安定500kV變電站調相機系統研究

張學龍 韓國鑫 楊靖 焦麗瑩 陳金愛

摘? 要：該文首先對無功補償基本原理進行了介紹，列舉了目前常用的無功補償方法及其優缺點。針對安定500kV變電站獨有的調相機系統，從調相機工作原理、運行方式、系統結構、安裝拆除等方面進行全方面分析，在分析了調相機自身運行特性的基礎上，研究了調相機的系統構成，并在最后介紹了調相機系統的拆除和吊裝過程，全面介紹了安定500kV變電站調相機系統，對于指導變電站施工具有重大意義。

關鍵詞：無功補償? 調相機? 吊運

中圖分類號：TM63? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1672-3791（2019）03（a）-0049-03

1? 無功補償基本原理

1.1 無功功率與電壓間的關系

將電力系統做簡化處理如圖1所示，G代表發動機，T代表變壓器，L代表輸電線路，SLD代表負荷，其中負荷所消耗的功率為SLD=PLD+jQLD，系統各處電壓如圖1（a）表示。等效電路圖如圖1（b），其中Xd代表發電機等值電抗，R∑+jX∑表示變壓器、輸電線路等值阻抗，YD=GD+jBD代表負荷等值導納。

忽略電壓降落橫分量并考慮R∑﹤﹤X∑，則有△u=UG-U=

。

由此可知，線路中電壓損耗正比于負荷所消耗的無功功率。如果電網中的無功功率供不應求，用電設備的端電壓就要下降，從而影響用電設備的正常運行。但是從發電機所發無功功率和輸電線的充電功率不足以滿足負荷的無功需求和系統中無功的損耗，所以在電網中要設置一些無功補償裝置，以保證用戶對無功功率的需要。

1.2 變電站無功補償主要方法

目前常見的無功補償設備有并聯電容器靜止補償器和調相機。這些裝置可以輸出或消耗無功功率，就近實現系統中各點的無功功率平衡。

1.2.1 并聯電容器、電抗器組

在實際工作中并聯電容器、電抗器組往往是相互配合使用的，電抗器作用與電容器相反，可把電抗器的容量看作是負值電容即可。通過兩者的配合，可以實現就地補償或吸納無功，調整無功功率，從而提高或降低系統電壓。

1.2.2 同步調相機

調相機實質上是一種空載運行的同步電動機，它僅從電網吸收的有功功率通常不超過其額定容量的5%，卻可向電網提供無極連續調節的容性或感性無功，改善功率因數，降低網絡中的損耗，對調整電網電壓和提高電網的穩定性具有較好的作用。

1.2.3 各補償方式的特點與不足

同步調相機可平滑改變輸出（或吸收）無功功率，進行電壓調節。具有短時過載能力，但損耗和噪聲較大，運行維護復雜且投資費用較大，目前己經很少使用。

并聯電容器的裝設容量可大可小，投資費用較小，功率損耗較小且維護方便。但由于補償容量與供電電壓平方成正比，當系統發生故障使電壓下降時，電容器無功輸出的減少將導致電壓繼續下降。因此，電容器的無功功率調節性能比較差。

2? 安定500kV變電站調相機系統

2.1 調相機的基本工作原理

調相機定子電流I和勵磁電流If的關系曲線I=f（If），稱為“V”形曲線。如圖2所示，曲線最低點Z對應一定極端電壓時調相機的空載運行狀態，Z點橫坐標If0為空載勵磁電流。Z點右邊為調相機過勵運行區，左邊為欠勵運行區。

2.1.1 過勵運行方式

在調相機過勵運行工況，勵磁電流大于圖中的If0，定子電流超前于定子電壓90°（見圖3）。此時，調相機吸收電網的感性無功功率，在過勵運行區，If越大，吸收電網感性無功越多。

2.1.2 欠勵運行方式

在調相機欠勵運行工況，轉子繞組勵磁電流If0為0

通過以上分析，同步調相機在過勵時可看作是電網的一個電容性無功負載，而欠勵時則為一個電感性的無功負載。

2.2 調相機的本體結構

調相機的本體結構由定子、轉子和勵磁系統組成。

定子系統主要由定子鐵芯、定子繞組等部件組成。轉子系統主要用于支撐旋轉的勵磁線圈、形成良好的磁通路徑，一般由轉子鐵芯、勵磁繞組等組成。

勵磁系統由兩部分組成（見圖4）：勵磁功率單元，用于向調相機的磁場繞組提供直流電流，以建立直流磁場。勵磁調節器用于調節勵磁電流。勵磁調節器不僅控制調相機的端電壓，而且還控制調相機無功功率、功率因數和電流等參數。

