送端調相機站用變容量計算及站用電接線研究

李 磊

（中國電力工程顧問集團西北電力設計院有限公司，陜西西安 710075）

根據國家電網公司“研究部署調相機在電網中應用工作會議”精神，為提高電網安全穩定水平，規劃在國家電網公司骨干電網中建設一批調相機組。按照換流站的設置情況可分為送端調相機和受端調相機。首批建設了酒泉、扎魯特、泰州、湘潭、古泉、錫盟、臨沂、雅中8個調相機站共17臺調相機組。隨著直流換流站的不斷建設，多個換流站要求同步建設調相機組，在今后陸續啟動建設一批調相機組項目。

隨著我國這些年電力工程的迅速發展，火電（水電）機組領域的廠用電負荷特性研究已取得大量研究成果及經驗，換流站配套的調相機作為相對較新的工程項目，其站用電接線及站用變容量選擇的研究目前在國內成果及經驗均很少，相關的研究均在起步階段。隨著換流站項目建設的不斷發展，我國調相機項目建設已進入實質階段，對調相機站用電接線及站用變容量選擇的研究也成為當務之急。該研究完成相關分析后，可對電氣設備選型及優化提供指導性建議。

1 調相機站用變容量選擇的研究

1.1 調相機的系統組成

調相機系統通常由調相機本體、勵磁系統、升壓變、啟動系統、冷卻系統、油系統、控制保護系統組成。系統組成如圖1所示。

圖1 調相機的系統組成

在調相機系統中，啟動系統采用SFC 變頻啟動方式，每臺調相機設置一套SFC 變頻啟動裝置，兩套SFC 變頻啟動裝置通過切換開關聯絡，互為備用。

SFC 變頻器裝置主要由輸入變壓器、晶閘管整流器、直流電抗器、晶閘管逆變器、輸出變壓器等設備組成。SFC 變頻器控制系統的主要功能包括閉環控制、邏輯順序控制和診斷系統。

閉環控制分為4個主要部分：①調相機轉速閉環控制。②交流側整流器的控制：具有速度調節器和電流調節器。交流側整流器產生的直流側電流與電機實際轉矩成比例。③電機側逆變器的電子換相，即直接連接電流根據轉子的實際位置接通到相應的定子繞組以獲得實際最大的電機轉矩。④控制還計算了勵磁電流的設定值，并通過勵磁進行控制。

邏輯順序控制確保調相機的運行和操作安全，分為以下幾類：①輔助設備的開關和控制。調相機系統內各開關的安全合閘/分閘的指令信號，控制開關的合分。調相機系統內各開關動作的定值設定，可利用閉環調節器的信號實現對定值的動態調節。②故障信號內部和外部連鎖，使得調相機能立即停機。③診斷、檢測和發布相應的信息。外部故障及硬件故障等均可被診斷，可進行故障的快速定位和消除。所有的故障信息都以附帶有日期和時間的文本方式在操作界面上顯示，或傳送至上監控系統作為成組的故障信息。

1.2 調相機站用電的負荷組成

調相機站用電負荷主要是由調相機本體系統的用電負荷、外冷系統用電負荷、電控系統用電負荷及其他系統用電負荷等組成。①調相機本體系統負荷包含其勵磁系統、啟動系統及調相機的油水系統。②外冷系統負荷包含冷卻水循環泵、冷卻風機、冷卻系統加熱器等負荷組成。③電控系統用電負荷包含直流系統、UPS 系統、熱控控制系統負荷等。④其他系統用電包含暖通空調、暖風機及其他檢修行車等負荷。

1.3 調相機站用電的負荷分析

從目前所設計的送端調相機工程的負荷特點來看，調相機的啟動系統（SFC）電負荷采用的是10 kV 的高壓站用電，其他各系統的電負荷均采用的是400 V 的低壓站用電。

