河南调相机项目背景及功能定位分析

杨宗璞

摘 要：新一代调相机属于同步电动机，挂网运行时，消耗电网能量，以维持额定转速运行。在高压直流输电系统发生严重电压跌落故障时，为提高系统的稳定性，降低换相失败的风险，宜加装调相机。本文主要对河南调相机项目背景及功能定位进行分析。

关键词：调相机;功能定位;发展前景

中图分类号：TM721.1 文献标识码：A 文章编号：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

电网方面，天中特高壓直流输电工程投运后，河南电网成为典型的特高压交直流混联电网，预计天中直流满送后，河南电网动态无功不足和电压稳定的问题将更加突出。2017年，在天中直流满送、长南线南送200万kW、鄂豫断面北送200万kW的情况下，天中直流发生双击闭锁故障，豫南电网电压失稳。装机方面，截至2016年底，豫南电网（包括许昌、周口、漯河、平顶山、南阳、驻马店、信阳7个供电区）统调电厂装机总容量为16 685.15MW，同年豫南地区最大供电负荷为16 750.7MW，全社会用电量为819.15×108kW·h。漯河供电区仅有统调电厂1座（华电泽华电厂），装机容量为660MW（2×330MW），2016年漯河供电区最大负荷为1 242MW，全社会用电量为59.38×108kW·h。漯河市处于中州换流站和驻马店换流站之间，漯河加装的调相机可为中州换流站和驻马店换流站的有功输出提供足够的无功支撑。

1 调相机发展前景

1.1 新能源对电网的影响及主要应对措施

近年来，我国风电、光伏发电等新能源发展势头迅猛，但是我国新能源资源分布与用电负荷区域分布不均衡，81%的风电分布在“三北”地区，50%的太阳能发电分布在西部省份，由于风电、光伏发电富集地区负荷规模偏小，消纳空间有限，因此集中开发的部分新能源需要跨区输送。大容量调相机能提升新能源远距离传输的抗扰性能，提高对系统的正向作用力，增强特高压直流输送能力。调相机能提供大容量动态无功输出，具有过载能力强、经济性好、使用寿命长等特点，相比其他无功补偿装置具有比较显著的优势[1-3]。

1.2 各类机组装机容量及调相机应用前景

《河南省“十三五”能源发展规划》要求突出结构调整，加快发展非化石能源，把发展非化石能源作为新时期能源发展的主攻方向，鼓励优先开发和利用非化石能源，不断扩大利用规模，提高非化石能源在能源消费中的比重，促进非化石能源全方位、多元化、规模化和产业化发展。在火电发展受限、电能替代加快、特高压直流电网建设加快的形势下，电网系统将需要更多的调相机来维持电网系统稳定，以降低新能源给系统带来的稳定性风险，在电网受到扰动或出现故障时，调相机能快速响应稳定系统电压。未来，调相机专业具有成长为运维关键支撑性专业的潜质，可大幅提升运维专业在生产体系中的地位。超前谋划、科学管理的调相机项目或将成为河南电力飞跃发展的契机。

2 调相机设备实现

调相机系统由励磁系统、冷却系统、油系统等子系统构成，各子系统之间相互支撑、相辅相成，任意一个子系统出现问题都将导致调相机无法正常运转[4-6]。对调相机直接支撑的系统有励磁系统、冷却系统、油系统、盘车和DCS，对调相机间接支撑的系统有SFC系统、直流电源系统和站用电系统，同时需要一次设备的配合及二次设备的保护。

2.1 调相机本体主要构成及主要功能

调相机本体主要包括定子、转子、盘车装置、集电环装置、进出水支座和轴承等部件，本体上，各类监测点共有363个，其中温度测点有227个，油水系统测点有90个，其他参数测点有46个。出线端和非出线端轴振大于250μm会导致跳机事件，转子转速超过3 300r/min会导致跳机事件。

