：補給水→冷卻塔集水池→循環(huán)水回水管→循環(huán)水泵房→循環(huán)水供水壓力管→調(diào)相機冷卻換熱系統(tǒng)→循環(huán)水排水壓力管→冷卻塔→冷卻塔集水池。外部冷卻系統(tǒng)采用機械通風(fēng)冷卻塔冷卻，開式循環(huán)，由于蒸發(fā)水損失、風(fēng)吹水損失及排污水損失，單臺機組補水量約10.95 m3/h(循環(huán)水量620 m3/h)。本階段調(diào)相機按照上海電機廠滿出力單臺冷卻水量為620 m3/h，總冷卻水量為1261.9 m3/h，補給水量21.9 m3/h。本項目采用開式機力塔二次循環(huán)水冷卻系統(tǒng)，輔機循環(huán)水補水采用自來水。循環(huán)水濃縮倍率均按3.0進行設(shè)計。

調(diào)相機站的除鹽系統(tǒng)產(chǎn)生的除鹽水(清下水)及循環(huán)水系統(tǒng)的排水(清下水)總排水量約為141.6 m3/d，其中除鹽系統(tǒng)產(chǎn)生的除鹽水量為12.0 m3/d，循環(huán)水系統(tǒng)的排水量為129.6 m3/d。調(diào)相機站的循環(huán)系統(tǒng)產(chǎn)生的排水、除鹽水制備系統(tǒng)產(chǎn)生的反滲透濃水均為清下水，排至站內(nèi)雨水收集池，通過雨水管網(wǎng)排入泰州換流站雨水排放系統(tǒng)。由于循環(huán)冷卻水排水為“清凈下水”，不屬于污水，排至站外溝渠后，經(jīng)自然水體的稀釋，不會對附近地表水環(huán)境產(chǎn)生不良影響。

②除鹽水處理裝置膜處理系統(tǒng)化學(xué)清洗廢水、超濾加強反洗水

廢水的種類主要包括除鹽水處理加強反洗廢水、膜清洗、沖洗廢水，主要為COD、pH值超標，一般一年清洗2次。調(diào)相機站內(nèi)設(shè)有2個5 m3廢水貯存池，一個為化學(xué)清洗廢水箱，一個為中和廢水箱。布置于除鹽水處理車間北面室外部分，兩臺廢水泵布置于除鹽水處理設(shè)備上，與除鹽水處理設(shè)備成套布置。膜處理系統(tǒng)化學(xué)清洗廢水排至化學(xué)清洗廢水箱，超濾加強反洗水排放至中和廢水箱，定期外運處理。

③生活污水

調(diào)相機站新建工程產(chǎn)生的生活污水主要來源于值班人員間斷產(chǎn)生的生活污水。調(diào)相機站與泰州換流站運行人員一致，運維班采用3班制，每班運行人員約10人，運維人員生活污水利用泰州換流站已建的地埋式生活污水處理裝置進行處理，處理后用于站內(nèi)綠化，不外排，對周圍水環(huán)境沒有影響。

(2)固體廢物環(huán)境影響調(diào)查

調(diào)相機站固廢主要來源于主控制樓內(nèi)工作人員產(chǎn)生的生活垃圾、廢舊蓄電池及反滲透膜片膜柱。

調(diào)相機站內(nèi)設(shè)有垃圾收集箱(桶)短暫存放垃圾，每天僅產(chǎn)生少量的生活垃圾。并有保潔人員定期打掃并集中收集外運至鄰近城鎮(zhèn)垃圾收集站，統(tǒng)一處理。調(diào)相機站內(nèi)設(shè)置了事故油池，當(dāng)發(fā)生事故時，排出的油經(jīng)事故油池統(tǒng)一收集，交由有資質(zhì)單位回收處理，不外排。站內(nèi)蓄電池一般使用壽命為10年，調(diào)相機站尚無廢舊蓄電池產(chǎn)生。DTRO膜是反滲透的一種方式，主要為碟管式膜片膜柱，該碟管式膜片膜柱一般4～5年更換一次，定期由生產(chǎn)廠家回收處理。

3 結(jié)論

作為江蘇電網(wǎng)投運的第一個調(diào)相機工程，通過對泰州2×300兆乏調(diào)相機工程中調(diào)相機站的現(xiàn)場調(diào)查及周圍環(huán)境的實測，結(jié)果表明：

(1)同步調(diào)相機工程對周圍的電磁輻射環(huán)境和噪聲影響較小，其中工程產(chǎn)生的工頻電場、工頻磁場、噪聲均小于相應(yīng)標準限值要求。

(2)雖然除鹽系統(tǒng)產(chǎn)生的除鹽水(清下水)及循環(huán)水系統(tǒng)的排水(清下水)總排水量較大，但是其屬于清下水，不屬于污水，排至站外溝渠后，經(jīng)自然水體的稀釋，不會對附近地表水環(huán)境產(chǎn)生不良影響。

(3)廢水種類中除鹽水處理加強反洗廢水、膜清洗、沖洗廢水，其主要為COD、pH值超標，由廢水貯存池收貯后定期外運處理。

(4)調(diào)相機站固廢對周圍環(huán)境基本無影響。生活垃圾由保潔人員定期打掃并集中收集外運至鄰近城鎮(zhèn)垃圾收集站，統(tǒng)一處理；站內(nèi)蓄電池一般使用壽命為10年，到期后由廠家回收處理；碟管式膜片膜柱，一般4～5年更換一次，由生產(chǎn)廠家回收處理。