1.3.1 調相機的啟動系統（SFC）負荷

根據SFC 裝置的設備要求，SFC 裝置的電源要求采用10 kV 電壓，電源直接接入SFC 裝置的輸入變壓器。按照10 kV 饋線類型負荷進行配置。

1.3.2 400 V站用低壓負荷

調相機的站用負荷的研究主要用于調相機站用變容量的選擇，由于站用變提供的為400 V 低壓電源，調相機的啟動系統（SFC）電負荷單獨由其他10 kV電源系統提供。

從調相機低壓負荷特性的分析來看，調相機工程的負荷有長期連續負荷、短時連續負荷、短時斷續負荷、啟動負荷等，對于不同的設備，設備運行參數會發生相應變化，但其負荷特性，如是否需保安電源、運行時間長短等電氣廠用電計算需要的特性不會有較大的改變，因此參考火力發電廠負荷的分類方法，調相機工程可按照廠用電負荷對人身安全和設備安全的重要性，可分為0類負荷和非0類負荷。廠用電負荷的重要性由其所屬的工藝系統確定。停電將直接影響到人身或重大設備安全的廠用電負荷，稱為0類負荷，此外的廠用電負荷均可視作非0類負荷。

0類負荷按其重要性程度及對電源的不同要求，可分為以下幾種類型。

（1）0Ⅰ類負荷，即不停電負荷。在機組運行期間及停機（包括事故停機）過程中，甚至在停機以后的一段時間內，需進行連續供電的負荷，稱為不停電負荷，簡稱0 I 類負荷，此類負荷應由交流不間斷電源（UPS）供電。

（2）0Ⅱ類負荷，即直流保安負荷。在發生全廠停電或在單元機組失去廠用電時，為保證機爐的安全停運，過后能很快的重新起動，或者為防止危及人身安全等原因，需在停電時繼續用直流系統進行供電的負荷，稱為直流保安負荷，簡稱0 II 類負荷，此類負荷應由直流動力系統供電。

（3）0Ⅲ類負荷，即交流保安負荷。在發生全廠停電或在單元機組失去廠用電時，為保證機爐的安全停運，過后能很快的重新起動，或者為防止危及人身安全等原因，需在停電時繼續用交流系統進行供電的負荷，稱為交流保安負荷，簡稱0Ⅲ類負荷，此類負荷應由交流保安電源系統供電。

非0類負荷按其在電能生產過程中的不同重要性，又可分為以下幾種類型。

（1）Ⅰ類負荷。短時（手動切換恢復供電所需的時間）停電可能影響設備正常使用壽命，使生產停頓或發電量大量下降的負荷。

（2）Ⅱ類負荷。允許短時停電，但停電時間過長，有可能影響設備正常使用壽命或影響正常生產的負荷。

（3）Ⅲ類負荷。長時間停電不會直接影響生產的負荷。

400 V 站用低壓負荷的特性：對于調相機工程的低壓站用負荷，控制、保護類及直流潤滑油泵均為0類負荷分類，采用UPS、直流系統提供電源。對于調相機本體的輔機、冷卻水系統、暖通系統等其他系統均按非0類負荷分類，從400 V 站用變引接電源。

以北方地區兩臺容量為300 MVar 的調相機機組工程為例，其400 V 站用變容量計算見表1。

表1 站用變容量計算

根據表1計算所得，上述調相機機組所需的低壓站用電源變壓器容量約為2 500 kVA。

2 調相機站用電接線的選擇

對于大型調相機工程，400 V 站用電源的接線型式可參考火力發電廠廠用低壓電源接線的型式。整個工程設置兩臺低壓站用變，設置兩段400 V 低壓站用工作段。400 V 低壓站用工作段采用單母線分段接線型式，兩臺低壓站用變容量相互冗余備用。接線型式如圖2所示。

圖2 站用電源接線

3 結束語

文章是對已投運北方地區大型調相機工程實際的負荷情況進行研究與總結，對于調相機工程的低壓站用變容量的選擇及站用接線型式的確定有一定的參考價值。