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江苏电网首台大容量同步调相机并网成功
发布时间:2019/4/11  浏览次数:2003
 

来源:电力工程技术杂志  

611116分,在盘车阶段、调相机升速、主变倒送等一系列试验顺利完成后,江苏电网首台300Mvar同步调相机在±800kV锡泰直流泰州换流站正式并网。据悉,在接下来的一段时间内,还将继续开展同步调相机并网试验,之后泰州站同步调相机进入试运行阶段。

 

本次泰州站并网的是国内电气集团生产的新一代大容量同步调相机,容量为300Mvar,其进相无功调节深度可达到-150Mvar,优于传统调相机。新一代大容量调相机技术具备快速动态无功调节和短时过载能力,主要用于故障工况下向系统提供动态无功支撑,同时兼具稳态无功补偿功能。

 

泰州站同步调相机的并网,是新一代大容量同步调相机在江苏电网应用的开端,在不久的将来,江苏电网各800kV500kV直流换流站均会配置大容量同步调相机,将为江苏电网提供高效、可控的动态无功补偿,有效缓解特高压直流大规模接入引起的受端电网无功储备不足,电压特性恶化等一些列问题,显著降低特高压直流换相失败、直流闭锁的概率,有效保障受端大电网安全稳定运行,助力清洁能源消纳,为江苏电网打造高端电网,推动能源变革提供重要的支撑基础。

扩展阅读:调相机技术介绍1.同步调相机原理

同步调相机是一种特殊运行状态下的同步电机,其结构与同步电动机基本相同;但由于调相机不带机械负载,故其转轴较细。同步调相机一般运行于电动机状态,不带机械负载也不带原动机,只向电力系统提供或吸收无功功率,又称同步补偿机。

 

1 同步调相机

电力系统中除专门设计的同步调相机(集中布置在负荷中心)之外,还有同步发电机根据同步电机可逆原理转为同步调相机状态运行,比如水轮发电机在枯水期改为调相机运行,还有汽轮发电机和柴油发电机等发电机组转为调相机运行。

调相机具有强励能力(不低于2),在1~2s内无功出力可以达到其额定容量的2倍以上。与发电机励磁方式一样,主要有交流励磁机方式和自并励励磁方式,目前多采用自并励励磁方式,调节速度更快,调节容量更大。

2.        同步调相机的特点及主要用途

作为专用的无功功率源,同步调相机与其他无功源(并联电容器、电抗器、SVC)相比,其无功输出受系统电压影响小,具备瞬时无功支撑和很强的短时过载能力;且其输出的无功功率可连续控制、灵活调节无功数值,精度高,无差调节,易于提高系统稳定性;并具有跟踪速度快(能抑制闪变或冲击)、补偿范围广(容性、感性均可)、故障率低等优点。但是,调相机也存在运行维护比较复杂、有功功率损耗较大、运行噪声较高、小容量调相机单位容量投入费用较高等缺点。因此,同步调相机宜作为大容量集中补偿装置,通常容量大于10Mvar,多装设在枢纽变电站、HVDC换流站。

HVDC换流站而言,当电网出现短路故障造成系统电压降低时,换流站内其他电容型补偿设备(并联电容器、滤波器)的无功出力也将下降(其无功出力与电压平方成正比),不利于系统电压的恢复和HVDC换相失败的恢复,而调相机无此问题;同时,与SVCSTATCOM等基于电力电子技术的动态无功补偿装相比,调相机不仅具有更好的无功出力特性,还可为系统提供短路容量,在降低直流送端暂态过电压、抑制直流受端换相失败等方面具备独特优势。

3.        国内外同步调相机的应用现状

国外从50年代开始有多个国家应用调相机提高系统的稳定性。如瑞典、阿根廷、加拿大、埃及、巴西等国家在大规模水电基地远距离外送的受端变电站加装调相机。法国、日本电网早期使用调相机较多,随着电网的网架加强和电源增加,法国调相机没有新的增加。日本东京地区在1987723日发生静态电压崩溃事故后(损失负荷817万千瓦),增加了抽水蓄能、调相机和SVC等动态无功补偿装置。国外主要调相机应用工程如下表所示。

1 国外主要调相机应用工程

 

我国自80年代以来500kV电网发展加快,受端电网装机容量快速增加,由于调相机自身的损耗、噪音和维护等问题,且电网对动态补偿要求相对较低,电容器、电抗器等无功补偿装置开始大规模使用,逐渐替代了调相机作用。随着调相机设备老化,逐渐退出了电网运行。

随着直流输电的出现,对动态无功支撑提出了要求,而常规电容器、电抗器难以满足,因此,部分早期直流输电系统,由于受端短路容量不足,仍有调相机使用。例如在上海-浙江舟山的芦嵊直流的嵊泗逆变端装设有同步调相机,如下图所示。

 

2 芦嵊直流示意图

2011年之前嵊泗岛上的有功电源主要是泗礁电厂,主要用于在直流输电系统启动过程中提供换相电压,当直流输电系统运行稳定后,切除发电机由调相机提供换相电压。嵊泗电网在交流联网前全岛装机容量共17MW,有效短路比(ESCR)0.913,远小于IEEE有效短路比推荐值3.0,是典型的弱交流系统。为满足芦嵊直流的稳定运行,在芦嵊直流建设时嵊泗站每极都增加了一台30Mvar的调相机以增加逆变侧交流系统的强度。孤岛情况下,芦嵊直流单极单调相机运行时短路比可以达到6.87,双极双调相机运行时短路比可以达到6.1,表现为强系统。可见在HVDC弱受端装设同步调相机,可以有效增加有效短路比,维持换相电压稳定,保证直流系统的稳定运行。

特高压直流输电的大量投产导致电网特性的改变,电压稳定的主要问题在于故障期间动态无功支撑不足,调相机固有的无功输出特性恰好符合故障期间电网对动态无功的需求。因此,根据国网公司战略规划,在“十三五”期间,将在多回超/特高压直流的送受端换流站加装调相机。根据规划,“十三五”期间落点江苏电网的HVDC换流站将配套建设10300Mvar调相机(政平换流站4套、苏州换流站2套、淮安换流站2套、泰州换流站2)

2.        新一代大容量调相机技术介绍

(1)     调相机无功运行能力:迟相运行能力300Mvar,进相运行能力-150Mvar

(2)     调相机定、转子绕组具有很强的短时过载能力:定子绕组承受3.5倍额定电流持续时间不小于15s,转子绕组承受2.5倍额定励磁电流持续时间不小于15s

(3)调相机快速电压响应:励磁系统的延迟时间不大于0.02s,上升时间(强励)不大于0.02s,下降时间(强减)不大于0.025s