送端调相机站用变容量计算及站用电接线研究

李 磊

（中国电力工程顾问集团西北电力设计院有限公司，陕西西安 710075）

根据国家电网公司“研究部署调相机在电网中应用工作会议”精神，为提高电网安全稳定水平，规划在国家电网公司骨干电网中建设一批调相机组。按照换流站的设置情况可分为送端调相机和受端调相机。首批建设了酒泉、扎鲁特、泰州、湘潭、古泉、锡盟、临沂、雅中8个调相机站共17台调相机组。随着直流换流站的不断建设，多个换流站要求同步建设调相机组，在今后陆续启动建设一批调相机组项目。

随着我国这些年电力工程的迅速发展，火电（水电）机组领域的厂用电负荷特性研究已取得大量研究成果及经验，换流站配套的调相机作为相对较新的工程项目，其站用电接线及站用变容量选择的研究目前在国内成果及经验均很少，相关的研究均在起步阶段。随着换流站项目建设的不断发展，我国调相机项目建设已进入实质阶段，对调相机站用电接线及站用变容量选择的研究也成为当务之急。该研究完成相关分析后，可对电气设备选型及优化提供指导性建议。

1 调相机站用变容量选择的研究

1.1 调相机的系统组成

调相机系统通常由调相机本体、励磁系统、升压变、启动系统、冷却系统、油系统、控制保护系统组成。系统组成如图1所示。

图1 调相机的系统组成

在调相机系统中，启动系统采用SFC 变频启动方式，每台调相机设置一套SFC 变频启动装置，两套SFC 变频启动装置通过切换开关联络，互为备用。

SFC 变频器装置主要由输入变压器、晶闸管整流器、直流电抗器、晶闸管逆变器、输出变压器等设备组成。SFC 变频器控制系统的主要功能包括闭环控制、逻辑顺序控制和诊断系统。

闭环控制分为4个主要部分：①调相机转速闭环控制。②交流侧整流器的控制：具有速度调节器和电流调节器。交流侧整流器产生的直流侧电流与电机实际转矩成比例。③电机侧逆变器的电子换相，即直接连接电流根据转子的实际位置接通到相应的定子绕组以获得实际最大的电机转矩。④控制还计算了励磁电流的设定值，并通过励磁进行控制。

逻辑顺序控制确保调相机的运行和操作安全，分为以下几类：①辅助设备的开关和控制。调相机系统内各开关的安全合闸/分闸的指令信号，控制开关的合分。调相机系统内各开关动作的定值设定，可利用闭环调节器的信号实现对定值的动态调节。②故障信号内部和外部连锁，使得调相机能立即停机。③诊断、检测和发布相应的信息。外部故障及硬件故障等均可被诊断，可进行故障的快速定位和消除。所有的故障信息都以附带有日期和时间的文本方式在操作界面上显示，或传送至上监控系统作为成组的故障信息。

1.2 调相机站用电的负荷组成

调相机站用电负荷主要是由调相机本体系统的用电负荷、外冷系统用电负荷、电控系统用电负荷及其他系统用电负荷等组成。①调相机本体系统负荷包含其励磁系统、启动系统及调相机的油水系统。②外冷系统负荷包含冷却水循环泵、冷却风机、冷却系统加热器等负荷组成。③电控系统用电负荷包含直流系统、UPS 系统、热控控制系统负荷等。④其他系统用电包含暖通空调、暖风机及其他检修行车等负荷。

1.3 调相机站用电的负荷分析

从目前所设计的送端调相机工程的负荷特点来看，调相机的启动系统（SFC）电负荷采用的是10 kV 的高压站用电，其他各系统的电负荷均采用的是400 V 的低压站用电。

1.3.1 调相机的启动系统（SFC）负荷

根据SFC 装置的设备要求，SFC 装置的电源要求采用10 kV 电压，电源直接接入SFC 装置的输入变压器。按照10 kV 馈线类型负荷进行配置。

1.3.2 400 V站用低压负荷

调相机的站用负荷的研究主要用于调相机站用变容量的选择，由于站用变提供的为400 V 低压电源，调相机的启动系统（SFC）电负荷单独由其他10 kV电源系统提供。

从调相机低压负荷特性的分析来看，调相机工程的负荷有长期连续负荷、短时连续负荷、短时断续负荷、启动负荷等，对于不同的设备，设备运行参数会发生相应变化，但其负荷特性，如是否需保安电源、运行时间长短等电气厂用电计算需要的特性不会有较大的改变，因此参考火力发电厂负荷的分类方法，调相机工程可按照厂用电负荷对人身安全和设备安全的重要性，可分为0类负荷和非0类负荷。厂用电负荷的重要性由其所属的工艺系统确定。停电将直接影响到人身或重大设备安全的厂用电负荷，称为0类负荷，此外的厂用电负荷均可视作非0类负荷。

0类负荷按其重要性程度及对电源的不同要求，可分为以下几种类型。

（1）0Ⅰ类负荷，即不停电负荷。在机组运行期间及停机（包括事故停机）过程中，甚至在停机以后的一段时间内，需进行连续供电的负荷，称为不停电负荷，简称0 I 类负荷，此类负荷应由交流不间断电源（UPS）供电。

（2）0Ⅱ类负荷，即直流保安负荷。在发生全厂停电或在单元机组失去厂用电时，为保证机炉的安全停运，过后能很快的重新起动，或者为防止危及人身安全等原因，需在停电时继续用直流系统进行供电的负荷，称为直流保安负荷，简称0 II 类负荷，此类负荷应由直流动力系统供电。

（3）0Ⅲ类负荷，即交流保安负荷。在发生全厂停电或在单元机组失去厂用电时，为保证机炉的安全停运，过后能很快的重新起动，或者为防止危及人身安全等原因，需在停电时继续用交流系统进行供电的负荷，称为交流保安负荷，简称0Ⅲ类负荷，此类负荷应由交流保安电源系统供电。

非0类负荷按其在电能生产过程中的不同重要性，又可分为以下几种类型。

（1）Ⅰ类负荷。短时（手动切换恢复供电所需的时间）停电可能影响设备正常使用寿命，使生产停顿或发电量大量下降的负荷。

（2）Ⅱ类负荷。允许短时停电，但停电时间过长，有可能影响设备正常使用寿命或影响正常生产的负荷。

（3）Ⅲ类负荷。长时间停电不会直接影响生产的负荷。

400 V 站用低压负荷的特性：对于调相机工程的低压站用负荷，控制、保护类及直流润滑油泵均为0类负荷分类，采用UPS、直流系统提供电源。对于调相机本体的辅机、冷却水系统、暖通系统等其他系统均按非0类负荷分类，从400 V 站用变引接电源。

以北方地区两台容量为300 MVar 的调相机机组工程为例，其400 V 站用变容量计算见表1。

表1 站用变容量计算

根据表1计算所得，上述调相机机组所需的低压站用电源变压器容量约为2 500 kVA。

2 调相机站用电接线的选择

对于大型调相机工程，400 V 站用电源的接线型式可参考火力发电厂厂用低压电源接线的型式。整个工程设置两台低压站用变，设置两段400 V 低压站用工作段。400 V 低压站用工作段采用单母线分段接线型式，两台低压站用变容量相互冗余备用。接线型式如图2所示。

图2 站用电源接线

3 结束语

文章是对已投运北方地区大型调相机工程实际的负荷情况进行研究与总结，对于调相机工程的低压站用变容量的选择及站用接线型式的确定有一定的参考价值。