本发明专利技术公开了一种应用于特高压换流站中的超高压调相机系统，涉及交流电机及其系统技术领域。本发明专利技术包括超高压调相机、自并励静止励磁系统和变频启动系统；所述超高压调相机的定子绕组采用交联聚乙烯电缆制成，形成对称Y接法的三相定子绕组，每相绕组均按相等并对称位置抽出2M个抽头，形成M条支路，其中最靠近中性点的支路的非中性点抽头作为励磁端口，其余抽头即作为定子绕组与电力系统连接的功率端口，所述定子绕组的功率端口直接经高压断路器与特高压换流站母线连接。本发明专利技术调相机直接与换流站母线连接，不再需要升压变压器，能够显著减小调相机系统在特高压换流站的占地面积，降低调相机系统成本，提高调相机系统的整体可靠性。
A Ultra High Voltage Camera System Applied in UHV Converter Station
【技术实现步骤摘要】
一种应用于特高压换流站中的超高压调相机系统
本专利技术涉及交流电机及其系统
，更具体地说涉及一种应用于特高压换流站中的超高压调相机系统。
技术介绍
随着我国经济的迅速发展，负荷中心与电源基地特别是清洁能源生产基地在地理分布上的不均衡问题愈发显著。为提高清洁能源消纳能力，促进电力工业可持续发展，我国建设了多条特高压远距离直流输电工程，用于将西部与北部的清洁电力输送到华东、华南的负荷中心。特高压直流输电工程通过直流换流站与交流电网连接，利用换流器实现电能的交直流转换。然而，对于受端换流站，因多回直流换向失败等故障造成的低电压问题较为突出；对于送端换流站，则存在直流闭锁造成交流系统过电压的风险。因此，客观上要求大规模直流输送线路必须匹配大规模交流动态无功补偿装置。由于换流站对动态无功补偿装置的瞬时响应特性与动态无功容量的需求，常用的电力电子式无功补偿装置如SVC、STATCOM等无法适应其要求。基于经济性与可行性考虑，中国国家电网公司提出采用大型调相机作为特高压直流换流站无功补偿设备，能够满足特高压换流站对动态无功补偿能力的需求，同时能够提供稳态无功支撑。大型调相机系统安装在换流站内，主要包括大型调相机、升压变压器、变频启动系统与自并励静态励磁系统等设备，升压变压器高压侧直接与换流站交流母线连接。其中，大型调相机采用与汽轮发电机类似的隐级式实心转子电机结构，容量选择为300Mvar，额定电压20kV。在现有技术水平下，其定子机端电压很难超过15-30kV，而换流站高压交流母线的电压等级高达500-1000kV，因此必须通过升压变压器实现大型调相机与换流站交流母线的连接。升压变压器的漏电感增大了调相机系统的瞬态电感与超瞬态电感，削弱了调相机系统动态无功输出能力。升压需求导致电机定子电流远大于实际流入电网电流，提高了电机的散热要求。升压变压器及其配属设备增大了整套大型调相机系统的占地空间需求，提高了成本并影响了整体经济效益。
技术实现思路
为了克服上述现有技术中存在的缺陷和不足，本申请提供了一种应用于特高压换流站中的超高压调相机系统，本专利技术的专利技术目的在于解决现有技术中升压变压器所带来的技术问题，本专利技术的调相机系统中，调相机直接与换流站母线连接，不再需要升压变压器，能够显著减小调相机系统在特高压换流站的占地面积，降低调相机系统成本，提高调相机系统的整体可靠性。为了解决上述现有技术中存在的问题，本申请是通过下述技术方案实现的：一种应用于特高压换流站中的超高压调相机系统，包括超高压调相机、自并励静止励磁系统和变频启动系统；所述超高压调相机包括定子和转子，所述定子有定子铁芯和定子绕组构成，所述转子包括转子铁芯和励磁绕组，其特征在于：所述定子绕组采用交联聚乙烯电缆制成，形成对称Y接法的三相定子绕组，所述定子绕组中，每相绕组均按相等并对称位置抽出2M个抽头，形成M条支路，其中最靠近中性点的支路的非中性点抽头作为励磁端口，其余抽头形成定子绕组接线方式，构成定子绕组的出线端，即作为定子绕组与电力系统连接的功率端口；所述自并励静止励磁系统包括励磁变压器、可控晶闸管整流器和励磁控制器，所述励磁变压器一侧与所述定子绕组引出的励磁端口连接，一侧与所述可控晶闸管整流器输入端连接，所述可控晶闸管整流器输出端与励磁绕组相连接，所述励磁控制器用于控制可控晶闸管整流器的开通与关断；所述定子绕组的功率端口直接经高压断路器与特高压换流站母线连接。