2.3 調相機的主要輔助系統

調相機運行時必須采用高效的冷卻措施，使發熱部件發出的熱量散發出去。安定調相機采用水-氫-氫冷卻方式，即定子繞組及引線是水內冷，轉子繞組是氫內冷，轉子本體及定子鐵芯是氫表冷。為此還設有定子線圈冷卻水系統，發電機氫冷系統和為防止氫氣從軸封漏出的密封油系統。

3? 調相機系統的拆除

此次拆除的安定站調相機總重約310t，其中定子重180t、轉子重120t、旋轉勵磁機重10t。根據工程師現場勘查，最終確定用兩臺350t吊車、采用抬吊法進行吊裝作業。

3.1 施工前現場部署

現場需用350t吊車兩臺，由于現場路面局部承重不夠，在吊裝作業面都以滿鋪的形式滿鋪一層2cm以上的鐵板，以便加強施工現場地面的承重能力。

為了防止在拆除循環水系統過程中冷卻塔中的積水出現由高差造成的回流現象，制定了循環水系統封堵措施。

采用化學藥劑清洗密封油系統中的殘留潤滑油，需清洗2次，清洗2d;為防止系統內部二次揮發產生混合氣體，置換吹洗需進行3次，吹洗需3d。

3.2 調相機的拆除

按照順序拆除調相機電氣部分、旋轉勵磁機、本體部分及附屬設備。本體拆除時，主機需退氫到零，由化學監測人員進行化學檢驗，檢驗合格后方可進行拆除。抽轉子時，借助假軸和2個100t的推進器滑動抽出轉子。最終，將調相機定子兩側的地腳螺栓完全松開，等待吊運。

3.3 重型設備的吊運

3.3.1 吊運設備

外罩（15t）、定子（180t）、轉子（120t）、勵磁機（10t）、冷卻器（4t）、附屬設備。在所有吊運設備中屬定子質量最大，因此主要以定子的吊運過程進行介紹。

3.3.2 定子的吊運

吊運時通過信號工統一指揮，起吊試吊、當吊索吊具繃緊時，檢查各受力點的受力情況，確認安全無誤后正式起吊，并隨時檢查各受理點的受力情況，使2臺350t吊車緩慢、同步起吊，完成轉臂、扒桿等連續動作，將定子逐漸吊運裝車。

3.3.3 力學驗算

（1）吊車起重驗算。

此次吊裝選用350t吊車，吊車最大工況出現在吊裝點正上方的時候，此時吊車重心至被吊設備中心水平距離為9m，吊臂長為18m，吊臂與水平夾角確定為60°（見圖5）。根據350t汽車吊起重性能曲線表查得數據，當作業半徑為9m，主臂伸出15.6m時，最大吊重為120t;當作業半徑為9m，主臂伸出20.9m時，最大吊重為115t。現場根據實際情況確定，單車吊重為90t，作業半徑為9m，主臂伸出為18m，因此單車可最大吊重范圍為115～120°之間，90t起重在允許起重范圍內，可驗算符合起重要求。

（2）鋼絲繩受力驗算。

吊車使用Ф60mm鋼絲繩，采用4點8繩吊裝，東側吊車鋼絲繩分別吊住調相機東側南北兩個吊點，西邊車吊住南北兩側吊點。根據力學驗算依據：定子180T分4個點起吊，受力4個點單點受力45T，考慮吊鉤定子夾角60°，單點鋼絲繩受力52T，單根鋼絲受力為26t，按照6倍安全系數計算，單根鋼絲繩受力為156t，根據鋼絲繩理論使用極限受力180t，現場使用的鋼絲繩滿足使用要求。

4? 結語

該文對無功補償技術原理及目前變電站常用的補償方式進行了介紹，重點闡述了安定500kV變電站調相機系統的原理和構成，此外，對安定站調相機系統的拆除過程進行了技術說明。通過在理論基礎和施工技術兩方面上的提煉總結，可為以后的調相機系統或類似工程的施工建設提供基礎理論指導和施工技術參考。

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