电网关键技术 | 直流特高压输电工程中的新型大容量同步调相机-北极星输配电网

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直流特高压输电工程中的大型调相机组，在电磁及机械性能指标、冷却结构形式、辅机系统要求等方面实现了创新。大型调相机的投运，可以充分发挥在交直流混联电网中的动态无功支撑作用，提升电网的安全稳定性，改善电网功率因数，维持电网电压水平，保障绿色特高压电网的高效安全运行。

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1 同步调相机的功能有哪些?

实现电力系统的稳定运行，不但要求有功实时平衡，无功也要求平衡。电力系统中应用最广泛的无功补偿装置是同步发电机，同步发电机组需要时刻根据负载变化调整发出的有功和无功。但是，同步发电机无功调节能力因受到厂用电压、静态稳定等影响，无法满足日益增长的无功调节需求。为平稳电网运行电压，在无功矛盾突出地区的变电站加装电容器、电抗器，通过投切电容器、电抗器进行无功调整。但电容器、电抗器的投切进行无功调节是非连续的，大多只适用电网稳态运行工况。当系统运行受到较大扰动而导致换流站等枢纽站母线电压大幅波动时，电容器、电抗器等传统静态无功补偿装置不能提供满足需要的动态无功补偿，这时会发生电压失稳问题，危及系统稳定。随着电力电子技术的发展，逐渐出现新的动态无功补偿装置——静止无功补偿器(SVC)和静止同步补偿器(STATCOM)。

同步调相机又称同步补偿机，是一种特殊运行状态的同步电机，运行时有功接近于零，能提供或吸收无功功率以平衡电网无功。调相机作为旋转无功发生装置，其双向的动态无功调节能力对提高受端交流电网短路比、增强电网强度和灵活性有独特的优势。在直流系统因故障出现闭锁的情况下，调相机可进入进相运行状态，吸收因直流甩负荷出现的大量过剩无功，从而抑制系统电压升高，改善电压水平。在直流系统正常运行需要电压支撑时，可在迟相运行状态为交流电网提供动态无功支持。在交流电网近端出现故障电压下降时可进行强励磁支撑电压和系统稳定，为切除故障赢得宝贵时间。因此，调相机作为可靠的双向(进相、迟相)动态无功发生装置，因其自身独有的大容量动态无功输出特点及过载能力，受到了电力行业的密切关注。调相机经济性好，使用寿命长，约30年。相比其他无功补偿装置具有比较强的优势。

2大型调相机的应用情况如何?

近年来，随着特高压、远距离直流输电工程的大规模建设，电网结构发生了重大改变，形成了大电网、远距离输电、特高压交直流高度混联的格局，对系统动态无功支撑能力要求更为严格。为保证电力系统安全稳定运行，系统必须配备足够的动态无功备用容量。在加装新型大容量调相机后，能有效提高送端电网直流输电能力，提升新能源消纳比例;对于特高压直流大功率馈入地区以及直流多馈入受电地区，在受端电网安装调相机可有效提高系统电压稳定性和抗无功冲击能力，确保电网的安全稳定运行。

传统同步调相机容量比较小，极少数大容量的调相机也面临冷却方式单一、运行维护复杂、故障率高等缺点，而新型大容量调相机不仅容量做到300兆乏，而且通过优化设计，冷却方式更多样化，既有结构简单的空冷方式，也有有一定运行经验的双水内冷方式。

为了缓解交、直流故障引起的电压问题以及直流换相失败等问题，2015年9月，国家电网公司研究部署调相机在电网中的应用，利用调相机大容量双向无功调节能力和动态无功输出特点，提高特高压直流电网支撑能力，推动特高压电网发展和安全稳定水平。首批在酒泉—湖南、扎鲁特—青州、锡盟—泰州、上海庙—临沂、晋北—南京、准东—皖南、雅中—南昌等7条特高压直流工程送、受端换流站加装21台300兆乏级大型调相机。

