本书系统介绍了大型调相机及电气设备和系统的原理、结构、特性及运行、维护等技术。主要内容包括：调相机本体、励磁系统、系统、电气主接线、低压电动机、继电保护、直流电源、冷却系统、油系统、机组启停、监控系统、运行维护及故障处理等内容。

前言


随着远距离直流输电电网的规模化建设，其输电容量、电压等级不断提高，换流站无功补偿的容量需求也越来越大，特别是动态无功的补偿对于直流输电系统的电压稳定起着非常重要的作用，越来越受到重视。动态无功补偿装置主要包括发电机、调相机、静止无功补偿器（SVC）和静止同步补偿器（STATCOM），当系统运行受到较大扰动而导致换流站等枢纽站母线电压大幅波动时，电容器、静止无功补偿器等装置因受其工作原理的限制，不能及时提供满足需要的动态无功补偿，在特殊运行方式下可能会发生电压失稳问题，危及系统稳定，而调相机则具有容量更大、可靠性更高、动态维持电压能力强的特点，在电网扰动的情况下，能够通过强励及时提供大容量动态无功。另外，按照《电力系统安全稳定导则》，为保证电力系统安全稳定运行，必须加强系统的电压支撑和运行灵活性，系统中应有足够的动态无功备用容量。因此，为保证国家电网安全、可靠、经济，大容量同步调相机在电网重点应用又被提上日程。


目前，大容量直流输电系统动态无功不足的问题主要体现在三个方面：


（一）特高压直流受端电网动态无功不足问题突出：特高压直流输电可大规模输送有功功率，根据直流设计原则，直流本身不向系统提供动态无功，而直流馈入替代了常规电源，导致受端电网无功不足，动态过程中需从系统中大量吸收无功。随着直流大规模馈入，受端电网电压稳定问题俞显突出。


（二）特高压直流弱送端系统短路容量不足：风电、光伏的大规模集中开发，直流输电送端电网薄弱、短路容量不足，当直流换相失败会引起送端系统暂态电压升高，严重情况下可导致风机大面积脱网。


（三）北京等高比例受电地区电压支撑不足：随着大气污染的防治，北京、天津等地区逐渐形成“强馈弱发”的局面，电压支撑不足矛盾突出，易引发电压稳定问题。


因此，随着特高压直流的快速发展、清洁能源的大规模开发、大比例受电地区的集中出现，电网特性发生较大变化，部分地区动态无功储备下降、电压支撑不足的问题突出，成为大电网安全稳定的主要问题之一。这就客观要求直流大规模有功输送，必须匹配大规模动态无功，即“大直流输电、强无功支撑”。


通过对不同线路送端和受端的仿真表明，调相机对系统无功电压的支撑效果明显，且每个换流站调相机单机容量需求约300Mvar，300Mvar调相机的应用就是在这样的背景下提出的。目前，我国大型调相机已在扎鲁特站、韶山站等换流站投入应用，将为大电网安全稳定提供较好的支撑作用。


《大型调相机运行维护培训教材》介绍了大型调相机及电气设备和系统的原理、结构、特性及运行、维护、调试等技术。主要内容包括调相机本体、励磁系统、SFC系统、电气主接线、低压电动机、继电保护、直流电源、冷却系统、油系统、机组启停、监控系统、运行维护及故障处理等内容。


参加本书编写的人员有曹志伟（第一章和第十二章），解笑苏（第二章），张维超（第三章及第十章第一节），孙福春（第四章及第十章第三节）、李明（第五章），赵斌超（第六章、第七章及第十章第二节），刘国强（第八章），齐国栋（第九章），丁卫东（第十一章）。


本书在编写过程中得到了国网公司运检部、山东电力公司及相关兄弟单位的支持和指导，上海电机厂、哈尔滨电机厂、南瑞继保、南瑞科技等调相机生产厂家提供了详细的技术资料，在此一并表示感谢。


