安定500kV变电站调相机系统研究

张学龙 韩国鑫 杨靖 焦丽莹 陈金爱

摘  要：该文首先对无功补偿基本原理进行了介绍，列举了目前常用的无功补偿方法及其优缺点。针对安定500kV变电站独有的调相机系统，从调相机工作原理、运行方式、系统结构、安装拆除等方面进行全方面分析，在分析了调相机自身运行特性的基础上，研究了调相机的系统构成，并在最后介绍了调相机系统的拆除和吊装过程，全面介绍了安定500kV变电站调相机系统，对于指导变电站施工具有重大意义。

關键词：无功补偿  调相机  吊运

中图分类号：TM63                                  文献标识码：A                          文章编号：1672-3791（2019）03（a）-0049-03

1  无功补偿基本原理

1.1 无功功率与电压间的关系

将电力系统做简化处理如图1所示，G代表发动机，T代表变压器，L代表输电线路，SLD代表负荷，其中负荷所消耗的功率为SLD=PLD+jQLD，系统各处电压如图1（a）表示。等效电路图如图1（b），其中Xd代表发电机等值电抗，R∑+jX∑表示变压器、输电线路等值阻抗，YD=GD+jBD代表负荷等值导纳。

忽略电压降落横分量并考虑R∑﹤﹤X∑，则有△u=UG-U=

。

由此可知，线路中电压损耗正比于负荷所消耗的无功功率。如果电网中的无功功率供不应求，用电设备的端电压就要下降，从而影响用电设备的正常运行。但是从发电机所发无功功率和输电线的充电功率不足以满足负荷的无功需求和系统中无功的损耗，所以在电网中要设置一些无功补偿装置，以保证用户对无功功率的需要。

1.2 变电站无功补偿主要方法

目前常见的无功补偿设备有并联电容器静止补偿器和调相机。这些装置可以输出或消耗无功功率，就近实现系统中各点的无功功率平衡。

1.2.1 并联电容器、电抗器组

在实际工作中并联电容器、电抗器组往往是相互配合使用的，电抗器作用与电容器相反，可把电抗器的容量看作是负值电容即可。通过两者的配合，可以实现就地补偿或吸纳无功，调整无功功率，从而提高或降低系统电压。

1.2.2 同步调相机

调相机实质上是一种空载运行的同步电动机，它仅从电网吸收的有功功率通常不超过其额定容量的5%，却可向电网提供无极连续调节的容性或感性无功，改善功率因数，降低网络中的损耗，对调整电网电压和提高电网的稳定性具有较好的作用。

1.2.3 各补偿方式的特点与不足

同步调相机可平滑改变输出（或吸收）无功功率，进行电压调节。具有短时过载能力，但损耗和噪声较大，运行维护复杂且投资费用较大，目前己经很少使用。

并联电容器的装设容量可大可小，投资费用较小，功率损耗较小且维护方便。但由于补偿容量与供电电压平方成正比，当系统发生故障使电压下降时，电容器无功输出的减少将导致电压继续下降。因此，电容器的无功功率调节性能比较差。

2  安定500kV变电站调相机系统

2.1 调相机的基本工作原理

调相机定子电流I和励磁电流If的关系曲线I=f（If），称为“V”形曲线。如图2所示，曲线最低点Z对应一定极端电压时调相机的空载运行状态，Z点横坐标If0为空载励磁电流。Z点右边为调相机过励运行区，左边为欠励运行区。

2.1.1 过励运行方式

在调相机过励运行工况，励磁电流大于图中的If0，定子电流超前于定子电压90°（见图3）。此时，调相机吸收电网的感性无功功率，在过励运行区，If越大，吸收电网感性无功越多。

2.1.2 欠励运行方式

在调相机欠励运行工况，转子绕组励磁电流If0为0<>

通过以上分析，同步调相机在过励时可看作是电网的一个电容性无功负载，而欠励时则为一个电感性的无功负载。

2.2 调相机的本体结构

调相机的本体结构由定子、转子和励磁系统组成。

定子系统主要由定子铁芯、定子绕组等部件组成。转子系统主要用于支撑旋转的励磁线圈、形成良好的磁通路径，一般由转子铁芯、励磁绕组等组成。

励磁系统由两部分组成（见图4）：励磁功率单元，用于向调相机的磁场绕组提供直流电流，以建立直流磁场。励磁调节器用于调节励磁电流。励磁调节器不仅控制调相机的端电压，而且还控制调相机无功功率、功率因数和电流等参数。

