河南調相機項目背景及功能定位分析

楊宗璞

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

關鍵詞：調相機;功能定位;發展前景

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

電網方面，天中特高壓直流輸電工程投運后，河南電網成為典型的特高壓交直流混聯電網，預計天中直流滿送后，河南電網動態無功不足和電壓穩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，天中直流發生雙擊閉鎖故障，豫南電網電壓失穩。裝機方面，截至2016年底，豫南電網（包括許昌、周口、漯河、平頂山、南陽、駐馬店、信陽7個供電區）統調電廠裝機總容量為16?685.15MW，同年豫南地區最大供電負荷為16?750.7MW，全社會用電量為819.15×108kW·h。漯河供電區僅有統調電廠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 調相機發展前景

1.1 新能源對電網的影響及主要應對措施

近年來，我國風電、光伏發電等新能源發展勢頭迅猛，但是我國新能源資源分布與用電負荷區域分布不均衡，81%的風電分布在“三北”地區，50%的太陽能發電分布在西部省份，由于風電、光伏發電富集地區負荷規模偏小，消納空間有限，因此集中開發的部分新能源需要跨區輸送。大容量調相機能提升新能源遠距離傳輸的抗擾性能，提高對系統的正向作用力，增強特高壓直流輸送能力。調相機能提供大容量動態無功輸出，具有過載能力強、經濟性好、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勢[1-3]。

1.2 各類機組裝機容量及調相機應用前景

《河南省“十三五”能源發展規劃》要求突出結構調整，加快發展非化石能源，把發展非化石能源作為新時期能源發展的主攻方向，鼓勵優先開發和利用非化石能源，不斷擴大利用規模，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、規模化和產業化發展。在火電發展受限、電能替代加快、特高壓直流電網建設加快的形勢下，電網系統將需要更多的調相機來維持電網系統穩定，以降低新能源給系統帶來的穩定性風險，在電網受到擾動或出現故障時，調相機能快速響應穩定系統電壓。未來，調相機專業具有成長為運維關鍵支撐性專業的潛質，可大幅提升運維專業在生產體系中的地位。超前謀劃、科學管理的調相機項目或將成為河南電力飛躍發展的契機。

2 調相機設備實現

調相機系統由勵磁系統、冷卻系統、油系統等子系統構成，各子系統之間相互支撐、相輔相成，任意一個子系統出現問題都將導致調相機無法正常運轉[4-6]。對調相機直接支撐的系統有勵磁系統、冷卻系統、油系統、盤車和DCS，對調相機間接支撐的系統有SFC系統、直流電源系統和站用電系統，同時需要一次設備的配合及二次設備的保護。

2.1 調相機本體主要構成及主要功能

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

2.2 勵磁系統主要構成及主要功能

調相機勵磁系統主要包括自動電壓調節器、可控硅整流裝置、滅磁及過電壓保護裝置、啟動勵磁系統、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完成調相機啟動，在運行過程中維持調相機電壓水平，調節無功出力。保護主要包括勵磁過流保護、勵磁繞組過負荷保護。

2.3 SFC系統主要構成及主要功能

調相機靜止變頻啟動SFC系統主要功能是將調相機機組從靜止狀態或任一轉速下調整到目標轉速3?150r/min，完成調相機機組啟動及快速再重啟。SFC系統主要由隔離變壓器、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系統隔離開關分閘失敗會導致調相機啟動過程中故障停機。

2.4 冷卻系統主要構成及主要功能

冷卻系統為調相機本體提供冷卻，防止本體因過熱發生機械變形、絕緣老化等問題。冷卻系統主要包括內冷水系統和外冷水系統。內冷水系統包括定子冷卻水系統和轉子冷卻水系統，主要為調相機定子和轉子繞組進行冷卻。外冷水系統用于冷卻內冷水、潤滑油以及調相機內循環熱空氣。

2.5 油系統主要構成及主要功能

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

3 邵陵調相機功能定位及要求

在邵陵站加裝的兩臺調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500kV電網電壓，利用勵磁調節器的快速響應，穩定系統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，保障電壓品質滿足準穩態條件，提高河南電網及天中直流運行的安全穩定性，減少故障情況下河南電網特別是南部電網電壓波動，并為中州換流站和駐馬店換流站提供動態無功支撐。在兩個換流站需要無功支撐時，若調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，調相機的穩定運行將對整個河南電網起到十分突出的作用，安全責任十分重大。

邵陵變調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無功支撐，同時能夠減少故障情況下河南電網特別是豫南部電網電壓波動，提高河南電網及兩條特高壓直流線路運行安全穩定性。為實現上述功能，調相機在設計、制造階段響應了電網正常和特殊運行方式的功能要求。調相機在電網正常運行方式下兼具改善電壓品質的功能。同步調相機運行于電動機狀態，不帶機械負載。在運行于過勵狀態時，調相機向電網發出感性無功功率;在運行于欠勵狀態時，從電網吸收感性無功功率。這樣可以減少無功在電網中的輸送，改善電網功率因數，維持區域電網電壓品質。在換流站換相失敗、直流雙極閉鎖或系統受到擾動和短路等故障情況下，調相機具有進相和強勵功能。

參考文獻：

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

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

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

[4]沙江波，趙成勇.同步調相機對特高壓直流輸電系統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.防止電力生產事故的二十五項重點要求[Z].2014.

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