新一代大型双水内冷调相机监造要点

针对新一代大型调相机工程机组数量大、质量要求高的特点,为实现大型调相机生产过程的高效管控,对新一代300 Mvar大型双水内冷调相机全环节监造要点进行梳理,并结合工程现场对双水内冷调相机生产流程进行全过程监造和总结,为今后调相机及相关产品的监造提供参考。     

300Mvar空冷隐极同步调相机结构特点

通过我公司自主研制的300Mvar空冷隐极同步调相机,重点说明了调相机的定子、转子、端盖、轴承及冷却器等结构。300Mvar空冷隐极同步调相机通过创新的通风系统设计,实现了全空气冷却,提高了机组的可靠性;基于对定子结构的优化设计,以及转子采用全阻尼系统及滑移结构,使调相机的运行更为安全可靠;300Mvar空冷隐极同步调相机的轴承采用可倾瓦,能够实现自调心,且抗油膜扰动能力强。该调相机成为世界首台300Mvar空冷高动态响应隐极同步调相机,并成功实现工程应用,为我国特高压输电提供技术保障。     

调相机接入对发电机失磁保护的影响

近年来,随着电网“强直弱交”的问题日渐突出,同步调相机重新受到关注,300 Mvar 大型同步调相机即将投入使用。但调相机引入的同时,也会给系统继电保护的正常运行造成一定影响。针对调相机接入对发电机失磁保护的影响进行了分析研究。运用PSCAD/EMTDC仿真软件搭建单机无穷大系统仿真模型,分别在发电机带不同负荷水平及不同失磁故障类型的条件下进行仿真。仿真结果表明,调相机的接入,会导致发电机失磁保护延时动作甚至拒动,威胁发电机的安全运行。     

新一代调相机保护配置及运行方式研究

随着特高压直流输电的发展,新一代的大容量调相机得到广泛应用,介绍新一代调相机的应用及性能特点,讨论300Mvar调相机变压器组继电保护配置和组屏方案,分析几种特殊的调相机保护原理及特点,探讨调相机保护的运行方式,并提出对调相机保护的优化建议。     

300Mvar空冷隐极调相机转子疲劳强度分析

300Mvar空冷隐极调相机转子跨距长、重量大,在自身重力作用下转子挠度和弯曲应力已经达到疲劳设计极限,因此设计出安全可靠的转子结构具有很大难度。本文建立了300Mvar空冷隐极调相机转子疲劳损耗的三维有限元分析模型,分别对机组额定稳态运行工况及起停机过程的瞬态工况进行仿真计算,分析两种工况下转子的动态应力,并进一步对起停机工况的动态应力进行雨流法分析。最后,根据德国机械工程师委员会的FKM疲劳计算导则,对调相机转子进行寿命评估,保证了300Mvar空冷隐极调相机转子的安全可靠性。     

同步调相机误同期条件下的电磁特性分析

同步调相机并网运行时,同步控制器的误操作或故障均会导致其误同期,从而产生较大的冲击电流和冲击转矩.为了研究误同期对同步调相机各电磁量的影响,本文建立了300Mvar同步调相机时步有限元场模型.通过对同步调相机机端电压和电网电压之间相角差为0°、45°、90°和180°时的并网合闸过程进行计算,研究了同步调相机定转子电流和电磁转矩随相角差的变化规律.分析了不同合闸角对同步调相机气隙磁密波形以及定转子铁芯饱和的影响.研究结果可为同步调相机的运行安全性提供技术支持.     