2.3 调相机的主要辅助系统

调相机运行时必须采用高效的冷却措施，使发热部件发出的热量散发出去。安定调相机采用水-氢-氢冷却方式，即定子绕组及引线是水内冷，转子绕组是氢内冷，转子本体及定子铁芯是氢表冷。为此还设有定子线圈冷却水系统，发电机氢冷系统和为防止氢气从轴封漏出的密封油系统。

3  调相机系统的拆除

此次拆除的安定站调相机总重约310t，其中定子重180t、转子重120t、旋转励磁机重10t。根据工程师现场勘查，最终确定用两台350t吊车、采用抬吊法进行吊装作业。

3.1 施工前现场部署

现场需用350t吊车两台，由于现场路面局部承重不够，在吊装作业面都以满铺的形式满铺一层2cm以上的铁板，以便加强施工现场地面的承重能力。

为了防止在拆除循环水系统过程中冷却塔中的积水出现由高差造成的回流现象，制定了循环水系统封堵措施。

采用化学药剂清洗密封油系统中的残留润滑油，需清洗2次，清洗2d;为防止系统内部二次挥发产生混合气体，置换吹洗需进行3次，吹洗需3d。

3.2 調相机的拆除

按照顺序拆除调相机电气部分、旋转励磁机、本体部分及附属设备。本体拆除时，主机需退氢到零，由化学监测人员进行化学检验，检验合格后方可进行拆除。抽转子时，借助假轴和2个100t的推进器滑动抽出转子。最终，将调相机定子两侧的地脚螺栓完全松开，等待吊运。

3.3 重型设备的吊运

3.3.1 吊运设备

外罩（15t）、定子（180t）、转子（120t）、励磁机（10t）、冷却器（4t）、附属设备。在所有吊运设备中属定子质量最大，因此主要以定子的吊运过程进行介绍。

3.3.2 定子的吊运

吊运时通过信号工统一指挥，起吊试吊、当吊索吊具绷紧时，检查各受力点的受力情况，确认安全无误后正式起吊，并随时检查各受理点的受力情况，使2台350t吊车缓慢、同步起吊，完成转臂、扒杆等连续动作，将定子逐渐吊运装车。

3.3.3 力学验算

（1）吊车起重验算。

此次吊装选用350t吊车，吊车最大工况出现在吊装点正上方的时候，此时吊车重心至被吊设备中心水平距离为9m，吊臂长为18m，吊臂与水平夹角确定为60°（见图5）。根据350t汽车吊起重性能曲线表查得数据，当作业半径为9m，主臂伸出15.6m时，最大吊重为120t;当作业半径为9m，主臂伸出20.9m时，最大吊重为115t。现场根据实际情况确定，单车吊重为90t，作业半径为9m，主臂伸出为18m，因此单车可最大吊重范围为115～120°之间，90t起重在允许起重范围内，可验算符合起重要求。

（2）钢丝绳受力验算。

吊车使用Ф60mm钢丝绳，采用4点8绳吊装，东侧吊车钢丝绳分别吊住调相机东侧南北两个吊点，西边车吊住南北两侧吊点。根据力学验算依据：定子180T分4个点起吊，受力4个点单点受力45T，考虑吊钩定子夹角60°，单点钢丝绳受力52T，单根钢丝受力为26t，按照6倍安全系数计算，单根钢丝绳受力为156t，根据钢丝绳理论使用极限受力180t，现场使用的钢丝绳满足使用要求。

4  结语

该文对无功补偿技术原理及目前变电站常用的补偿方式进行了介绍，重点阐述了安定500kV变电站调相机系统的原理和构成，此外，对安定站调相机系统的拆除过程进行了技术说明。通过在理论基础和施工技术两方面上的提炼总结，可为以后的调相机系统或类似工程的施工建设提供基础理论指导和施工技术参考。

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2019-10-24