安定500kV變電站調(diào)相機系統(tǒng)研究

張學(xué)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(yōu)缺點。針對安定500kV變電站獨有的調(diào)相機系統(tǒng)，從調(diào)相機工作原理、運行方式、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、安裝拆除等方面進行全方面分析，在分析了調(diào)相機自身運行特性的基礎(chǔ)上，研究了調(diào)相機的系統(tǒng)構(gòu)成，并在最后介紹了調(diào)相機系統(tǒng)的拆除和吊裝過程，全面介紹了安定500kV變電站調(diào)相機系統(tǒng)，對于指導(dǎo)變電站施工具有重大意義。

關(guān)鍵詞：無功補償? 調(diào)相機? 吊運

中圖分類號：TM63? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標(biāo)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(guān)系

將電力系統(tǒng)做簡化處理如圖1所示，G代表發(fā)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(tǒng)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(fā)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(dǎo)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(wǎng)中的無功功率供不應(yīng)求，用電設(shè)備的端電壓就要下降，從而影響用電設(shè)備的正常運行。但是從發(fā)電機所發(fā)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(tǒng)中無功的損耗，所以在電網(wǎng)中要設(shè)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(shè)備有并聯(lián)電容器靜止補償器和調(diào)相機。這些裝置可以輸出或消耗無功功率，就近實現(xiàn)系統(tǒng)中各點的無功功率平衡。

1.2.1 并聯(lián)電容器、電抗器組

在實際工作中并聯(lián)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(xiàn)就地補償或吸納無功，調(diào)整無功功率，從而提高或降低系統(tǒng)電壓。

1.2.2 同步調(diào)相機

調(diào)相機實質(zhì)上是一種空載運行的同步電動機，它僅從電網(wǎng)吸收的有功功率通常不超過其額定容量的5%，卻可向電網(wǎng)提供無極連續(xù)調(diào)節(jié)的容性或感性無功，改善功率因數(shù)，降低網(wǎng)絡(luò)中的損耗，對調(diào)整電網(wǎng)電壓和提高電網(wǎng)的穩(wěn)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(diào)相機可平滑改變輸出（或吸收）無功功率，進行電壓調(diào)節(jié)。具有短時過載能力，但損耗和噪聲較大，運行維護復(fù)雜且投資費用較大，目前己經(jīng)很少使用。

并聯(lián)電容器的裝設(shè)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(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障使電壓下降時，電容器無功輸出的減少將導(dǎo)致電壓繼續(xù)下降。因此，電容器的無功功率調(diào)節(jié)性能比較差。

2? 安定500kV變電站調(diào)相機系統(tǒng)

2.1 調(diào)相機的基本工作原理

調(diào)相機定子電流I和勵磁電流If的關(guān)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(yīng)一定極端電壓時調(diào)相機的空載運行狀態(tài)，Z點橫坐標(biāo)If0為空載勵磁電流。Z點右邊為調(diào)相機過勵運行區(qū)，左邊為欠勵運行區(qū)。

2.1.1 過勵運行方式

在調(diào)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(diào)相機吸收電網(wǎng)的感性無功功率，在過勵運行區(qū)，If越大，吸收電網(wǎng)感性無功越多。

2.1.2 欠勵運行方式

在調(diào)相機欠勵運行工況，轉(zhuǎn)子繞組勵磁電流If0為0

通過以上分析，同步調(diào)相機在過勵時可看作是電網(wǎng)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(diào)相機的本體結(jié)構(gòu)

調(diào)相機的本體結(jié)構(gòu)由定子、轉(zhuǎn)子和勵磁系統(tǒng)組成。

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

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

2.3 調(diào)相機的主要輔助系統(tǒng)

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

3? 調(diào)相機系統(tǒng)的拆除

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

3.1 施工前現(xiàn)場部署

現(xiàn)場需用350t吊車兩臺，由于現(xiàn)場路面局部承重不夠，在吊裝作業(yè)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(xiàn)場地面的承重能力。

為了防止在拆除循環(huán)水系統(tǒng)過程中冷卻塔中的積水出現(xiàn)由高差造成的回流現(xiàn)象，制定了循環(huán)水系統(tǒng)封堵措施。

采用化學(xué)藥劑清洗密封油系統(tǒng)中的殘留潤滑油，需清洗2次，清洗2d;為防止系統(tǒng)內(nèi)部二次揮發(fā)產(chǎn)生混合氣體，置換吹洗需進行3次，吹洗需3d。

3.2 調(diào)相機的拆除

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

3.3 重型設(shè)備的吊運

3.3.1 吊運設(shè)備

外罩（15t）、定子（180t）、轉(zhuǎn)子（120t）、勵磁機（10t）、冷卻器（4t）、附屬設(shè)備。在所有吊運設(shè)備中屬定子質(zhì)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(tǒng)一指揮，起吊試吊、當(dāng)?shù)跛鞯蹙呖嚲o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(zhuǎn)臂、扒桿等連續(xù)動作，將定子逐漸吊運裝車。

3.3.3 力學(xué)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(xiàn)在吊裝點正上方的時候，此時吊車重心至被吊設(shè)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(jù)350t汽車吊起重性能曲線表查得數(shù)據(jù)，當(dāng)作業(yè)半徑為9m，主臂伸出15.6m時，最大吊重為120t;當(dāng)作業(yè)半徑為9m，主臂伸出20.9m時，最大吊重為115t。現(xiàn)場根據(jù)實際情況確定，單車吊重為90t，作業(yè)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(nèi)，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(cè)吊車鋼絲繩分別吊住調(diào)相機東側(cè)南北兩個吊點，西邊車吊住南北兩側(cè)吊點。根據(jù)力學(xué)驗算依據(jù)：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(shù)計算，單根鋼絲繩受力為156t，根據(jù)鋼絲繩理論使用極限受力180t，現(xiàn)場使用的鋼絲繩滿足使用要求。

4? 結(jié)語

該文對無功補償技術(shù)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(diào)相機系統(tǒng)的原理和構(gòu)成，此外，對安定站調(diào)相機系統(tǒng)的拆除過程進行了技術(shù)說明。通過在理論基礎(chǔ)和施工技術(shù)兩方面上的提煉總結(jié)，可為以后的調(diào)相機系統(tǒng)或類似工程的施工建設(shè)提供基礎(chǔ)理論指導(dǎo)和施工技術(shù)參考。

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