河南調(diào)相機(jī)項目背景及功能定位分析

楊宗璞

摘 要：新一代調(diào)相機(jī)屬于同步電動機(jī)，掛網(wǎng)運(yùn)行時，消耗電網(wǎng)能量，以維持額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行。在高壓直流輸電系統(tǒng)發(fā)生嚴(yán)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(fēng)險，宜加裝調(diào)相機(jī)。本文主要對河南調(diào)相機(jī)項目背景及功能定位進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：調(diào)相機(jī);功能定位;發(fā)展前景

中圖分類號：TM721.1 文獻(xiàn)標(biāo)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(yùn)后，河南電網(wǎng)成為典型的特高壓交直流混聯(lián)電網(wǎng)，預(yù)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(jī)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(jī)總?cè)萘繛?6?685.15MW，同年豫南地區(qū)最大供電負(fù)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(jī)容量為660MW（2×330MW），2016年漯河供電區(qū)最大負(fù)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(jī)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(jī)發(fā)展前景

1.1 新能源對電網(wǎng)的影響及主要應(yīng)對措施

近年來，我國風(fēng)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(fù)荷區(qū)域分布不均衡，81%的風(fēng)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(fēng)電、光伏發(fā)電富集地區(qū)負(fù)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(jī)能提升新能源遠(yuǎn)距離傳輸?shù)目箶_性能，提高對系統(tǒng)的正向作用力，增強(qiáng)特高壓直流輸送能力。調(diào)相機(jī)能提供大容量動態(tài)無功輸出，具有過載能力強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)性好、使用壽命長等特點(diǎn)，相比其他無功補(bǔ)償裝置具有比較顯著的優(yōu)勢[1-3]。

1.2 各類機(jī)組裝機(jī)容量及調(diào)相機(jī)應(yīng)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(kuò)大利用規(guī)模，提高非化石能源在能源消費(fèi)中的比重，促進(jìn)非化石能源全方位、多元化、規(guī)模化和產(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(shè)加快的形勢下，電網(wǎng)系統(tǒng)將需要更多的調(diào)相機(jī)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(fēng)險，在電網(wǎng)受到擾動或出現(xiàn)故障時，調(diào)相機(jī)能快速響應(yīng)穩(wěn)定系統(tǒng)電壓。未來，調(diào)相機(jī)專業(yè)具有成長為運(yùn)維關(guān)鍵支撐性專業(yè)的潛質(zhì)，可大幅提升運(yùn)維專業(yè)在生產(chǎn)體系中的地位。超前謀劃、科學(xué)管理的調(diào)相機(jī)項目或?qū)⒊蔀楹幽想娏︼w躍發(fā)展的契機(jī)。

2 調(diào)相機(jī)設(shè)備實(shí)現(xiàn)

調(diào)相機(jī)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(dǎo)致調(diào)相機(jī)無法正常運(yùn)轉(zhuǎn)[4-6]。對調(diào)相機(jī)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(jī)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(shè)備的配合及二次設(shè)備的保護(hù)。

2.1 調(diào)相機(jī)本體主要構(gòu)成及主要功能

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

2.2 勵磁系統(tǒng)主要構(gòu)成及主要功能

調(diào)相機(jī)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(hù)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(jī)啟動，在運(yùn)行過程中維持調(diào)相機(jī)電壓水平，調(diào)節(jié)無功出力。保護(hù)主要包括勵磁過流保護(hù)、勵磁繞組過負(fù)荷保護(hù)。

2.3 SFC系統(tǒng)主要構(gòu)成及主要功能

調(diào)相機(jī)靜止變頻啟動SFC系統(tǒng)主要功能是將調(diào)相機(jī)機(jī)組從靜止?fàn)顟B(tài)或任一轉(zhuǎn)速下調(diào)整到目標(biāo)轉(zhuǎn)速3?150r/min，完成調(diào)相機(jī)機(jī)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(guān)、SFC切換開關(guān)和SFC隔離開關(guān)等組成。SFC進(jìn)線斷路器分閘失敗或SFC系統(tǒng)隔離開關(guān)分閘失敗會導(dǎo)致調(diào)相機(jī)啟動過程中故障停機(jī)。

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(jī)本體提供冷卻，防止本體因過熱發(fā)生機(jī)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(jī)定子和轉(zhuǎn)子繞組進(jìn)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(jī)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(jī)在起動、停機(jī)、正常運(yùn)行和事故工況下正常工作，調(diào)相機(jī)有一套較為復(fù)雜的油系統(tǒng)，為安裝在轉(zhuǎn)子端部的滑動軸承提供強(qiáng)制潤滑冷卻油液。在機(jī)組啟動和轉(zhuǎn)子失速時，轉(zhuǎn)子被強(qiáng)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(jī)功能定位及要求

在邵陵站加裝的兩臺調(diào)相機(jī)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(yùn)行基礎(chǔ)，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(yīng)，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(fù)，保障電壓品質(zhì)滿足準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)條件，提高河南電網(wǎng)及天中直流運(yùn)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(jī)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(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行將對整個河南電網(wǎng)起到十分突出的作用，安全責(zé)任十分重大。

邵陵變調(diào)相機(jī)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(yùn)行安全穩(wěn)定性。為實(shí)現(xiàn)上述功能，調(diào)相機(jī)在設(shè)計、制造階段響應(yīng)了電網(wǎng)正常和特殊運(yùn)行方式的功能要求。調(diào)相機(jī)在電網(wǎng)正常運(yùn)行方式下兼具改善電壓品質(zhì)的功能。同步調(diào)相機(jī)運(yùn)行于電動機(jī)狀態(tài)，不帶機(jī)械負(fù)載。在運(yùn)行于過勵狀態(tài)時，調(diào)相機(jī)向電網(wǎng)發(fā)出感性無功功率;在運(yùn)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(jī)具有進(jìn)相和強(qiáng)勵功能。

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