首批调相机组涉及8省10个换流站(扎鲁特、锡盟、酒泉、雅中、湘潭、临沂、泰州、南京、南昌、皖南)。经过工程可行性研究、样机概念设计、工程初步设计、主设备招标、调相机工程建设、调相机驻厂监造、受端双水内冷调相机制造厂内联合调试、送端空冷调相机制造厂内联合调试等，第一批调相机工程项目中，扎鲁特换流站调相机工程于2017年12月建成投运，湘潭站调相机工程于2018年1月建成投运，泰州、锡盟、临沂、皖南等调相机工程计划今年陆续投运。另外，政平、奉贤、金华、柴达木等第二批特高压直流换流站的加装调相机工程建设工作也正有序展开，从而实现在全国大电网中的广泛应用，并成为在役常备的动态无功支撑设备。

3甘肃酒泉调相机工程

酒泉±800千伏换流站地处甘肃省瓜州县河东乡，是酒泉—湖南±800千伏特高压直流输电工程的起点。调相机站紧贴酒泉±800千伏换流站站址北侧建设，建设2台300兆乏调相机，每台调相机通过1台360兆伏安变压器接入750千伏交流系统。

调相机工程于2016年8月开工建设，并与换流站同步建设，目前分系统调试已全部完成，7月23日启动系统调试工作。

2台调相机镜像对称布置，共用转子检修空间。主厂房采用钢筋混凝土结构，设通风系统。运转层标高为4.5米。电气主接线：单元接线接至换流站750千伏GIS配电装置，调相机出口不单独设置断路器。站用电接线：不单独设站用变，换流站统一考虑。启动装置SFC单独接入站外电源，常用负荷接入站内电源。

调相机内冷却系统：定子和转子采用空气冷却方式。外部冷却系统采用闭式循环水冷却系统，设置辅助闭式冷却塔。供水系统：调相机站的消防水、生活水等由换流站统一考虑，调相机站用水由换流站西南侧站外供水管道T接。大件运输：定子在基建阶段安装，不考虑运行阶段安装检修，转子考虑运行阶段安装检修。定子转子均在站内指定地点交货。两台调相机配置2套SFC，一用一备。调相机润滑油系统设置贮油箱、交/直流润滑油泵，交/直流顶轴油泵。

4江苏泰州调相机工程

2018年7月，±800千伏特高压泰州换流站加装同步调相机非全相试验顺利完成，标志着华东电网首个新一代双水内冷调相机工程启动调试工作圆满完成。泰州±800千伏换流站站址位于江苏省泰州市以北的兴化市大邹镇南舍村，是锡盟—泰州±800千伏特高压直流输电工程的终点。调相机站与换流站合建，共用进站道路，调相机工程紧邻换流站西南侧布置，位于换流站500千伏配电装置南侧。调相机站装设2台300兆乏调相机，每台调相机通过1台350兆伏安变压器接入500千伏交流系统。

2台调相机镜像对称布置，共用转子检修空间。调相机组采用“调相机—变压器组”单元接线。调相机站用电系统由换流站提供的4路10千伏电源进行供电。铁心采用空气冷却，定子和转子采用水冷却方式。外部冷却系统采用敞开式循环水冷却系统，设置带机力通风冷却塔。调相机站的消防水室内消火栓系统、室外消火栓系统、水喷雾系统的水源由换流站消防泵房供给，调相机室外消防管网与换流站室外消防管网连接，共用换流站综合泵房的消防泵以及消防稳压系统。定子在基建阶段安装，不考虑运行阶段安装检修，转子考虑运行阶段安装检修。

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本版内容来源于《电网新技术读本电力新设备》、国网江苏省电力有限公司电力科学研究院、国网湖北省电力有限公司电力科学研究院、国家电网公司直流建设分公司、国网江苏省电力有限公司检修分公司，解兵、崔一铂、阮峰、刘一丹对本文有贡献。

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