调相机厂用电的研究

沈洪流，钱 翊

（中国能源建设集团浙江省电力设计院有限公司，杭州 310012）

调相机厂用电的研究

沈洪流，钱 翊

（中国能源建设集团浙江省电力设计院有限公司，杭州 310012）

通过分析调相机运行负荷和起动负荷的特征，结合换流站电源情况和施工现状，提出了2种换流站加装调相机工程的厂用电接线方案。通过技术经济比较，认为方案1适用于换流站和调相机同期建设的工程，方案2适用于调相机扩建工程，针对调相机扩建工程给出对已建换流站影响最小且切实可行的厂用电接线方案。

调相机；起动负荷；厂用电源

0 引言

电力系统中的异步电动机和变压器均可从电网汲取大量的无功功率以供其励磁之用，因此电网担负着很大一部分感性无功电流，导致电网的功率因数偏低，线路损耗和电压损失增大，输电质量变坏，甚至影响输电的稳定性。在长距离输电线路中，线路电压随着负载情况的不同而发生变化，如果在输电线路的受电端安装同步调相机，在电网重载时，让其过励运行，减少输电线路中滞后的无功电流分量，从而可减少线路压降；在电网轻载时，让其欠励运行，吸收滞后的无功电流，可防止电网电压上升，从而维持电网电压在一定的水平上。调相机具备较强的双向无功调节能力，在发生严重电压跌落故障时，短时（1 s左右）动态无功最高输出接近额定容量的2倍。

1 工程概况

基于此，国家电网公司提出在送端和受端直流换流站加装调相机，将300 Mvar大容量调相机首次在电网中应用。位于江苏淮安某换流站是华东地区加装调相机的示范工程，为在建项目。调相机作为换流站配套工程，其建设进展滞后于换流站。

该换流站装设2台300 Mvar调相机，每台调相机通过1台360 MVA变压器接入换流站500 kV交流系统，以达到向电网输送强大无功的目地。

2 厂用负荷分析

同步调相机是一种专门设计的无功功率发电机，它运行于电动机状态，但不带机械负载，只向电力系统提供无功功率改善功率因数，降低网损，对调整网络电压和提高电能质量有较好的作用。同步调相机经常运行在过励状态，励磁电流和损耗较大，发热比较严重。该工程调相机为双水内冷机组，调相机辅助系统的负荷可分为正常运行负荷和起动负荷。

2.1 正常运行负荷

调相机系统主要包括：调相机本体、励磁系统、升压变压器、起动系统、冷却系统、油系统、保护系统。

调相机区域正常运行负荷主要包括调相机的润滑油系统和内冷水系统。公用负荷包括外冷水系统、化学水处理系统、直流系统电源、UPS电源、暖通负荷等。根据《火力发电厂厂用电设计技术规程》，采用换算系数法计算得出调相机低压负荷为1 100 kVA，厂变容量为1 600 kVA。

2.2 起动负荷

调相机采用变频起动，2台调相机共配置2套独立的SFC（静止变频装置），一用一备。每套SFC输出经切换开关切换后可为任何1台调相机提供电源。SFC系统原理如图1所示。

图1 PCS-9575静止变频器系统组成

2.2.1 调相机起动和同步过程

（1）同步电动机的起动由变频器控制。

（2）调相机起动时励磁系统为他励。

（3）在收到所有必要的反馈信号后，SFC闭合电源侧的馈线断路器，然后SFC按照事先调整好的加速转矩曲线给电动机加速，直至大约105%的额定转速。

（4）到达105%转速后，SFC断开电源侧的馈线断路器，变频起动隔离开关断开，SFC退出运行，调相机励磁系统切换为自并励系统。

（5）同步装置和励磁装置调整调相机速度和电压。

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（6）一旦电动机相位角、频率和电压幅值被调整到与电网电压一致，则闭合主变压器高压侧断路器，调相机被牵入电网。

（7）电动机工频运行。

2.2.2 SFC变频起动特性

SFC系统的起动特性曲线如图2所示，SFC的总起动时间约294 s，包括：图2所示的纯加速时间259 s；电动机起动前大约5 s建立磁场的时间；电动机与电网同步大约需要30 s。

