送端調(diào)相機站用變?nèi)萘坑嬎慵罢居秒娊泳€研究

李 磊

（中國電力工程顧問集團西北電力設計院有限公司，陜西西安 710075）

根據(jù)國家電網(wǎng)公司“研究部署調(diào)相機在電網(wǎng)中應用工作會議”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)中建設一批調(diào)相機組。按照換流站的設置情況可分為送端調(diào)相機和受端調(diào)相機。首批建設了酒泉、扎魯特、泰州、湘潭、古泉、錫盟、臨沂、雅中8個調(diào)相機站共17臺調(diào)相機組。隨著直流換流站的不斷建設，多個換流站要求同步建設調(diào)相機組，在今后陸續(xù)啟動建設一批調(diào)相機組項目。

隨著我國這些年電力工程的迅速發(fā)展，火電（水電）機組領域的廠用電負荷特性研究已取得大量研究成果及經(jīng)驗，換流站配套的調(diào)相機作為相對較新的工程項目，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)驗均很少，相關的研究均在起步階段。隨著換流站項目建設的不斷發(fā)展，我國調(diào)相機項目建設已進入實質(zhì)階段，對調(diào)相機站用電接線及站用變?nèi)萘窟x擇的研究也成為當務之急。該研究完成相關分析后，可對電氣設備選型及優(yōu)化提供指導性建議。

1 調(diào)相機站用變?nèi)萘窟x擇的研究

1.1 調(diào)相機的系統(tǒng)組成

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

圖1 調(diào)相機的系統(tǒng)組成

在調(diào)相機系統(tǒng)中，啟動系統(tǒng)采用SFC 變頻啟動方式，每臺調(diào)相機設置一套SFC 變頻啟動裝置，兩套SFC 變頻啟動裝置通過切換開關聯(lián)絡，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)相機轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制。②交流側整流器的控制：具有速度調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器。交流側整流器產(chǎn)生的直流側電流與電機實際轉(zhuǎn)矩成比例。③電機側逆變器的電子換相，即直接連接電流根據(jù)轉(zhuǎn)子的實際位置接通到相應的定子繞組以獲得實際最大的電機轉(zhuǎn)矩。④控制還計算了勵磁電流的設定值，并通過勵磁進行控制。

邏輯順序控制確保調(diào)相機的運行和操作安全，分為以下幾類：①輔助設備的開關和控制。調(diào)相機系統(tǒng)內(nèi)各開關的安全合閘/分閘的指令信號，控制開關的合分。調(diào)相機系統(tǒng)內(nèi)各開關動作的定值設定，可利用閉環(huán)調(diào)節(jié)器的信號實現(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)相機能立即停機。③診斷、檢測和發(fā)布相應的信息。外部故障及硬件故障等均可被診斷，可進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)相機站用電的負荷組成

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

1.3 調(diào)相機站用電的負荷分析

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

1.3.1 調(diào)相機的啟動系統(tǒng)（SFC）負荷

根據(jù)SFC 裝置的設備要求，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 饋線類型負荷進行配置。

1.3.2 400 V站用低壓負荷

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

從調(diào)相機低壓負荷特性的分析來看，調(diào)相機工程的負荷有長期連續(xù)負荷、短時連續(xù)負荷、短時斷續(xù)負荷、啟動負荷等，對于不同的設備，設備運行參數(shù)會發(fā)生相應變化，但其負荷特性，如是否需保安電源、運行時間長短等電氣廠用電計算需要的特性不會有較大的改變，因此參考火力發(fā)電廠負荷的分類方法，調(diào)相機工程可按照廠用電負荷對人身安全和設備安全的重要性，可分為0類負荷和非0類負荷。廠用電負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備安全的廠用電負荷，稱為0類負荷，此外的廠用電負荷均可視作非0類負荷。

0類負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類負荷，即不停電負荷。在機組運行期間及停機（包括事故停機）過程中，甚至在停機以后的一段時間內(nèi)，需進行連續(xù)供電的負荷，稱為不停電負荷，簡稱0 I 類負荷，此類負荷應由交流不間斷電源（UPS）供電。

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

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

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

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

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

（3）Ⅲ類負荷。長時間停電不會直接影響生產(chǎn)的負荷。

400 V 站用低壓負荷的特性：對于調(diào)相機工程的低壓站用負荷，控制、保護類及直流潤滑油泵均為0類負荷分類，采用UPS、直流系統(tǒng)提供電源。對于調(diào)相機本體的輔機、冷卻水系統(tǒng)、暖通系統(tǒng)等其他系統(tǒng)均按非0類負荷分類，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)相機機組工程為例，其400 V 站用變?nèi)萘坑嬎阋姳?。

表1 站用變?nèi)萘坑嬎?/p>

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

2 調(diào)相機站用電接線的選擇

對于大型調(diào)相機工程，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。整個工程設置兩臺低壓站用變，設置兩段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 結束語

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