同步調(diào)相機(jī)特性及應(yīng)用

摘 要：同步調(diào)相機(jī)是一種特殊運(yùn)行狀態(tài)下的同步電機(jī)，其特殊性在于沒有負(fù)載。它的運(yùn)行可以是過勵(lì)磁運(yùn)行，也可以是欠勵(lì)磁運(yùn)行，其運(yùn)行狀態(tài)主要是根據(jù)電力系統(tǒng)的需要進(jìn)行調(diào)配。當(dāng)它處于過勵(lì)磁運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，向電網(wǎng)發(fā)出無功功率;處于欠勵(lì)磁運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，從電網(wǎng)吸收無功功率。當(dāng)電網(wǎng)電壓處于欠壓狀態(tài)時(shí)，同步調(diào)相機(jī)可向電網(wǎng)發(fā)出無功功率，使得電網(wǎng)電壓處于穩(wěn)定狀態(tài)。本文將從同步調(diào)相機(jī)的特性和相關(guān)的應(yīng)用著手，淺談同步調(diào)相機(jī)的相關(guān)問題。

關(guān)鍵詞：同步調(diào)相機(jī);電網(wǎng)無功補(bǔ)償;調(diào)相機(jī)的應(yīng)用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.22.107

1 同步調(diào)相機(jī)的特性

同步調(diào)相機(jī)最早發(fā)明于20世紀(jì)初期，距今已有100多年的歷史，其容量可以從最早的13MVA到近年來的350MVA，在這100多年間，同步調(diào)相機(jī)與其它的電容器和電感器一起發(fā)展。對(duì)比而言，同步調(diào)相機(jī)有它特殊的性質(zhì)，也有先天性的一些弊端，下面主要就同步調(diào)相機(jī)的相關(guān)特性及優(yōu)缺點(diǎn)做主要介紹。

1.1 同步調(diào)相機(jī)在無功功率補(bǔ)償中的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)

無功功率，許多用電設(shè)備均是根據(jù)電磁感應(yīng)原理工作的，如配電變壓器、電動(dòng)機(jī)等，它們都是依靠建立交變磁場(chǎng)才能進(jìn)行能量的轉(zhuǎn)換和傳遞，為建立交變磁場(chǎng)和感應(yīng)磁通而需要的電功率稱為無功功率。從廣義上講， 電壓和電流的相位不同以及諧波產(chǎn)生的電流和電壓失真均等效于無功存在。

（1）同步調(diào)相機(jī)具有感性和容性兩種補(bǔ)償范圍。狹義的無功功率可分為感性無功功率和容性無功功率。感性無功功率是磁場(chǎng)變化時(shí)吸收或者釋放的功率，其電感器的電流滯后于電壓90°;容性無功功率是電場(chǎng)變化時(shí)吸收或者釋放的功率，其電容器的電流超前于電壓90°。正因?yàn)橛写颂匦裕虼巳菪詿o功功率又稱超前無功功率，感性無功功率又稱滯后無功功率。相較于其他的無功補(bǔ)償方式而言，補(bǔ)償?shù)姆秶鼜V泛。而且在長(zhǎng)距離的高壓輸送中，輸電線對(duì)地電容產(chǎn)生的電容無功功率很大，會(huì)導(dǎo)致電壓上升，危及設(shè)備及電網(wǎng)系統(tǒng)的安全。為保持輸電線的無功平衡，采取的辦法就是并聯(lián)電感器或者其他的感性無功功率發(fā)生設(shè)備，用感性無功功率去補(bǔ)償容性無功功率。而恰巧同步調(diào)相機(jī)兩者兼?zhèn)洌栽诟邏弘娸斔拖到y(tǒng)中，會(huì)采用同步調(diào)相機(jī)作為無功補(bǔ)償?shù)脑O(shè)備。

（2）同步調(diào)相機(jī)在無功補(bǔ)償中的特有優(yōu)勢(shì)。同步調(diào)相機(jī)是最早的無功補(bǔ)償設(shè)備，它具有跟蹤速度快、故障率低、調(diào)整電壓平滑、單機(jī)容量大等優(yōu)點(diǎn)，可以抑制閃變或者沖擊。它可以支撐電網(wǎng)電壓以及保持電網(wǎng)的穩(wěn)定性，因此它成為大型電網(wǎng)調(diào)整電壓的首選設(shè)備。

1.2 同步調(diào)相機(jī)在無功補(bǔ)償中的劣勢(shì)

但是，同步調(diào)相機(jī)也存在一定的弊端，比如運(yùn)行維護(hù)較為復(fù)雜、有功功率損耗較大、運(yùn)行噪音高、投入的費(fèi)用較高，尤其是小容量的調(diào)相機(jī)單位容量投入的費(fèi)用。故在當(dāng)前的應(yīng)用中，同步調(diào)相機(jī)基本都使用大容量的調(diào)相機(jī)，并且多裝在樞紐變電站、換流站等地方。

