李 磊

（中國電力工程顧問集團(tuán)西北電力設(shè)計(jì)院有限公司，陜西西安 710075）

根據(jù)國家電網(wǎng)公司“研究部署調(diào)相機(jī)在電網(wǎng)中應(yīng)用工作會議”精神，為提高電網(wǎng)安全穩(wěn)定水平，規(guī)劃在國家電網(wǎng)公司骨干電網(wǎng)中建設(shè)一批調(diào)相機(jī)組。按照換流站的設(shè)置情況可分為送端調(diào)相機(jī)和受端調(diào)相機(jī)。首批建設(shè)了酒泉、扎魯特、泰州、湘潭、古泉、錫盟、臨沂、雅中8個調(diào)相機(jī)站共17臺調(diào)相機(jī)組。隨著直流換流站的不斷建設(shè)，多個換流站要求同步建設(shè)調(diào)相機(jī)組，在今后陸續(xù)啟動建設(shè)一批調(diào)相機(jī)組項(xiàng)目。

隨著我國這些年電力工程的迅速發(fā)展，火電（水電）機(jī)組領(lǐng)域的廠用電負(fù)荷特性研究已取得大量研究成果及經(jīng)驗(yàn)，換流站配套的調(diào)相機(jī)作為相對較新的工程項(xiàng)目，其站用電接線及站用變?nèi)萘窟x擇的研究目前在國內(nèi)成果及經(jīng)驗(yàn)均很少，相關(guān)的研究均在起步階段。隨著換流站項(xiàng)目建設(shè)的不斷發(fā)展，我國調(diào)相機(jī)項(xiàng)目建設(shè)已進(jìn)入實(shí)質(zhì)階段，對調(diào)相機(jī)站用電接線及站用變?nèi)萘窟x擇的研究也成為當(dāng)務(wù)之急。該研究完成相關(guān)分析后，可對電氣設(shè)備選型及優(yōu)化提供指導(dǎo)性建議。

1 調(diào)相機(jī)站用變?nèi)萘窟x擇的研究

1.1 調(diào)相機(jī)的系統(tǒng)組成

調(diào)相機(jī)系統(tǒng)通常由調(diào)相機(jī)本體、勵磁系統(tǒng)、升壓變、啟動系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、油系統(tǒng)、控制保護(hù)系統(tǒng)組成。系統(tǒng)組成如圖1所示。

圖1 調(diào)相機(jī)的系統(tǒng)組成

在調(diào)相機(jī)系統(tǒng)中，啟動系統(tǒng)采用SFC 變頻啟動方式，每臺調(diào)相機(jī)設(shè)置一套SFC 變頻啟動裝置，兩套SFC 變頻啟動裝置通過切換開關(guān)聯(lián)絡(luò)，互為備用。

SFC 變頻器裝置主要由輸入變壓器、晶閘管整流器、直流電抗器、晶閘管逆變器、輸出變壓器等設(shè)備組成。SFC 變頻器控制系統(tǒng)的主要功能包括閉環(huán)控制、邏輯順序控制和診斷系統(tǒng)。

閉環(huán)控制分為4個主要部分：①調(diào)相機(jī)轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制。②交流側(cè)整流器的控制：具有速度調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器。交流側(cè)整流器產(chǎn)生的直流側(cè)電流與電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)矩成比例。③電機(jī)側(cè)逆變器的電子換相，即直接連接電流根據(jù)轉(zhuǎn)子的實(shí)際位置接通到相應(yīng)的定子繞組以獲得實(shí)際最大的電機(jī)轉(zhuǎn)矩。④控制還計(jì)算了勵磁電流的設(shè)定值，并通過勵磁進(jìn)行控制。