特高压直流工程大型调相机组启动调试及关键技术

国家电网公司首次在特高压直流工程换流站中加装300 Mvar大型调相机组以作为动态无功补偿设备,要求其暂动态性能优,安全可靠性高,运维检修方便,该容量及应用需求的调相机在国内外均无设计制造先例,更无调试运行经验。结合特高压直流工程大型调相机组的功能要求及系统特点,介绍了大型调相机系统启动及调试的主要内容及要求。针对大型调相机组与常规发电机组的差异,着重阐述保安电源系统、励磁系统、同期系统、带负荷试验等调试中的关键技术问题,旨在为保证特高压直流输电工程调相机站调试的顺利进行和工程的按期投入运行提供重要参考。     

大型同步调相机的启机过程分析与启机保护实现

近年来,随着电网“强直弱交”的问题日渐突出,同步调相机重新受到关注。300 Mvar大型同步调相机已陆续在国内多个换流站投入应用。因调相机启机方式存在特殊性,汽轮或水轮发电机组、抽水蓄能机组启机保护不完全适用于调相机,有必要对调相机启机过程及其保护配置和算法进行研究。针对不同类型的机组采用对比方式,分析了调相机的启机过程及其启机各阶段的三相短路电流特征。提出了更可靠、更快速的包含主变启机速断保护和励磁变启机差动保护在内的启机过程全区域保护。同时也提出了适用于调相机启机过程宽频率、宽电压变化的相角和幅值的修正方法。仿真结果表明,幅值计算误差改善明显,满足保护精度要求。     

10 Mvar超导同步调相机总体电磁设计

高温超导同步调相机具有响应速度快、同步电抗小等优异的无功补偿性能,本文介绍和分析了10 Mvar高温超导同步调相机的总体电磁设计。该调相机的额定电压和电流分别为11 kV和525 A,定子采用无磁性齿水冷绕组。励磁绕组采用10 mm宽的REBCO高温超导带材绕制而成,工作温度为30 K,采用冷氦气冷却,额定空载电流为375 A,气隙磁密1.4 T。空载时REBCO绕组上的最大磁密为3.05 T。对阻尼屏蔽层的分析表明其存在一些相互矛盾的特性,需要更为深入的设计。为分析无功补偿特性进行了简单的电路仿真,当满载励磁电流为428 A时,该超导调相机可实现10 Mvar的无功输出。     

300 Mvar大型空冷调相机组封闭母线故障分析及改进措施

新一代300 Mvar大型调相机工程采用与大型发电机组一样的出口方式，即封闭母线的连接方式。封闭母线因进水结露或受潮造成绝缘降低，从而引发发电机组非计划停运和设备损坏事故时有发生。调相机由于其特殊的运行方式有别于发电机组运行方式，因此在设计之初应对封闭母线干燥方案予以充分考虑。通过对某特高压站调相机封闭母线故障导致定子接地保护动作的分析，提出封闭母线结露装置换型方案，对后续新建调相机工程封闭母线干燥设计选型提供参考。     

300Mvar调相机继电保护的分析与改进

介绍了已投运300 Mvar调相机的启动特点、运行特点以及继电保护配置方案。分析了调相机启机时的谐波特性对调相机保护的影响,在此基础上对调相机保护在启机及并网运行过程中的状态闭锁逻辑进行了讨论,给出了调相机保护的状态闭锁配置。鉴于频率跟踪在调相机保护中的重要性,根据启机过程中的谐波特性、变频特性,在过零点测频算法中增加了低通滤波、过零点抖动甄别,并进行了仿真和实验验证,结果表明防干扰处理后的过零点测频在保证精度与响应速度的同时,抗干扰性能良好。     

新一代300 Mvar调相机失磁运行特性及保护研究

针对新一代300 Mvar调相机目前无实际的失磁运行数据支撑失磁保护的投退策略及定值整定,文中通过开展新一代调相机启动调试过程中失磁保护试验获得的关键数据,研究了失磁保护在调相机启动阶段及运行阶段失磁保护相应的定值调整及保护投退策略,详细阐述了新一代调相机启动调试工程中的失磁试验方法,并介绍了失磁试验过程中所需的实验条件。结合调相机额定进相运行工况、完全失磁运行工况下的实验,得到新一代调相机的最大进相深度及两种工况下的励磁电流、机端电压,并给出失磁保护励磁低电压定值建议整定值及启动阶段和运行阶段的失磁保护各段的投退策略,为今后投产的调相机提供参考。     