图2 SFC系统起动特性曲线

2.2.3 SFC系统谐波分析

SFC由整流器、变频器、逆变器等非线性负载组成，当正弦电压施加于非线性负载上时，基波电流发生畸变并产生谐波，因此调相机起动由SFC拖到同步转速，同时也会产生谐波。另外，SFC只用于机组起动，运行时间短，属于调相机区域的起动负荷。

3 换流站站用电现状

3.1 换流站站用电源

该换流站站用10 kV系统采用单母双分段接线，设2个工作段（1M，2M），每段各由1回独立的工作主电源供电，另设1个专用备用段（0M）。3段母线分别有3路站用电源：一路站内工作电源，由换流站500/10 kV降压变压器接入10 kV工作母线1M；另一回引自1 000 kV变电站110/ 10 kV降压变压器10 kV侧，经10 kV高压电缆引接至换流站10 kV工作母线2M；备用电源采用外引，由站外的35 kV变电站引接1回35 kV线路，经35/10 kV降压变压器后接入10 kV备用母线0M。

3.2 换流站站用电设备选择及布置

每个10 kV工作段接4台2 000 kVA低压站用变压器用于阀组站用负荷，接l台2 000 kVA低压站用变压器专用于换流站的公用负荷，每段设一个备用出线回路。

换流站用电系统负荷包括高端阀厅系统、低端阀厅系统和公用系统3部分。主要站用电负荷有换流变冷却系统、阀冷却系统和阀厅空调系统、继电器交流负荷等，连续负荷总容量约为8 077 kVA。考虑一定的裕度，站用电源的输送容量和高压站用变压器容量选10 000 kVA。按单台高压站用变压器容量满足全站负荷的要求考虑，选择500/10 kV高压站用变容量40 MVA，110/10 kV高压站用变容量10 MVA，35/10 kV站用变容量10 MVA。

35 kV和10 kV高压开关柜分别布置在35 kV和10 kV站用电室内，目前换流站配电装置土建已完成施工。

4 厂用电电源引接

4.1 厂用电接线方案

方案1：调相机区域不设10 kV配电装置，2台低压厂用变压器（以下简称厂变）分别接入换流站10 kV配电装置1M和2M段母线，2套SFC接入换流站10 kV配电装置0M母线。

方案2：调相机区域设独立厂用电高压母线，SFC电压等级为10 kV，由于该工程没有双套10 kV辅机，因此每台机设一段10 kV母线，两段母线间设联络开关。每段母线接1台低压厂变和1套SFC装置。

图3 方案1：调相机不设10 kV段厂用电接线

4.2 方案分析比较

（1）方案1中，考虑到调相机正常运行负荷约为1 100 kVA，接入后换流站500 kV站用变压器（以下简称站用变）和110 kV站用变容量由原来的8 077 kVA变为9 177 kVA，基本能满足要求但裕度不大。目前换流站已完成35 kV和10 kV站用变室的基础施工，若4个设备电源从换流站10 kV站用电室引接，需在原有10 kV站用电室增加2面开关柜，拆除建筑物基础进行返工，影响后续施工工序。另外即使接入调相机负荷后，换流站10 kV配电装置既无备用开关柜也无备用屏位，不利于换流站的运行和发展，且35 kV配电间无预留开关柜和屏位。因此方案1不适合该工程。

（2）方案2中，调相机区域独立设两段10 kV母线，每段母线接1台低压厂变和1套SFC，每段母线负荷为5 300 kVA。换流站每台变压器已有负荷8 077 kVA，500 kV站用变容量40 MVA，110 kV站用变和35 kV站用变容量10 MVA。由于500 kV站用变容量裕度较大，因此一回电源由500 kV站用变低压侧T接入10 kV母线A段，另一回电源从站外35 kV备用电源引接。鉴于换流站35 kV配电装置室已无扩建余地，电源只能由35 kV站用变高压侧T接，经35 kV厂用变压器降压后接入10 kV母线B段。