邏輯順序控制確保調(diào)相機(jī)的運(yùn)行和操作安全，分為以下幾類：①輔助設(shè)備的開關(guān)和控制。調(diào)相機(jī)系統(tǒng)內(nèi)各開關(guān)的安全合閘/分閘的指令信號，控制開關(guān)的合分。調(diào)相機(jī)系統(tǒng)內(nèi)各開關(guān)動作的定值設(shè)定，可利用閉環(huán)調(diào)節(jié)器的信號實(shí)現(xiàn)對定值的動態(tài)調(diào)節(jié)。②故障信號內(nèi)部和外部連鎖，使得調(diào)相機(jī)能立即停機(jī)。③診斷、檢測和發(fā)布相應(yīng)的信息。外部故障及硬件故障等均可被診斷，可進(jìn)行故障的快速定位和消除。所有的故障信息都以附帶有日期和時(shí)間的文本方式在操作界面上顯示，或傳送至上監(jiān)控系統(tǒng)作為成組的故障信息。

1.2 調(diào)相機(jī)站用電的負(fù)荷組成

調(diào)相機(jī)站用電負(fù)荷主要是由調(diào)相機(jī)本體系統(tǒng)的用電負(fù)荷、外冷系統(tǒng)用電負(fù)荷、電控系統(tǒng)用電負(fù)荷及其他系統(tǒng)用電負(fù)荷等組成。①調(diào)相機(jī)本體系統(tǒng)負(fù)荷包含其勵磁系統(tǒng)、啟動系統(tǒng)及調(diào)相機(jī)的油水系統(tǒng)。②外冷系統(tǒng)負(fù)荷包含冷卻水循環(huán)泵、冷卻風(fēng)機(jī)、冷卻系統(tǒng)加熱器等負(fù)荷組成。③電控系統(tǒng)用電負(fù)荷包含直流系統(tǒng)、UPS 系統(tǒng)、熱控控制系統(tǒng)負(fù)荷等。④其他系統(tǒng)用電包含暖通空調(diào)、暖風(fēng)機(jī)及其他檢修行車等負(fù)荷。

1.3 調(diào)相機(jī)站用電的負(fù)荷分析

從目前所設(shè)計(jì)的送端調(diào)相機(jī)工程的負(fù)荷特點(diǎn)來看，調(diào)相機(jī)的啟動系統(tǒng)（SFC）電負(fù)荷采用的是10 kV 的高壓站用電，其他各系統(tǒng)的電負(fù)荷均采用的是400 V 的低壓站用電。

1.3.1 調(diào)相機(jī)的啟動系統(tǒng)（SFC）負(fù)荷

根據(jù)SFC 裝置的設(shè)備要求，SFC 裝置的電源要求采用10 kV 電壓，電源直接接入SFC 裝置的輸入變壓器。按照10 kV 饋線類型負(fù)荷進(jìn)行配置。

1.3.2 400 V站用低壓負(fù)荷

調(diào)相機(jī)的站用負(fù)荷的研究主要用于調(diào)相機(jī)站用變?nèi)萘康倪x擇，由于站用變提供的為400 V 低壓電源，調(diào)相機(jī)的啟動系統(tǒng)（SFC）電負(fù)荷單獨(dú)由其他10 kV電源系統(tǒng)提供。

從調(diào)相機(jī)低壓負(fù)荷特性的分析來看，調(diào)相機(jī)工程的負(fù)荷有長期連續(xù)負(fù)荷、短時(shí)連續(xù)負(fù)荷、短時(shí)斷續(xù)負(fù)荷、啟動負(fù)荷等，對于不同的設(shè)備，設(shè)備運(yùn)行參數(shù)會發(fā)生相應(yīng)變化，但其負(fù)荷特性，如是否需保安電源、運(yùn)行時(shí)間長短等電氣廠用電計(jì)算需要的特性不會有較大的改變，因此參考火力發(fā)電廠負(fù)荷的分類方法，調(diào)相機(jī)工程可按照廠用電負(fù)荷對人身安全和設(shè)備安全的重要性，可分為0類負(fù)荷和非0類負(fù)荷。廠用電負(fù)荷的重要性由其所屬的工藝系統(tǒng)確定。停電將直接影響到人身或重大設(shè)備安全的廠用電負(fù)荷，稱為0類負(fù)荷，此外的廠用電負(fù)荷均可視作非0類負(fù)荷。