2.2 励磁系统主要构成及主要功能

调相机励磁系统主要包括自动电压调节器、可控硅整流装置、灭磁及过电压保护装置、启动励磁系统、励磁变及启动励磁变压器等。主要功能有：在启动过程中配合SFC完成调相机启动，在运行过程中维持调相机电压水平，调节无功出力。保护主要包括励磁过流保护、励磁绕组过负荷保护。

2.3 SFC系统主要构成及主要功能

调相机静止变频启动SFC系统主要功能是将调相机机组从静止状态或任一转速下调整到目标转速3 150r/min，完成调相机机组启动及快速再重启。SFC系统主要由隔离变压器、变频启动装置、SFC输出开关、SFC切换开关和SFC隔离开关等组成。SFC进线断路器分闸失败或SFC系统隔离开关分闸失败会导致调相机启动过程中故障停机。

2.4 冷却系统主要构成及主要功能

冷却系统为调相机本体提供冷却，防止本体因过热发生机械变形、绝缘老化等问题。冷却系统主要包括内冷水系统和外冷水系统。内冷水系统包括定子冷却水系统和转子冷却水系统，主要为调相机定子和转子绕组进行冷却。外冷水系统用于冷却内冷水、润滑油以及调相机内循环热空气。

2.5 油系统主要构成及主要功能

为保证调相机在起动、停机、正常运行和事故工况下正常工作，调相机有一套较为复杂的油系统，为安装在转子端部的滑动轴承提供强制润滑冷却油液。在机组启动和转子失速时，轉子被强制顶起，保证转子与轴承间的必要间隙以容纳油膜，防止烧瓦。油系统主要由两大回路组成，即主润滑回路及辅助回路。

3 邵陵调相机功能定位及要求

在邵陵站加装的两台调相机主要为中州换流站和驻马店换流站恶劣工况下提供所必要的运行基础，就近支撑豫南电网500kV电网电压，利用励磁调节器的快速响应，稳定系统电压来压制相继换相失败，故障后的电压跌落值将明显减小，有利于故障后换流站电压的快速恢复，保障电压品质满足准稳态条件，提高河南电网及天中直流运行的安全稳定性，减少故障情况下河南电网特别是南部电网电压波动，并为中州换流站和驻马店换流站提供动态无功支撑。在两个换流站需要无功支撑时，若调相机无法及时提供足够的无功支撑，将可能引起两站相继换相失败，甚至引起大面积停电事件，调相机的稳定运行将对整个河南电网起到十分突出的作用，安全责任十分重大。

邵陵变调相机位于中州换流站和驻马店换流站中枢位置，能为两处换流站提供动态无功支撑，同时能够减少故障情况下河南电网特别是豫南部电网电压波动，提高河南电网及两条特高压直流线路运行安全稳定性。为实现上述功能，调相机在设计、制造阶段响应了电网正常和特殊运行方式的功能要求。调相机在电网正常运行方式下兼具改善电压品质的功能。同步调相机运行于电动机状态，不带机械负载。在运行于过励状态时，调相机向电网发出感性无功功率;在运行于欠励状态时，从电网吸收感性无功功率。这样可以减少无功在电网中的输送，改善电网功率因数，维持区域电网电压品质。在换流站换相失败、直流双极闭锁或系统受到扰动和短路等故障情况下，调相机具有进相和强励功能。

参考文献：

[1]赵永正，代海涛.高压直流输电系统中调相机的启动与并网策略[J].山东电力技术，2017（2）：20-22.

[2]王雅婷，张一驰，周勤勇，等.新一代大容量调相机在电网中的应用研究[J].电网技术，2017（1）：22-28.

[3]胡一平，许国瑞，刘晓芳.特高压近区系统不同程度电压暂降下调相机的动态响应[J].大电机技术，2018（6）：32-36.

[4]沙江波，赵成勇.同步调相机对特高压直流输电系统最大传输功率的影响[J].高电压技术，2018（12）：22-24.

[5]国家能源局.防止电力生产事故的二十五项重点要求[Z].2014.

[6]山东电力研究院.大型调相机运行维护培训教材[M].北京：中国电力出版社，2018.