方案2中每段母线接1台低压厂变和1套SFC，会引起2个问题：SFC起动时正弦电压施加压于非线性负载上，基波电流发生畸变产生谐波可能对站内设备造成一定影响；备用电源需长期运行。

受35 kV变电站容量限制，国家电网公司要求外引电源只能作为备用电源，因此考虑在两段母线间设联络开关，将35 kV变压器作为起动/备用变压器。当换流站站用电1M和2M工作电源正常，电网需要调相机起动时，A段母线进线开关断开，B段母线进线开关闭合，联络开关闭合，由外接35 kV电源供调相机起动时SFC的电源和厂用辅机电源。调相机起动完成后，SFC退出运行，10 kV快切装置采用并联或串联切换的方式将电源切换至A段进线电源，B段进线电源退出运行。调相机正常工作时10 kV两段母线均由换流站500 kV站用变供电，起动由站外电源短时供电，从而解决了SFC起动时谐波对站内设备影响的问题。

另外，方案2比方案1多2面10 kV进线柜、2面10 kV计量柜、1座10 kV母线桥、2台35 kV干式变压器、1面35 kV馈线柜、1面35 kV计量柜，设备总投资多165万左右。

图4 方案2：调相机设独立10 kV段厂用电接线

5 结语

近年来，随着大容量、远距离特高压交直流输电技术的发展，电网资源优化配置能力显著提高。目前，电网“强直弱交”问题突出，局部电网受电比例较高，系统动态无功补偿不足和电压稳定问题凸显，主要表现为特高压直流受端电网动态无功不足以及直流弱送端系统短路容量不足。

为了解决上述问题，客观要求直流大规模有功输送，必须匹配大规模动态无功，即“大直流输电、强无功支撑”，因此会有更多调相机加装至已投运换流站。该工程调相机晚于换流站项目建设工期，属扩建项目，厂用电接线采用方案2，虽然投资较高，但不影响换流站工期，也解决了SFC起动时因基波电流发生畸变产生谐波可能对站内设备影响问题，为已建换流站扩建调相机提供一种思路。

[1]康世崴，沙志成，刘之华.关于临沂换流站调相机接入系统关键问题的研究[J].国网技术学院学报，2016（4）∶45-48.

[2]郭一兵，凌在汛，崔一铂，等.特高压交直流系统动态无功支撑用大型调相机运行需求分析[J].湖北电力，2016（5）∶1-4.

[3]DL/T 5153-2014火力发电厂厂用电设计技术规程[S].北京：中国电力出版社，2014.

[4]水利电力部西北电力设计院.电力工程电气设计手册电气一次部分[M].北京：中国电力出版社，1989.

[5]彭峻.提高发电厂厂用电系统可靠性的措施分析[J].浙江电力，2013，32（8）∶61-63.

[6]杨泽荣.大型发电厂厂用电源切换存在的问题及解决方法[J].浙江电力，2004，23（5）∶32-35.

[7]周平，金军.300 MW发电机组厂用电系统问题探讨[J].浙江电力，2000，19（1）∶32-34.

[8]贾涵.无功功率补偿在发电厂厂用电系统的应用[J].华电技术，2016（3）∶50-51.

（本文编辑：方明霞）

Research on Auxiliary Power System in Rotary Condenser

SHEN Hongliu，QIAN Yi
（Zhejiang Electric Power Design Institute Co.，Ltd.of China Energy Engineering Group，Hangzhou 310012，China）

By analyzing characteristics of operation load and start-up load of rotary condenser，the paper proposes two auxiliary power wiring schemes for rotary condenser installation in converter station on the basis of converter power and construction condition.Through technical and economic comparison，it is believed that the first scheme is applicable to projects with converter station and rotary condenser synchronously constructed；the second scheme is applicable to rotary condenser expansion project.Therefore，a feasible auxiliary power wiring scheme that has minimum impact on existing converter station is presented.

rotary condenser；start-up load；auxiliary power

TM621.7+1

B

1007-1881（2017）02-0017-05

2016-08-12

沈洪流（1972），男，高级工程师，从事发电厂电气设计。