0類負(fù)荷按其重要性程度及對電源的不同要求，可分為以下幾種類型。

（1）0Ⅰ類負(fù)荷，即不停電負(fù)荷。在機(jī)組運(yùn)行期間及停機(jī)（包括事故停機(jī)）過程中，甚至在停機(jī)以后的一段時(shí)間內(nèi)，需進(jìn)行連續(xù)供電的負(fù)荷，稱為不停電負(fù)荷，簡稱0 I 類負(fù)荷，此類負(fù)荷應(yīng)由交流不間斷電源（UPS）供電。

（2）0Ⅱ類負(fù)荷，即直流保安負(fù)荷。在發(fā)生全廠停電或在單元機(jī)組失去廠用電時(shí)，為保證機(jī)爐的安全停運(yùn)，過后能很快的重新起動，或者為防止危及人身安全等原因，需在停電時(shí)繼續(xù)用直流系統(tǒng)進(jìn)行供電的負(fù)荷，稱為直流保安負(fù)荷，簡稱0 II 類負(fù)荷，此類負(fù)荷應(yīng)由直流動力系統(tǒng)供電。

（3）0Ⅲ類負(fù)荷，即交流保安負(fù)荷。在發(fā)生全廠停電或在單元機(jī)組失去廠用電時(shí)，為保證機(jī)爐的安全停運(yùn)，過后能很快的重新起動，或者為防止危及人身安全等原因，需在停電時(shí)繼續(xù)用交流系統(tǒng)進(jìn)行供電的負(fù)荷，稱為交流保安負(fù)荷，簡稱0Ⅲ類負(fù)荷，此類負(fù)荷應(yīng)由交流保安電源系統(tǒng)供電。

非0類負(fù)荷按其在電能生產(chǎn)過程中的不同重要性，又可分為以下幾種類型。

（1）Ⅰ類負(fù)荷。短時(shí)（手動切換恢復(fù)供電所需的時(shí)間）停電可能影響設(shè)備正常使用壽命，使生產(chǎn)停頓或發(fā)電量大量下降的負(fù)荷。

（2）Ⅱ類負(fù)荷。允許短時(shí)停電，但停電時(shí)間過長，有可能影響設(shè)備正常使用壽命或影響正常生產(chǎn)的負(fù)荷。

（3）Ⅲ類負(fù)荷。長時(shí)間停電不會直接影響生產(chǎn)的負(fù)荷。

400 V 站用低壓負(fù)荷的特性：對于調(diào)相機(jī)工程的低壓站用負(fù)荷，控制、保護(hù)類及直流潤滑油泵均為0類負(fù)荷分類，采用UPS、直流系統(tǒng)提供電源。對于調(diào)相機(jī)本體的輔機(jī)、冷卻水系統(tǒng)、暖通系統(tǒng)等其他系統(tǒng)均按非0類負(fù)荷分類，從400 V 站用變引接電源。

以北方地區(qū)兩臺容量為300 MVar 的調(diào)相機(jī)機(jī)組工程為例，其400 V 站用變?nèi)萘坑?jì)算見表1。

表1 站用變?nèi)萘坑?jì)算

根據(jù)表1計(jì)算所得，上述調(diào)相機(jī)機(jī)組所需的低壓站用電源變壓器容量約為2 500 kVA。

2 調(diào)相機(jī)站用電接線的選擇

對于大型調(diào)相機(jī)工程，400 V 站用電源的接線型式可參考火力發(fā)電廠廠用低壓電源接線的型式。整個工程設(shè)置兩臺低壓站用變，設(shè)置兩段400 V 低壓站用工作段。400 V 低壓站用工作段采用單母線分段接線型式，兩臺低壓站用變?nèi)萘肯嗷ト哂鄠溆?。接線型式如圖2所示。

圖2 站用電源接線

3 結(jié)束語

文章是對已投運(yùn)北方地區(qū)大型調(diào)相機(jī)工程實(shí)際的負(fù)荷情況進(jìn)行研究與總結(jié)，對于調(diào)相機(jī)工程的低壓站用變?nèi)萘康倪x擇及站用接線型式的確定有一定的參考價(jià)值。