进一步的，作为本申请优选的技术方案，所述定子绕组中，励磁端口与中性点间的线圈采用比其他线圈的有效导体截面积大的交联聚乙烯电缆。所述定子绕组中，所有抽头均连入定子绕组接线柜中，通过定子绕组接线柜内设置的连接开关与控制电路，根据定子绕组的接线方式实现抽头与抽头间的连接。所述变频启动系统采用模块化多电平换流器，在超高压调相机起动时，所述变频启动系统的输出端与超高压调相机的定子绕组连接，输入端与特高压换流站交流母线连接。在起动过程中，定子绕组每相M条支路处于并联状态；当起动过程进入堕转过程时，除需要将变频起动系统切除外，还需通过定子绕组接线柜中的连接开关，将各相绕组的M条支路由并联状态改变为串联状态。所述定子铁芯由硅钢片叠片叠压支撑，定子铁芯上开有定子槽，所述定子槽的槽型采用带弧形定位孔的开口方形槽。所述定子绕组采用分布式短距绕组结构或同心式绕组结构。所述转子铁芯为隐极式，由实心体钢材锻造而成，所述转子铁芯上开有转子槽，所述转子槽的槽型为开口槽，所述转子槽槽口采用导电材料制成的转子槽楔，以将转子励磁绕组固定在槽内；所述转子励磁绕组采用同心式绕组结构。所述转子还包括转子槽楔鼠笼，所述转子槽楔鼠笼由全部转子槽楔与两个槽楔笼端环构成，所述槽楔笼端环是金属导电材料制成的圆环，两个槽楔笼端环分别在转子的两侧与所有转子槽楔焊接连接，从而构成转子槽楔鼠笼。与现有技术相比，本申请所带来的有益的技术效果表现在：1、本申请的超高压调相机系统中，调相机可直接与换流站交流母线连接，不再需要升压变压器，能够显著减小调相机系统在特高压换流站的占地面积，降低调相机系统成本，提高调相机系统的整体可靠性。在本申请中，通过采用交联聚乙烯电缆代替传统的成型线棒制造定子绕组，使得大型调相机定子绕组端电压能够设计为与换流站交流母线电压相当，从而使得调相机与换流站交流母线直接连接、省去升压变压器成为可能。2、在相同容量下，超高压调相机的运行电流远小于大型调相机，能够降低定子绕组铜耗。同时，超高压调相机对定子散热系统的要求低于大型调相机，具有更好的环境适应性，维护要求与维护费用相应减少。3、省去升压变压器后，调相机支路瞬态与超瞬态等效串联电感显著降低，能够提高调相机系统的动态无功输出能力，改善调相机系统的运行特性，为特高压输电系统提供更有力的瞬时无功支撑能力。4、在本申请中，所述定子绕组中，每相绕组均按相等并对称位置抽出2M个抽头，形成M条支路，其中最靠近中性点的支路的非中性点抽头作为励磁端口，以实现自并励功能。其余抽头通过在不同运行工况下不同的组合方法连接，形成定子绕组接线方式，其所构成的定子绕组的出线端，即定子绕组与电力系统连接的端口，作为功率端口。为保证各导体电流密度的一致性，励磁端口与中性点间的线圈应选用比其他线圈有效导体截面积更大的交联聚乙烯电缆，该支路在本专利中称为励磁支路。抽头数M根据每槽导线数、额定电压与变频启动设备耐压等级，综合经济性与可靠性进行优化选择。5、所述转子由转子铁芯、转子励磁绕组与转子槽楔鼠笼构成，所述转子铁芯为隐极式，由实心体钢材锻造制成。转子铁芯上开有转子槽，所述转子槽的槽型为开口槽以便于转子绕组嵌线，所述转子槽槽口采用导电材料制成的转子槽楔以将转子绕组固定在槽内，所述转子绕组采用同心式绕组结构。所述转子槽楔鼠笼由全部转子槽楔与两个槽楔笼端环构成，所述槽楔笼端环是金属导电材料制成的圆环，两个槽楔笼端环分别在转子的两侧与所有转子槽楔焊接连接，从而构成转子槽楔鼠笼。