直流特高壓輸電工程中的大型調(diào)相機(jī)組，在電磁及機(jī)械性能指標(biāo)、冷卻結(jié)構(gòu)形式、輔機(jī)系統(tǒng)要求等方面實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)新。大型調(diào)相機(jī)的投運(yùn)，可以充分發(fā)揮在交直流混聯(lián)電網(wǎng)中的動態(tài)無功支撐作用，提升電網(wǎng)的安全穩(wěn)定性，改善電網(wǎng)功率因數(shù)，維持電網(wǎng)電壓水平，保障綠色特高壓電網(wǎng)的高效安全運(yùn)行。
1 同步調(diào)相機(jī)的功能有哪些?
實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，不但要求有功實(shí)時平衡，無功也要求平衡。電力系統(tǒng)中應(yīng)用最廣泛的無功補(bǔ)償裝置是同步發(fā)電機(jī)，同步發(fā)電機(jī)組需要時刻根據(jù)負(fù)載變化調(diào)整發(fā)出的有功和無功。但是，同步發(fā)電機(jī)無功調(diào)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(diào)節(jié)需求。為平穩(wěn)電網(wǎng)運(yùn)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(jìn)行無功調(diào)整。但電容器、電抗器的投切進(jìn)行無功調(diào)節(jié)是非連續(xù)的，大多只適用電網(wǎng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行工況。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行受到較大擾動而導(dǎo)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(bǔ)償裝置不能提供滿足需要的動態(tài)無功補(bǔ)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(shù)的發(fā)展，逐漸出現(xiàn)新的動態(tài)無功補(bǔ)償裝置——靜止無功補(bǔ)償器(SVC)和靜止同步補(bǔ)償器(STATCOM)。
同步調(diào)相機(jī)又稱同步補(bǔ)償機(jī)，是一種特殊運(yùn)行狀態(tài)的同步電機(jī)，運(yùn)行時有功接近于零，能提供或吸收無功功率以平衡電網(wǎng)無功。調(diào)相機(jī)作為旋轉(zhuǎn)無功發(fā)生裝置，其雙向的動態(tài)無功調(diào)節(jié)能力對提高受端交流電網(wǎng)短路比、增強(qiáng)電網(wǎng)強(qiáng)度和靈活性有獨(dú)特的優(yōu)勢。在直流系統(tǒng)因故障出現(xiàn)閉鎖的情況下，調(diào)相機(jī)可進(jìn)入進(jìn)相運(yùn)行狀態(tài)，吸收因直流甩負(fù)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(yùn)行需要電壓支撐時，可在遲相運(yùn)行狀態(tài)為交流電網(wǎng)提供動態(tài)無功支持。在交流電網(wǎng)近端出現(xiàn)故障電壓下降時可進(jìn)行強(qiáng)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(diào)相機(jī)作為可靠的雙向(進(jìn)相、遲相)動態(tài)無功發(fā)生裝置，因其自身獨(dú)有的大容量動態(tài)無功輸出特點(diǎn)及過載能力，受到了電力行業(yè)的密切關(guān)注。調(diào)相機(jī)經(jīng)濟(jì)性好，使用壽命長，約30年。相比其他無功補(bǔ)償裝置具有比較強(qiáng)的優(yōu)勢。
2大型調(diào)相機(jī)的應(yīng)用情況如何?
近年來，隨著特高壓、遠(yuǎn)距離直流輸電工程的大規(guī)模建設(shè)，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)發(fā)生了重大改變，形成了大電網(wǎng)、遠(yuǎn)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(yán)格。為保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)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(diào)相機(jī)后，能有效提高送端電網(wǎng)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(wǎng)安裝調(diào)相機(jī)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(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。
傳統(tǒng)同步調(diào)相機(jī)容量比較小，極少數(shù)大容量的調(diào)相機(jī)也面臨冷卻方式單一、運(yùn)行維護(hù)復(fù)雜、故障率高等缺點(diǎn)，而新型大容量調(diào)相機(jī)不僅容量做到300兆乏，而且通過優(yōu)化設(shè)計，冷卻方式更多樣化，既有結(jié)構(gòu)簡單的空冷方式，也有有一定運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的雙水內(nèi)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(wǎng)公司研究部署調(diào)相機(jī)在電網(wǎng)中的應(yīng)用，利用調(diào)相機(jī)大容量雙向無功調(diào)節(jié)能力和動態(tài)無功輸出特點(diǎn)，提高特高壓直流電網(wǎng)支撐能力，推動特高壓電網(wǎng)發(fā)展和安全穩(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(zhǔn)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(diào)相機(jī)。