由于编者水平和搜集的资料有限，且编写时间仓促，书中缺点和谬误在所难免，诚恳希望读者批评指正。


国网山东省电力公司电力科学研究院


2018年5月

曹志伟，男，1974年出生，1996年毕业于山东工业大学电力系，本科学历，高级工程师，工作至今一直从事电机专业，在电气试验、技术监督、电机事故处理等方面具有较高的技术水平，现任国网山东电科院设备状态评价中心技术监督室主管，电力行业电机标准化技术委员会委员，中国电机工程学会大电机专委会委员。在《大电机技术》等学术期刊发表论文十余篇，主持的“整体清洗1000MW发电机定子线棒技术研究”、“上海产600MW等级发电机定子铁芯故障处理”等项目先后获得华电集团科技进步二等奖、山东电力技术革新二等奖、全国电力职工技术成果三等奖等，主持编写了《调相机运行规程》等电力行业标准、国网公司企业标准（管理规定）4项。刘国强，男，1976年出生，2006年毕业于中国海洋大学化学化工学院，硕士研究生，高级工程师，主要从事化学电力水处理与化学仪表专业的技术监督与服务工作，在水处理、水分析、化学仪表，金属电化学腐蚀与防护等方面具有较高的技术水平。在《水处理技术》等学术期刊发表论文十余篇，主持的“超超临界机组水、汽热化学特性试验研究”项目获得华电集团科技进步二等奖，参与编写了电力行业标准《火力发电厂垢和腐蚀产物分析方法》、国网公司管理规定《调相机检修管理细则》等。

目录
第一章 大型调相机原理及结构.......................................................................... 1


第一节 大型调相机概述.............................................................................. 1


第二节 调相机主要技术参数...................................................................... 7


第三节 调相机本体结构............................................................................ 14


第四节 调相机测温及监控系统................................................................ 51


第二章 大型调相机励磁系统............................................................................ 56


第一节 概述................................................................................................ 56


第二节 励磁系统主要设备........................................................................ 60


第三节 励磁系统控制策略........................................................................ 67


第四节 励磁系统运行维护........................................................................ 69


第三章 大型调相机静止变频器(SFC）系统................................................... 82


第一节 静止变频器(SFC)的结构和基本原理.......................................... 82


第二节 SFC技术参数............................................................................... 95


第三节 静止变频器（SFC）系统运行及维护........................................ 98


第四章 电气主接线与站用电接线.................................................................. 100


第一节 电气主接线.................................................................................. 100


第二节 站用电接线.................................................................................. 103


第三节 封闭母线...................................................................................... 106


第五章 站用低压电动机.................................................................................. 111


第一节 电动机基本原理.......................................................................... 111


第二节 调相机站用电动机...................................................................... 113


第三节 电动机的启停.............................................................................. 114


第四节 异步电动机的运行维护.............................................................. 115


第五节 直流电动机的运行维护.............................................................. 118


第六节 电动机的异常运行及事故处理.................................................. 119


第六章 大型调相机组继电保护...................................................................... 121


第一节 大型调相机-变压器组保护........................................................ 121


第二节 SFC系统保护............................................................................. 156


第三节 低压厂用变压器及电动机保护.................................................. 161


第七章 直流电源系统...................................................................................... 165


第一节 概述.............................................................................................. 165


第二节 蓄电池.......................................................................................... 169


第三节 直流电源系统装置...................................................................... 174


第四节 UPS系统..................................................................................... 181


第八章 大型调相机冷却系统.......................................................................... 187


第一节 调相机冷却系统概述.................................................................. 187


第二节 调相机空气内冷系统.................................................................. 188


第三节 调相机的双水内冷系统.............................................................. 192


第四节 调相机外冷却系统...................................................................... 206


第五节 调相机除盐水系统...................................................................... 219


第六节 调相机冷却系统的监督.............................................................. 248


第九章 大型调相机油系统.............................................................................. 256


第一节 大型调相机油系统概述.............................................................. 256


第二节 大型调相机油系统总体设计...................................................... 258


第三节 大型调相油系统所用油质的特性.............................................. 266


第四节 大型调相机系统的油质要求...................................................... 272


第五节 大型调相机所用油质的运行监督及维护.................................. 274


第十章 大型调相机组的启停.......................................................................... 285


第一节 静止变频器SFC启动................................................................ 285


第二节 大型调相机同期并列.................................................................. 288


第三节 调相机组解列与停机.................................................................. 295


第十一章 调相机计算机监控系统.................................................................. 298


第一节 系统硬件组成.............................................................................. 298


第二节 软件系统...................................................................................... 305


第三节 工程师站...................................................................................... 308


第四节 操作员站...................................................................................... 310


第五节 历史数据站.................................................................................. 313


第六节 系统的运行维护........................................................................ 314


第十二章 大型调相机的运行、维护及主要故障处理措施.......................... 319


第一节 调相机启动前的检查项目及要求.............................................. 319


第二节 调相机启动过程中的检查项目及要求...................................... 322


第三节 调相机运行时的监测、维护与注意事项.................................. 324


第四节 调相机特殊运行方式.................................................................. 329


第五节 调相机检修和预防性试验.......................................................... 333


第六节 调相机的主要故障及处理措施.................................................. 336


参考文献............................................................................................................ 349