Q GDW 11588-2016 快速动态响应同步调相机技术规范.pdf

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1、 Q/GDW 11588 2016 快速动态响应同步调相机技术规范 Technical specifications for fast dynamic response synchronous condenser 2017 - 05 - 25 发布 2017 - 05 -25 实施 国家电网公司 发 布ICS 29.240 Q/GDW 国 家 电 网 公 司 企 业 标 准 Q/GDW 11588 2016 I 目 次 前 言 . II 1 范围 . 1 2 规范性引用文件 . 1 3 术语和定义 . 1 4 调相机运行环境 . 1 5 推荐容量等级及无功调节范围 . 2 6 主要技术性能及参

2、数要求 . 2 编制说明 . 6 Q/GDW 11588 2016 II 前 言 为规范 调相机主要性能参数 以及 各种技术指标 ， 制定本标准 。 本标准由 国家电网 公 司 基建部 提 出并解释 。 本标准由 国家电 网 公司 科技部 归口 。 本标准起草单位 ： 中国电力科学研究院、国网北京经济技术研究院、东方电机有限公司、上海电气电站设备有限公司上海发电机厂、哈尔滨电机厂有限责任公司。 本标准主要起草人 ：李志强、葛兆军、张强、王庆、于钊、冀肖彤、郭艳霞、蒋维勇、何凤军、李朝科、咸哲龙、王彦滨、王东阳、于洋、韩志勇、肖洋、李文锋、黄浩、王磊、周平、王拯元 本标准首次发布 。 本标准在执

3、行过程中的意见或建议反馈至国家电网公司科技部。 Q/GDW 11588 2016 1 快速动态响应 同步调相机技术规范 1 范围 本标准规定 了调相机主要技术性能及其参数要求。 本 标准 适用于接 入国家电网公司调度管辖范围内变电站或换流站等系统的 300Mvar级 同步调相机 ，其他容量等级可参照执行 。 2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 GB 755 旋转电机 定额和性能 GB/T 1029 三相同步电机试验方法 GB/T 4831 电机产品型号编

4、制方法 GB/T 7064 隐极同步发电机技术要求 GB/T 10069.1 旋转电机噪声测定方法及限制 GB/T 20160 旋转电机绝缘电阻测试 DL/T 1348 自动准同期装置技术条件 JB 1515 统计发电设备可靠性使用的术语定义 3 术语和定义 GB/T 755、 GB/T 7064确定的 以及 下列 术语和定义适用于本 文件 。 3.1 快速动态响应同步调相机 fast dynamic response synchronous condenser 具有快速动态无功调节和短时过载能力，主要用于故障工况下向系统提供动态无功支撑，同时兼具稳态无功补偿功能的同步调相机。 3.2 平均无

5、故障工作时间 mean time between failure（ MTBF） 相邻两次故障间的平均工作时间。 3.3 平均修复时间 mean time to repair（ MTTR） 由故障状态转为工作状态所需的 平均修理时间 。 4 调相机运行环境 Q/GDW 11588 2016 2 4.1 室内安装 。 4.2 海拔高度： 不超过 1000m，海拔高于 1000m 时应按工程实际进行设计和检验修正 。 4.3 环境温度： 不超过 40 ，环境温度高于 40 时应按工程实际进行设计和检验修正。 5 推荐容量等级及 无功调节范围 调相机容量等级及其无功运行能力见表 1。 表 1 调相机容

6、量等级及 其 无功 运行能力 序号 额定容量 Mvar 迟相 无功 Mvar 进相 无功 Mvar 1 300 300 150 2 150 150 75 3 100 100 50 6 主要技术性能及参数要求 6.1 调相机本体 6.1.1 基本型式 :三相、卧式、静止励磁方式 。 6.1.2 铭牌要求：应包括型号、额定容量，进相能力，冷却方式等，详见 GB/T 4831、 GB/T 7064。 6.1.3 冷却型式：空冷或双水内冷 。 6.1.4 额定频率： 50Hz。 6.1.5 长期运行 期间 频率 的变化范围 ： 48Hz52Hz。 6.1.6 长期运行 电压变化范围 ： 92.5%10

7、7.5%。 6.1.7 起动方式：静止变频器（ SFC）起动 。 6.1.8 寿命期内 起停机次数：不低于 10000 次 。 6.1.9 d 轴暂态开路时间常数 宜不大于 8.0s。 6.1.10 d 轴 暂态 短路时间常数 应不大于 0.95s 时间常数。 6.1.11 调相机暂态及次暂态 电抗 要求 如下： a) 直轴瞬态电抗 （饱和值）应不大于 0.22 p.u.； b) 直轴超瞬态电抗 （饱和值）应不大于 0.14 p.u.。 6.1.12 调相机额定工况下的损耗保证值不高于 1.4%Sn（ 300Mvar）、 1.6%Sn（ 150Mvar、 100Mvar）。计算调相机的损耗 时