所述转子槽楔鼠笼起到阻尼绕组的作用。6、本专利技术提供的变频起动系统采用模块化多电平换流器（MMC），在超高压调相机起动时，所述变频启动系统的输出端与超高压调相机的定子绕组连接，输入端与特高压换流站交流母线连接。在起动过程中，定子绕组每相M条支路处于并联状态，以本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种应用于特高压换流站中的超高压调相机系统，包括超高压调相机（1）、自并励静止励磁系统（2）和变频启动系统（3）；所述超高压调相机（1）包括定子（1‑6）和转子（1‑5），所述定子（1‑6）由定子铁芯（1‑1）和定子绕组（1‑2）构成，所述转子（1‑5）包括转子铁芯（1‑3）和转子励磁绕组（1‑4），其特征在于：所述定子绕组（1‑2）采用交联聚乙烯电缆制成，形成对称Y接法的三相定子绕组，所述定子绕组（1‑2）中，每相绕组均按相等并对称位置抽出2M个抽头，形成M条支路，其中最靠近中性点（1‑12）的支路的非中性点抽头作为励磁端口（1‑2‑1），其余抽头形成定子绕组接线方式，构成定子绕组的出线端，即作为定子绕组与电力系统连接的功率端口（1‑2‑2）；所述自并励静止励磁系统（2）包括励磁变压器、可控晶闸管整流器和励磁控制器，所述励磁变压器一侧与所述定子绕组引出的励磁端口（1‑2‑1）连接，一侧与所述可控晶闸管整流器输入端连接，所述可控晶闸管整流器输出端与转子励磁绕组（1‑4）相连接，所述励磁控制器用于控制可控晶闸管整流器的开通与关断；所述定子绕组的功率端口（1‑2‑2）直接经高压断路器（6）与特高压换流站交流母线（5）连接。...
【技术特征摘要】
1.一种应用于特高压换流站中的超高压调相机系统，包括超高压调相机（1）、自并励静止励磁系统（2）和变频启动系统（3）；所述超高压调相机（1）包括定子（1-6）和转子（1-5），所述定子（1-6）由定子铁芯（1-1）和定子绕组（1-2）构成，所述转子（1-5）包括转子铁芯（1-3）和转子励磁绕组（1-4），其特征在于：所述定子绕组（1-2）采用交联聚乙烯电缆制成，形成对称Y接法的三相定子绕组，所述定子绕组（1-2）中，每相绕组均按相等并对称位置抽出2M个抽头，形成M条支路，其中最靠近中性点（1-12）的支路的非中性点抽头作为励磁端口（1-2-1），其余抽头形成定子绕组接线方式，构成定子绕组的出线端，即作为定子绕组与电力系统连接的功率端口（1-2-2）；所述自并励静止励磁系统（2）包括励磁变压器、可控晶闸管整流器和励磁控制器，所述励磁变压器一侧与所述定子绕组引出的励磁端口（1-2-1）连接，一侧与所述可控晶闸管整流器输入端连接，所述可控晶闸管整流器输出端与转子励磁绕组（1-4）相连接，所述励磁控制器用于控制可控晶闸管整流器的开通与关断；所述定子绕组的功率端口（1-2-2）直接经高压断路器（6）与特高压换流站交流母线（5）连接。2.如权利要求1所述的一种应用于特高压换流站中的超高压调相机系统，其特征在于：所述定子绕组（1-2）中，励磁端口（1-2-1）与中性点（1-12）间的线圈采用比其他线圈的有效导体截面积大的交联聚乙烯电缆。3.如权利要求1或2所述的一种应用于特高压换流站中的超高压调相机系统，其特征在于：所述定子绕组（1-2）中，所有抽头均连入定子绕组接线柜（1-7）中，通过定子绕组接线柜（1-7）内设置的连接开关与控制电路，根据定子绕组的接线方式实现抽头与抽头间的连接。4...
【专利技术属性】
技术研发人员：肖洋，肖海航，李振兵，
申请(专利权)人：湖北研道特磁科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42
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