同步调相机特性及应用
来源:用户上传
作者:
摘 要：同步调相机是一种特殊运行状态下的同步电机，其特殊性在于没有负载。它的运行可以是过励磁运行，也可以是欠励磁运行，其运行状态主要是根据电力系统的需要进行调配。当它处于过励磁运行状态时，向电网发出无功功率;处于欠励磁运行状态时，从电网吸收无功功率。当电网电压处于欠压状态时，同步调相机可向电網发出无功功率，使得电网电压处于稳定状态。本文将从同步调相机的特性和相关的应用着手，浅谈同步调相机的相关问题。
关键词：同步调相机;电网无功补偿;调相机的应用
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.22.107
1 同步调相机的特性
同步调相机最早发明于20世纪初期，距今已有100多年的历史，其容量可以从最早的13MVA到近年来的350MVA，在这100多年间，同步调相机与其它的电容器和电感器一起发展。对比而言，同步调相机有它特殊的性质，也有先天性的一些弊端，下面主要就同步调相机的相关特性及优缺点做主要介绍。
1.1 同步调相机在无功功率补偿中的独特优势
无功功率，许多用电设备均是根据电磁感应原理工作的，如配电变压器、电动机等，它们都是依靠建立交变磁场才能进行能量的转换和传递，为建立交变磁场和感应磁通而需要的电功率称为无功功率。从广义上讲， 电压和电流的相位不同以及谐波产生的电流和电压失真均等效于无功存在。
（1）同步调相机具有感性和容性两种补偿范围。狭义的无功功率可分为感性无功功率和容性无功功率。感性无功功率是磁场变化时吸收或者释放的功率，其电感器的电流滞后于电压90°;容性无功功率是电场变化时吸收或者释放的功率，其电容器的电流超前于电压90°。正因为有此特性，因此容性无功功率又称超前无功功率，感性无功功率又称滞后无功功率。相较于其他的无功补偿方式而言，补偿的范围更广泛。而且在长距离的高压输送中，输电线对地电容产生的电容无功功率很大，会导致电压上升，危及设备及电网系统的安全。为保持输电线的无功平衡，采取的办法就是并联电感器或者其他的感性无功功率发生设备，用感性无功功率去补偿容性无功功率。而恰巧同步调相机两者兼备，所以在高压电输送系统中，会采用同步调相机作为无功补偿的设备。
（2）同步调相机在无功补偿中的特有优势。同步调相机是最早的无功补偿设备，它具有跟踪速度快、故障率低、调整电压平滑、单机容量大等优点，可以抑制闪变或者冲击。它可以支撑电网电压以及保持电网的稳定性，因此它成为大型电网调整电压的首选设备。
1.2 同步调相机在无功补偿中的劣势
但是，同步调相机也存在一定的弊端，比如运行维护较为复杂、有功功率损耗较大、运行噪音高、投入的费用较高，尤其是小容量的调相机单位容量投入的费用。故在当前的应用中，同步调相机基本都使用大容量的调相机，并且多装在枢纽变电站、换流站等地方。
2 同步调相机的应用
根据以上罗列的同步调相机的一些优点和弊端，在电力系统中，同步调相机有着一百多年的历史，逐渐被其他的无功补偿设备所替代，但是仍然还有很多地方是使用的同步调相机。并且近年来，随着技术的不断革新，同步调相机无论是从工作方式上、实现途径发面、冷却问题方面以及容量方面都有了质的飞跃。
2.1 同步调相机发展的必然性和背景
电力系统是一个非常庞大的过程，需要方方面面的配合才能形成完整的一套电力系统。在高压电的长途运输过程中，会存在电能消耗，发电机动力不足等等一系列的问题，所以解决能源损耗，降低成本，保持电力输送系统的稳定便成为了电力行业需要共同攻克的一个难题。所以，随着社会的不断进步，一些高精尖产业需要更稳定的电力系统作为支撑，同步调相机的不断发展和技术的革新变成为当代必须掌握的一门学问，那么同步调相机的发站已成为必然趋势。早在20世纪初期，人们便有了这方面的进步，在瑞典、日本等国最先应用起来。
2.2 同步调相机的技术在电力系统中的应用
在科技发展过程中，同步调相机已经在起动方式、冷却方式、励磁方式上有了更多的选择。
（1）起动方式。同步调相机的起动方式有自起动方式、起动电动机起动方式、静止变频器启动方式和液力耦合器起动方式。这些起动方式根据起动特性应用在不同的场合。自起动方式是最普遍的一种方式，静止变频器启动方式普遍用于调相机较多的场合，液力耦合器起动方式是调相机和起动电动机之间连接液力耦合器，我国鞍山电业局就使用的液力耦合器起动方式起动的调相机。
（2）冷却方式。调相机的冷却方式和发电机类似，有蒸发冷却、双水内冷及全水冷、水-氢冷、全氢冷和空冷方式。冷却方式的选择取决于无功功率容量的大小，小容量的调相机使用的冷却方式一般是水冷或者蒸发冷却方式，大容量调相机使用的冷却方式是空冷。随着空冷技术的发展，空冷在调相机中的应用范围必将逐步扩大。
（3）励磁方式。调相机的励磁方式和发电机一样，同步调相机的励磁系统主要有带交流励磁机的他励静止晶闸管励磁系统、自励晶闸管静止励磁系统和无刷励磁系统。这三种励磁系统所能达到的效果近似，所以只是选择性的问题，瑞典某些公司采用的带交流励磁机的他励静止晶闸管励磁系统，而日本的某公司采用的是自励晶闸管静止励磁系统和无刷励磁系统。
3 结束语
同步调相机是现在大型电网系统补偿无功功率的首选设备。近年来，随着高压电输送中无功功率补偿的问题日益凸显，这就对同步调相机有着更为严格的要求。在此紧迫的氛围中，同步调相机一方面总结历史的经验，不断完善功能、提高设备技术;另一方面，根据市场的需求不断的进步，满足电力系统的输送和能源损耗问题。
参考文献：
[1]周芳，卿梦琪，唐飞，赵红生，赵雄光.动态无功补偿装置抑制直流换相失败能力影响因素研究[J].智慧电力，2019，47（03）：77-83.
[2]张彦凯，魏久升，史玉杰.新型同步调相机动态无功特性分析研究[J].信息技术与网络安全，2019，38（01）：82-86.
[3]张寅，武强，王亚婧，马伯乐，李艺.新一代大容量调相机启动控制策略[J].大电机技术，2018（06）：37-41+86.
作者简介：古曦（1989-），男，四川仁寿人，硕士研究生，工程师，研究方向：电机工程。
转载注明来源:https://www.xzbu.com/1/view-14979350.htm
