DQZHAN技術訊：電網關鍵技術 | 直流特高壓輸電工程中的新型大容量同步調相機
直流特高壓輸電工程中的大型調相機組，在電磁及機械性能指標、冷卻結構形式、輔機系統(tǒng)要求等方面實現(xiàn)了**。大型調相機的投運，可以充分發(fā)揮在交直流混聯(lián)電網中的動態(tài)無功支撐作用，提升電網的**穩(wěn)定性，改善電網功率因數(shù)，維持電網電壓水平，保障綠色特高壓電網的高效**運行。
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1 同步調相機的功能有哪些?
實現(xiàn)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，不但要求有功實時平衡，無功也要求平衡。電力系統(tǒng)中應用*廣泛的無功補償裝置是同步發(fā)電機，同步發(fā)電機組需要時刻根據負載變化調整發(fā)出的有功和無功。但是，同步發(fā)電機無功調節(jié)能力因受到廠用電壓、靜態(tài)穩(wěn)定等影響，無法滿足日益增長的無功調節(jié)需求。為平穩(wěn)電網運行電壓，在無功矛盾突出地區(qū)的變電站加裝電容器、電抗器，通過投切電容器、電抗器進行無功調整。但電容器、電抗器的投切進行無功調節(jié)是非連續(xù)的，大多只適用電網穩(wěn)態(tài)運行工況。當系統(tǒng)運行受到較大擾動而導致?lián)Q流站等樞紐站母線電壓大幅波動時，電容器、電抗器等傳統(tǒng)靜態(tài)無功補償裝置不能提供滿足需要的動態(tài)無功補償，這時會發(fā)生電壓失穩(wěn)問題，危及系統(tǒng)穩(wěn)定。隨著電力電子技術的發(fā)展，逐漸出現(xiàn)新的動態(tài)無功補償裝置——靜止無功補償器(SVC)和靜止同步補償器(STATCOM)。
同步調相機又稱同步補償機，是一種特殊運行狀態(tài)的同步電機，運行時有功接近于零，能提供或吸收無功功率以平衡電網無功。調相機作為旋轉無功發(fā)生裝置，其雙向的動態(tài)無功調節(jié)能力對提高受端交流電網短路比、增強電網強度和靈活性有獨特的優(yōu)勢。在直流系統(tǒng)因故障出現(xiàn)閉鎖的情況下，調相機可進入進相運行狀態(tài)，吸收因直流甩負荷出現(xiàn)的大量過剩無功，從而抑制系統(tǒng)電壓升高，改善電壓水平。在直流系統(tǒng)正常運行需要電壓支撐時，可在遲相運行狀態(tài)為交流電網提供動態(tài)無功支持。在交流電網近端出現(xiàn)故障電壓下降時可進行強勵磁支撐電壓和系統(tǒng)穩(wěn)定，為切除故障贏得寶貴時間。因此，調相機作為可靠的雙向(進相、遲相)動態(tài)無功發(fā)生裝置，因其自身獨有的大容量動態(tài)無功輸出特點及過載能力，受到了電力行業(yè)的密切關注。調相機經濟性好，使用壽命長，約30年。相比其他無功補償裝置具有比較強的優(yōu)勢。
2大型調相機的應用情況如何?