2 同步調(diào)相機(jī)的應(yīng)用

根據(jù)以上羅列的同步調(diào)相機(jī)的一些優(yōu)點(diǎn)和弊端，在電力系統(tǒng)中，同步調(diào)相機(jī)有著一百多年的歷史，逐漸被其他的無功補(bǔ)償設(shè)備所替代，但是仍然還有很多地方是使用的同步調(diào)相機(jī)。并且近年來，隨著技術(shù)的不斷革新，同步調(diào)相機(jī)無論是從工作方式上、實(shí)現(xiàn)途徑發(fā)面、冷卻問題方面以及容量方面都有了質(zhì)的飛躍。

2.1 同步調(diào)相機(jī)發(fā)展的必然性和背景

電力系統(tǒng)是一個(gè)非常龐大的過程，需要方方面面的配合才能形成完整的一套電力系統(tǒng)。在高壓電的長(zhǎng)途運(yùn)輸過程中，會(huì)存在電能消耗，發(fā)電機(jī)動(dòng)力不足等等一系列的問題，所以解決能源損耗，降低成本，保持電力輸送系統(tǒng)的穩(wěn)定便成為了電力行業(yè)需要共同攻克的一個(gè)難題。所以，隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，一些高精尖產(chǎn)業(yè)需要更穩(wěn)定的電力系統(tǒng)作為支撐，同步調(diào)相機(jī)的不斷發(fā)展和技術(shù)的革新變成為當(dāng)代必須掌握的一門學(xué)問，那么同步調(diào)相機(jī)的發(fā)站已成為必然趨勢(shì)。早在20世紀(jì)初期，人們便有了這方面的進(jìn)步，在瑞典、日本等國(guó)最先應(yīng)用起來。

2.2 同步調(diào)相機(jī)的技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

在科技發(fā)展過程中，同步調(diào)相機(jī)已經(jīng)在起動(dòng)方式、冷卻方式、勵(lì)磁方式上有了更多的選擇。

（1）起動(dòng)方式。同步調(diào)相機(jī)的起動(dòng)方式有自起動(dòng)方式、起動(dòng)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)方式、靜止變頻器啟動(dòng)方式和液力耦合器起動(dòng)方式。這些起動(dòng)方式根據(jù)起動(dòng)特性應(yīng)用在不同的場(chǎng)合。自起動(dòng)方式是最普遍的一種方式，靜止變頻器啟動(dòng)方式普遍用于調(diào)相機(jī)較多的場(chǎng)合，液力耦合器起動(dòng)方式是調(diào)相機(jī)和起動(dòng)電動(dòng)機(jī)之間連接液力耦合器，我國(guó)鞍山電業(yè)局就使用的液力耦合器起動(dòng)方式起動(dòng)的調(diào)相機(jī)。

（2）冷卻方式。調(diào)相機(jī)的冷卻方式和發(fā)電機(jī)類似，有蒸發(fā)冷卻、雙水內(nèi)冷及全水冷、水-氫冷、全氫冷和空冷方式。冷卻方式的選擇取決于無功功率容量的大小，小容量的調(diào)相機(jī)使用的冷卻方式一般是水冷或者蒸發(fā)冷卻方式，大容量調(diào)相機(jī)使用的冷卻方式是空冷。隨著空冷技術(shù)的發(fā)展，空冷在調(diào)相機(jī)中的應(yīng)用范圍必將逐步擴(kuò)大。

（3）勵(lì)磁方式。調(diào)相機(jī)的勵(lì)磁方式和發(fā)電機(jī)一樣，同步調(diào)相機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)主要有帶交流勵(lì)磁機(jī)的他勵(lì)靜止晶閘管勵(lì)磁系統(tǒng)、自勵(lì)晶閘管靜止勵(lì)磁系統(tǒng)和無刷勵(lì)磁系統(tǒng)。這三種勵(lì)磁系統(tǒng)所能達(dá)到的效果近似，所以只是選擇性的問題，瑞典某些公司采用的帶交流勵(lì)磁機(jī)的他勵(lì)靜止晶閘管勵(lì)磁系統(tǒng)，而日本的某公司采用的是自勵(lì)晶閘管靜止勵(lì)磁系統(tǒng)和無刷勵(lì)磁系統(tǒng)。

3 結(jié)束語

同步調(diào)相機(jī)是現(xiàn)在大型電網(wǎng)系統(tǒng)補(bǔ)償無功功率的首選設(shè)備。近年來，隨著高壓電輸送中無功功率補(bǔ)償?shù)膯栴}日益凸顯，這就對(duì)同步調(diào)相機(jī)有著更為嚴(yán)格的要求。在此緊迫的氛圍中，同步調(diào)相機(jī)一方面總結(jié)歷史的經(jīng)驗(yàn)，不斷完善功能、提高設(shè)備技術(shù);另一方面，根據(jù)市場(chǎng)的需求不斷的進(jìn)步，滿足電力系統(tǒng)的輸送和能源損耗問題。

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作者簡(jiǎn)介：古曦（1989-），男，四川仁壽人，碩士研究生，工程師，研究方向：電機(jī)工程。