首批調(diào)相機(jī)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(jīng)過工程可行性研究、樣機(jī)概念設(shè)計、工程初步設(shè)計、主設(shè)備招標(biāo)、調(diào)相機(jī)工程建設(shè)、調(diào)相機(jī)駐廠監(jiān)造、受端雙水內(nèi)冷調(diào)相機(jī)制造廠內(nèi)聯(lián)合調(diào)試、送端空冷調(diào)相機(jī)制造廠內(nèi)聯(lián)合調(diào)試等，第一批調(diào)相機(jī)工程項(xiàng)目中，扎魯特?fù)Q流站調(diào)相機(jī)工程于2017年12月建成投運(yùn)，湘潭站調(diào)相機(jī)工程于2018年1月建成投運(yùn)，泰州、錫盟、臨沂、皖南等調(diào)相機(jī)工程計劃今年陸續(xù)投運(yùn)。另外，政平、奉賢、金華、柴達(dá)木等第二批特高壓直流換流站的加裝調(diào)相機(jī)工程建設(shè)工作也正有序展開，從而實(shí)現(xiàn)在全國大電網(wǎng)中的廣泛應(yīng)用，并成為在役常備的動態(tài)無功支撐設(shè)備。
3甘肅酒泉調(diào)相機(jī)工程
酒泉±800千伏換流站地處甘肅省瓜州縣河?xùn)|鄉(xiāng)，是酒泉—湖南±800千伏特高壓直流輸電工程的起點(diǎn)。調(diào)相機(jī)站緊貼酒泉±800千伏換流站站址北側(cè)建設(shè)，建設(shè)2臺300兆乏調(diào)相機(jī)，每臺調(diào)相機(jī)通過1臺360兆伏安變壓器接入750千伏交流系統(tǒng)。
調(diào)相機(jī)工程于2016年8月開工建設(shè)，并與換流站同步建設(shè)，目前分系統(tǒng)調(diào)試已全部完成，7月23日啟動系統(tǒng)調(diào)試工作。
2臺調(diào)相機(jī)鏡像對稱布置，共用轉(zhuǎn)子檢修空間。主廠房采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，設(shè)通風(fēng)系統(tǒng)。運(yùn)轉(zhuǎn)層標(biāo)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(diào)相機(jī)出口不單獨(dú)設(shè)置斷路器。站用電接線：不單獨(dú)設(shè)站用變，換流站統(tǒng)一考慮。啟動裝置SFC單獨(dú)接入站外電源，常用負(fù)荷接入站內(nèi)電源。
調(diào)相機(jī)內(nèi)冷卻系統(tǒng)：定子和轉(zhuǎn)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(shè)置輔助閉式冷卻塔。供水系統(tǒng)：調(diào)相機(jī)站的消防水、生活水等由換流站統(tǒng)一考慮，調(diào)相機(jī)站用水由換流站西南側(cè)站外供水管道T接。大件運(yùn)輸：定子在基建階段安裝，不考慮運(yùn)行階段安裝檢修，轉(zhuǎn)子考慮運(yùn)行階段安裝檢修。定子轉(zhuǎn)子均在站內(nèi)指定地點(diǎn)交貨。兩臺調(diào)相機(jī)配置2套SFC，一用一備。調(diào)相機(jī)潤滑油系統(tǒng)設(shè)置貯油箱、交/直流潤滑油泵，交/直流頂軸油泵。
4江蘇泰州調(diào)相機(jī)工程
2018年7月，±800千伏特高壓泰州換流站加裝同步調(diào)相機(jī)非全相試驗(yàn)順利完成，標(biāo)志著華東電網(wǎng)首個新一代雙水內(nèi)冷調(diào)相機(jī)工程啟動調(diào)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(diǎn)。調(diào)相機(jī)站與換流站合建，共用進(jìn)站道路，調(diào)相機(jī)工程緊鄰換流站西南側(cè)布置，位于換流站500千伏配電裝置南側(cè)。調(diào)相機(jī)站裝設(shè)2臺300兆乏調(diào)相機(jī)，每臺調(diào)相機(jī)通過1臺350兆伏安變壓器接入500千伏交流系統(tǒng)。
2臺調(diào)相機(jī)鏡像對稱布置，共用轉(zhuǎn)子檢修空間。調(diào)相機(jī)組采用“調(diào)相機(jī)—變壓器組”單元接線。調(diào)相機(jī)站用電系統(tǒng)由換流站提供的4路10千伏電源進(jìn)行供電。鐵心采用空氣冷卻，定子和轉(zhuǎn)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(shè)置帶機(jī)力通風(fēng)冷卻塔。調(diào)相機(jī)站的消防水室內(nèi)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(diào)相機(jī)室外消防管網(wǎng)與換流站室外消防管網(wǎng)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(yùn)行階段安裝檢修，轉(zhuǎn)子考慮運(yùn)行階段安裝檢修。