張學(xué)龍 韓國(guó)鑫 楊靖 焦麗瑩 陳金愛

摘? 要：該文首先對(duì)無功補(bǔ)償基本原理進(jìn)行了介紹，列舉了目前常用的無功補(bǔ)償方法及其優(yōu)缺點(diǎn)。針對(duì)安定500kV變電站獨(dú)有的調(diào)相機(jī)系統(tǒng)，從調(diào)相機(jī)工作原理、運(yùn)行方式、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、安裝拆除等方面進(jìn)行全方面分析，在分析了調(diào)相機(jī)自身運(yùn)行特性的基礎(chǔ)上，研究了調(diào)相機(jī)的系統(tǒng)構(gòu)成，并在最后介紹了調(diào)相機(jī)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(jī)系統(tǒng)，對(duì)于指導(dǎo)變電站施工具有重大意義。

關(guān)鍵詞：無功補(bǔ)償? 調(diào)相機(jī)? 吊運(yùn)

中圖分類號(hào)：TM63? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1672-3791（2019）03（a）-0049-03

1? 無功補(bǔ)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(jiǎn)化處理如圖1所示，G代表發(fā)動(dòng)機(jī)，T代表變壓器，L代表輸電線路，SLD代表負(fù)荷，其中負(fù)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(jī)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(fù)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(fù)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(yùn)行。但是從發(fā)電機(jī)所發(fā)無功功率和輸電線的充電功率不足以滿足負(fù)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(bǔ)償裝置，以保證用戶對(duì)無功功率的需要。

1.2 變電站無功補(bǔ)償主要方法

目前常見的無功補(bǔ)償設(shè)備有并聯(lián)電容器靜止補(bǔ)償器和調(diào)相機(jī)。這些裝置可以輸出或消耗無功功率，就近實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中各點(diǎn)的無功功率平衡。

1.2.1 并聯(lián)電容器、電抗器組

在實(shí)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(fù)值電容即可。通過兩者的配合，可以實(shí)現(xiàn)就地補(bǔ)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(jī)

調(diào)相機(jī)實(shí)質(zhì)上是一種空載運(yùn)行的同步電動(dòng)機(jī)，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(duì)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(bǔ)償方式的特點(diǎn)與不足

同步調(diào)相機(jī)可平滑改變輸出（或吸收）無功功率，進(jìn)行電壓調(diào)節(jié)。具有短時(shí)過載能力，但損耗和噪聲較大，運(yùn)行維護(hù)復(fù)雜且投資費(fèi)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(fèi)用較小，功率損耗較小且維護(hù)方便。但由于補(bǔ)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(shí)，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(jī)系統(tǒng)

2.1 調(diào)相機(jī)的基本工作原理

調(diào)相機(jī)定子電流I和勵(lì)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(diǎn)Z對(duì)應(yīng)一定極端電壓時(shí)調(diào)相機(jī)的空載運(yùn)行狀態(tài)，Z點(diǎn)橫坐標(biāo)If0為空載勵(lì)磁電流。Z點(diǎn)右邊為調(diào)相機(jī)過勵(lì)運(yùn)行區(qū)，左邊為欠勵(lì)運(yùn)行區(qū)。

2.1.1 過勵(lì)運(yùn)行方式

在調(diào)相機(jī)過勵(lì)運(yùn)行工況，勵(lì)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(shí)，調(diào)相機(jī)吸收電網(wǎng)的感性無功功率，在過勵(lì)運(yùn)行區(qū)，If越大，吸收電網(wǎng)感性無功越多。

2.1.2 欠勵(lì)運(yùn)行方式

在調(diào)相機(jī)欠勵(lì)運(yùn)行工況，轉(zhuǎn)子繞組勵(lì)磁電流If0為0

通過以上分析，同步調(diào)相機(jī)在過勵(lì)時(shí)可看作是電網(wǎng)的一個(gè)電容性無功負(fù)載，而欠勵(lì)時(shí)則為一個(gè)電感性的無功負(fù)載。

2.2 調(diào)相機(jī)的本體結(jié)構(gòu)

調(diào)相機(jī)的本體結(jié)構(gòu)由定子、轉(zhuǎn)子和勵(lì)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(lì)磁線圈、形成良好的磁通路徑，一般由轉(zhuǎn)子鐵芯、勵(lì)磁繞組等組成。

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

2.3 調(diào)相機(jī)的主要輔助系統(tǒng)

調(diào)相機(jī)運(yùn)行時(shí)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(jī)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(jī)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(jī)系統(tǒng)的拆除

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

3.1 施工前現(xiàn)場(chǎng)部署

現(xiàn)場(chǎng)需用350t吊車兩臺(tái)，由于現(xiàn)場(chǎng)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(qiáng)施工現(xiàn)場(chǎng)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(rùn)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(jìn)行3次，吹洗需3d。

3.2 調(diào)相機(jī)的拆除

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

3.3 重型設(shè)備的吊運(yùn)

3.3.1 吊運(yùn)設(shè)備

外罩（15t）、定子（180t）、轉(zhuǎn)子（120t）、勵(lì)磁機(jī)（10t）、冷卻器（4t）、附屬設(shè)備。在所有吊運(yùn)設(shè)備中屬定子質(zhì)量最大，因此主要以定子的吊運(yùn)過程進(jìn)行介紹。

3.3.2 定子的吊運(yùn)

吊運(yùn)時(shí)通過信號(hào)工統(tǒng)一指揮，起吊試吊、當(dāng)?shù)跛鞯蹙呖嚲o時(shí)，檢查各受力點(diǎn)的受力情況，確認(rèn)安全無誤后正式起吊，并隨時(shí)檢查各受理點(diǎn)的受力情況，使2臺(tái)350t吊車緩慢、同步起吊，完成轉(zhuǎn)臂、扒桿等連續(xù)動(dòng)作，將定子逐漸吊運(yùn)裝車。

3.3.3 力學(xué)驗(yàn)算

（1）吊車起重驗(yàn)算。

此次吊裝選用350t吊車，吊車最大工況出現(xiàn)在吊裝點(diǎn)正上方的時(shí)候，此時(shí)吊車重心至被吊設(shè)備中心水平距離為9m，吊臂長(zhǎng)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(shí)，最大吊重為120t;當(dāng)作業(yè)半徑為9m，主臂伸出20.9m時(shí)，最大吊重為115t。現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)實(shí)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(yàn)算符合起重要求。

（2）鋼絲繩受力驗(yàn)算。

吊車使用Ф60mm鋼絲繩，采用4點(diǎn)8繩吊裝，東側(cè)吊車鋼絲繩分別吊住調(diào)相機(jī)東側(cè)南北兩個(gè)吊點(diǎn)，西邊車吊住南北兩側(cè)吊點(diǎn)。根據(jù)力學(xué)驗(yàn)算依據(jù)：定子180T分4個(gè)點(diǎn)起吊，受力4個(gè)點(diǎn)單點(diǎn)受力45T，考慮吊鉤定子夾角60°，單點(diǎn)鋼絲繩受力52T，單根鋼絲受力為26t，按照6倍安全系數(shù)計(jì)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(chǎng)使用的鋼絲繩滿足使用要求。

4? 結(jié)語

該文對(duì)無功補(bǔ)償技術(shù)原理及目前變電站常用的補(bǔ)償方式進(jìn)行了介紹，重點(diǎn)闡述了安定500kV變電站調(diào)相機(jī)系統(tǒng)的原理和構(gòu)成，此外，對(duì)安定站調(diào)相機(jī)系統(tǒng)的拆除過程進(jìn)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(jī)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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