大型调相机内部故障特征及纵向零序电压保护性能分析

大型调相机(容量为300 Mvar)实际运行中存在定子绕组匝间短路的可能,不装设匝间短路保护或匝间短路保护性能不完善将是调相机安全运行的严重隐患。文中运用"多回路分析法",对两种冷却方式大型调相机所有实际可能发生的内部故障进行了仿真分析,分析结果表明大型调相机现有主保护配置方案(完全纵差保护+纵向零序电压保护)存在较大的保护死区。进一步分析了纵向零序电压保护不能动作的故障类型,为大型调相机主保护性能的改善提供借鉴。     

基于SSI-MSVM的调相机轴承故障诊断方法

随着新能源的并网与特高压直流输电的发展,电网对无功调节的要求也逐步提高,因此大型调相机再次被投入使用。为了便于对调相机轴承进行故障诊断,提出了一种基于随机子空间识别(SSI)和多核支持向量机(MSVM)的故障诊断方法。在调相机轴承外侧表面不同的位置利用振动传感器采集振动信号,利用随机子空间模型进行特征提取,再根据高斯支持向量机和多核学习方法构造MSVM,然后将提取出的特征数据输入MSVM进行故障诊断。试验结果证明,基于SSI-MSVM的故障诊断方法能够适用于调相机轴承,且可以成功对故障进行辨识。     

大型同步调相机惰转并网成功率计算方法

为提高大型同步调相机项目的经济性,中国大型同步调相机采用的是惰转并网方式。惰转并网相对于同频并网,其并网成功率与频差、相角差定值的设置关系密切。基于中国首批大型隐极同步调相机工程,首先估算出惰转工况下调相机的功率损耗,进而计算出调相机在额定频率点附近的频率滑差,最后提出了调相机并网成功率的计算方法,以及并网成功率与频差、相角差定值之间的关系。主机厂方和工程现场的同期试验情况验证了所提方法的有效性。     

新型同步调相机转子匝间短路故障定位研究

转子绕组匝间短路故障是新型同步调相机的一种典型故障，对调相机长期运行和电网稳定都有严重影响，为保障新型同步调相机高可靠稳定运行，文中提出了一种转子绕组匝间短路故障在线诊断与定位的方法。文中从故障导致的气隙磁场磁动势畸变出发，推导出定子同相双支路将产生偶次谐波环流现象，通过对支路环流进行傅里叶分析，提取谐波中的明显特征量。通过对此特征量进行分析，文中得出该特征量的大小仅与故障所在转子上的空间位置有关，而与故障匝数无关的结论，最终通过查表的方式来实现故障诊断与定位。文中基于已规模投入使用的TTS-300-2型新型同步调相机开发了有限元软件的仿真模型，搭建了基于新型调相机的模拟机实验平台。仿真与实验的的结果验证了利用支路环流谐波进行转子匝间短路故障定位的有效性。     

双水内冷同步调相机定子温度场分析

温度场的研究对双水内冷同步调相机安全运行具有重要的意义。针对双水内冷同步调相机,采用有限元法建立了电磁场二维模型以及流体-温度三维温升计算模型,求取了电机不同运行工况下的电枢电流、励磁电流以及对应的电机定子损耗。在此基础上,根据流体-温度耦合的传热理论,以定子线圈和铁心损耗为热源,求解定子各部分温度分布,研究电枢电流、冷却水流速、冷却水进水温度对定子温升的影响。结果表明,双水内冷同步调相机运行时定子下层线圈温度高于定子上层线圈温度,定子线圈最高温升与电枢电流的二次方呈正比,且其温升与冷却水的流速相关,与进水温度成正比。本文中关于温度场的研究可为大型同步调相机散热结构优化及过载能力分析提供理论参考价值。