特高压直流换流站调相机应用研究

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1、特高压直流换流站调相机应用研究刘冬（国网山东省电力公司检修公司胶东换流站266300）摘要：随着特高压直流工程的建设与技术应用，对于区域电M系统稳定需求不断提升。调相机作为一种无功补偿装置，可为系统提供紧急无功电压支撑。木文主要对调相机结构、功能等进行讨论研究，分析调相机在实际直流换流站运行中的实际意义。关键词：调相机、运维、功能、原理调相机只备较强的双向无功调节能力，在发生严重电压跌落故障时，短时快速提供无功，降低特高压直流输电大功率运行时出现闭锁后对IX域电网的频率震动影响。在特高压换流站设计运用动态无功补偿的调相机。1

2、调相机的应用实效木文以首次应用调相机的上海庙〜山东特高压直流临沂换流站为例。加装调相机后可以为系统提供紧急无功电压支撑，在系统动态过程中，无功调节鲁棒性好；降低了直流发牛.连续换相失败的风险，有助于直流功率的快速恢复和系统稳定；还可大幅降低故障后的电压波动幅度，有助于故障后系统电压的快速恢复;同时可以有效提升换流站的系统短路容量和短路电流水平。1.1电网存在主要问题：（1）电源结构待进一步改善。山东水资源匮乏，新能源和可再生能源处于起步阶段，全省电厂基木上都是燃煤机组，燃煤机组占全省装机总容量88.7%。（2）近年来山东负荷

3、发展较快，但省内装机受环保空间限制，电力供需矛盾日益突出，亟需加大外电入魯力度。（3）输电走廊资源日益紧张，前期工作难度大，电网需超前规划、提前布点。1.2调相机建设的必要性1.2.1为系统提供紧急无功电压支撑考虑在山东电网小负荷、直流输电通道满功率运行工况下，由于山东省内机组70%以上接入220kV电网，500kV和1000kV交流电网无功不足问题突出。当lOOOkV交流线路发生N-1故障吋，直流功率持续振荡，山东电网整体电压崩溃。山东电网小负荷、上海庙-III东特高压直流满功率运行工况下，lOOOkV交流线路发生N-1故

4、障，系统可保持稳定。调相机在发生严重电压跌落故障吋，短吋（Is左右）动态无功最高输出接近额定容量的2倍，为系统提供紧急无功电压支撑。1.2.2提高短路容量和直流短路比在临沂换流站500kV侧加装调相机后，可奋效提升换流站的系统短路容量和短路电流水平，同时提升了直流奋效短路比，受端交流系统对直流支撑能力增强。1.2.3降低直流换相失败的风险当500kV发生三永N-1故障，在临沂换流站500kV侧加装3×300Mvar调相机，降低了直流发生连续换相失败的风险，奋助于直流功率的快速恢复和系统稳定。1.2.4提高故障后电

5、压恢复水平及速度考虑上海庙〜山东特高压直流双极闭锁故障，在临沂换流站500kV侧加装3台3×300Mvar调相机，大幅降低了故障后的电压波动幅度，奋助于故障后系统电压的快速恢复。2调相机功能及原理这里重点对临沂换流站调相机概况、原理等方面进行研宄分析。调相机（又称同步补偿机）是一种无功补偿装置，是运行于电动机状态、向电力系统提供或吸收无功功率的同步电机，不带机械负载也不带原动机。调相机属于特殊运行工况同步发电机，所以主要结构与发电机相同，包括定子绕组、铁心、机座、转子及绕组、轴承等主要部件；调相机因转轴不传递机械

6、功率（力矩），所以原则上转轴可设计相对较细，iL因无原动机，可取消与之连接联轴器；调相机因不传递有功，仅需克服损耗，运行时功角较低，不存在调相机静态失稳问题，故气隙可相比于发电机做的更小，进而可降低转子电流。典型隐极电机短路比为0.4〜0.5,如果满足上述要求，短路比SCR需做到0.67以上，有效方案如增大电机气隙长度。为了是调相机能够平稳的启停以及长期稳定运转，调相机•-般都装设有冷却系统、励磁系统、控制保护系统、油系统等。2.1调相机冷却系统调相机水冷却系统由冷却水箱、水泵、冷水器、离子交换器、过滤器、反冲洗装置及阀门、

7、传感器等附属设备共同组成。通过DCS实现对水冷系统的运行监视及自动控制。2.2调相机励磁系统励磁冋路的主要组成部分冇：DAVR调节器、可控硅整流装置、火磁及过电压保护装置、励磁变压器。AVR控制系统以维持机端电压恒定为主要控制0标当机端电压高于给定电压吋，表明无功过剩，电压偏差经PID控制系统，增加可控硅导通角，减少励磁电流输出，直到电压冋复额定•，当机端电压低于给定电压吋，表明无功不足，电压偏差经PID控制系统，减少可控硅导通角，增加励磁电流输出，直到电压冋复额定；当机端电压低于10%水平时，可控硅导通角放到最小,励磁电流

8、达到强励水平，对系统无功实现最大能力的支撑；由于AVR是基于机端电压自动实现调节的，所以可以保证调相机无功进相和滞相的平滑调节。2.3调相机控制保护系统调相机各系统控制保护功能由DCS及其I/O等设备来实现，完成对包括冷却系统、励磁系统、启动冋路、汕系统等的自动控制，同是与直流控制系统通信