近年來，隨著特高壓、遠距離直流輸電工程的大規(guī)模建設，電網結構發(fā)生了重大改變，形成了大電網、遠距離輸電、特高壓交直流高度混聯(lián)的格局，對系統(tǒng)動態(tài)無功支撐能力要求更為嚴格。為保證電力系統(tǒng)**穩(wěn)定運行，系統(tǒng)必須配備足夠的動態(tài)無功備用容量。在加裝新型大容量調相機后，能有效提高送端電網直流輸電能力，提升新能源消納比例;對于特高壓直流大功率饋入地區(qū)以及直流多饋入受電地區(qū)，在受端電網安裝調相機可有效提高系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性和抗無功沖擊能力，確保電網的**穩(wěn)定運行。
傳統(tǒng)同步調相機容量比較小，極少數(shù)大容量的調相機也面臨冷卻方式單一、運行維護復雜、故障率高等缺點，而新型大容量調相機不僅容量做到300兆乏，而且通過優(yōu)化設計，冷卻方式更多樣化，既有結構簡單的空冷方式，也有有一定運行經驗的雙水內冷方式。
為了緩解交、直流故障引起的電壓問題以及直流換相失敗等問題，2015年9月，國家電網公司研究部署調相機在電網中的應用，利用調相機大容量雙向無功調節(jié)能力和動態(tài)無功輸出特點，提高特高壓直流電網支撐能力，推動特高壓電網發(fā)展和**穩(wěn)定水平。首批在酒泉—湖南、扎魯特—青州、錫盟—泰州、上海廟—臨沂、晉北—南京、準東—皖南、雅中—南昌等7條特高壓直流工程送、受端換流站加裝21臺300兆乏級大型調相機。
首批調相機組涉及8省10個換流站(扎魯特、錫盟、酒泉、雅中、湘潭、臨沂、泰州、南京、南昌、皖南)。經過工程可行性研究、樣機概念設計、工程初步設計、主設備招標、調相機工程建設、調相機駐廠監(jiān)造、受端雙水內冷調相機制造廠內聯(lián)合調試、送端空冷調相機制造廠內聯(lián)合調試等，**批調相機工程項目中，扎魯特換流站調相機工程于2017年12月建成投運，湘潭站調相機工程于2018年1月建成投運，泰州、錫盟、臨沂、皖南等調相機工程計劃今年陸續(xù)投運。另外，政平、奉賢、金華、柴達木等**批特高壓直流換流站的加裝調相機工程建設工作也正有序展開，從而實現(xiàn)在國內大電網中的廣泛應用，并成為在役常備的動態(tài)無功支撐設備。
3甘肅酒泉調相機工程
酒泉±800千伏換流站地處甘肅省瓜州縣河東鄉(xiāng)，是酒泉—湖南±800千伏特高壓直流輸電工程的起點。調相機站緊貼酒泉±800千伏換流站站址北側建設，建設2臺300兆乏調相機，每臺調相機通過1臺360兆伏安變壓器接入750千伏交流系統(tǒng)。
調相機工程于2016年8月開工建設，并與換流站同步建設，目前分系統(tǒng)調試已全部完成，7月23日啟動系統(tǒng)調試工作。
2臺調相機鏡像對稱布置，共用轉子檢修空間。主廠房采用鋼筋混凝土結構，設通風系統(tǒng)。運轉層標高為4.5米。電氣主接線：單元接線接至換流站750千伏GIS配電裝置，調相機出口不單獨設置斷路器。站用電接線：不單獨設站用變，換流站統(tǒng)一考慮。啟動裝置SFC單獨接入站外電源，常用負荷接入站內電源。
調相機內冷卻系統(tǒng)：定子和轉子采用空氣冷卻方式。外部冷卻系統(tǒng)采用閉式循環(huán)水冷卻系統(tǒng)，設置輔助閉式冷卻塔。供水系統(tǒng)：調相機站的消防水、生活水等由換流站統(tǒng)一考慮，調相機站用水由換流站西南側站外供水管道T接。大件運輸：定子在基建階段安裝，不考慮運行階段安裝檢修，轉子考慮運行階段安裝檢修。定子轉子均在站內指定地點交貨。兩臺調相機配置2套SFC，一用一備。調相機潤滑油系統(tǒng)設置貯油箱、交/直流潤滑油泵，交/直流頂軸油泵。
4江蘇泰州調相機工程
2018年7月，±800千伏特高壓泰州換流站加裝同步調相機非全相試驗順利完成，標志著華東電網頭個新一代雙水內冷調相機工程啟動調試工作圓滿完成。泰州±800千伏換流站站址位于江蘇省泰州市以北的興化市大鄒鎮(zhèn)南舍村，是錫盟—泰州±800千伏特高壓直流輸電工程的終點。調相機站與換流站合建，共用進站道路，調相機工程緊鄰換流站西南側布置，位于換流站500千伏配電裝置南側。調相機站裝設2臺300兆乏調相機，每臺調相機通過1臺350兆伏安變壓器接入500千伏交流系統(tǒng)。
2臺調相機鏡像對稱布置，共用轉子檢修空間。調相機組采用“調相機—變壓器組”單元接線。調相機站用電系統(tǒng)由換流站提供的4路10千伏電源進行供電。鐵心采用空氣冷卻，定子和轉子采用水冷卻方式。外部冷卻系統(tǒng)采用敞開式循環(huán)水冷卻系統(tǒng)，設置帶機力通風冷卻塔。調相機站的消防水室內消火栓系統(tǒng)、室外消火栓系統(tǒng)、水噴霧系統(tǒng)的水源由換流站消防泵房供給，調相機室外消防管網與換流站室外消防管網連接，共用換流站綜合泵房的消防泵以及消防穩(wěn)壓系統(tǒng)。定子在基建階段安裝，不考慮運行階段安裝檢修，轉子考慮運行階段安裝檢修。