8、 应包括：定子绕组铜损、转子绕组铜损、铁心损耗、风耗、轴承损耗、电刷摩擦损耗、杂散损耗、励磁系统（包括励磁变压器、整流器等）损耗 以及 其它损耗 ， 损耗测试方法参见 GB/T 1029。 6.1.13 在额定工况，冷却器出口空气温度不超过 40 的环境条件下，长期连续运行时，调相机各 主要 部 位的绝缘 采用 155 级绝缘，按照 130 级绝缘进行考核，不应超过国标 GB/T 7064 的规定值。短时特殊运行工况下， 调相机各部位温度限值按照 155 级绝缘考核。 6.1.14 快速动态响应调相机定、转子绕组应具有很强的短时过载能力，具体要求如下： Q/GDW 11588 2016 3 a

9、) 调相机定子绕组应能承受 3.5 倍额定电流持续时间不小于 15s； b) 调相机转子绕组应能承受 2.5 倍额定励磁电流持续时间不小于 15s。 6.1.15 调相机 应 具有 1.3 倍额定电压 下进相 持续 时间不小于 1s 的能力 。 6.1.16 按照 不低于 12.5 倍转子额定电压耐压考核。 6.1.17 调相机在不对称的电力系统中运行时，若任何一相电流均不超过额定值，且负序电流分量与额定电流之比不超过 10%，应能长期运行。 6.1.18 绝缘 要求如下： 定子绕组相间及对地绝缘（ 40C）应不低于 100M； 极化指数 R10min/R1min2； 励磁绕组绝缘电阻不低于

10、1 M； 绝缘电阻测试参见 GB/T 20160。 6.1.19 调相机应进行 1.2 倍超速试验，持续时间不低于 2min。 6.1.20 在正常运行时，调相机噪声水平（声压级）不超过 85dB（ A） ， 测试方法见 GB/T 10069.1。 6.1.21 按照 DL/T 1348 规定的 自动准同期方式 并网 。 调相机应能承受频率差在 0.6Hz、电压差 5%、相角差 100 以内并网 所产生 的冲击。 6.1.22 调相机可靠性应满足如下要求（术语定义参见 JB 1515）： a) 无故障连续运 行时间 18000h； b) 大修间隔时间 不少于 5 年 ； c) 定子绕组绝缘更换

11、周期 不少于 20 年 ； d) 退役前的使用寿命 不少于 40 年 ； e) 等效强迫停运率 小于 0.5%。 6.1.23 调相机设计时应考虑系统接入点的谐波水平、 SFC 启动时的谐波及直流偏磁影响 。 6.1.24 调相机 转子 设计应 满足 SFC 启动 要求 。 6.1.25 其他未涉及到的参数按照国标 GB/T7064 要求确定 。 6.2 励磁系统 6.2.1 强励电压倍数：当机端电压为额定值的 80%时，应能保证 3.5 倍额定励磁电压 。 6.2.2 2.5 倍强励电流持续时间不小于 15s； 6.2.3 电压响应时间应满足：上升时间 (强励 )不大于 0.02s；下降时间

12、 (强减 )不大于 0.025s。 6.2.4 励磁系统应 至少 具有与 两套 SFC 通讯的接口及硬接线 ，能实现调相机启动时与 不同 SFC 的有效配合。 6.2.5 励磁系统应具有他励通道，在 SFC 变频拖动过程中为调相机提供励磁；在启动完成后，应 能 可靠切换到自并励励磁方式。 6.2.6 自动励磁调节系统应保证调相机调压精度不低于 0.5%。 6.2.7 励磁系统应能满足调相机额定容量工况下 1.1 倍额定励磁电流和电压下长期连续运行的要求。 6.2.8 在调相机运行情况下，频率值每变化 1%，自动励磁调节系统应保证调相机电压变化不大于额定值的 0.25%。 6.2.9 自动励磁调

13、节系统交流工作 电源电压在短时间 (不大于强行励磁持续时间 )内波动范围为 55%120%额定值的情况下，励磁调节器应能维持正常工作。 6.2.10 电源频率在 45Hz 55Hz 范围内变化，励磁系统应能维持正 常 工作。 6.2.11 自动励磁调节系统应能保证调相机机端电压调差率整定范围为 15%，并按 1%的档距分档。 6.2.12 自动励磁调节器和手动控制单元的电压调节速度，应不大于额定电压 1% /s，不小于额定电压0.3%/s。 Q/GDW 11588 2016 4 6.2.13 励磁系统的延迟时间不应大于 0.02s。 6.2.14 在站用电电源电压及频率偏差范围内，励磁系统应能

14、保证调相机在额定工况下长期连续运行。 6.2.15 励磁系统应在调相 机电压 70% 120%额定电压范围内稳定调节。 6.2.16 其他未涉及到的要求参见 GB/T 7049。 6.3 静止变频器（ SFC） 6.3.1 SFC 容量 SFC容量设计应能满足如下要求： a) SFC 容量选择时应保证调相机在 510min 内从静止状态加速到额定转速； b) SFC 装置应满足机组频繁起动的要求，其热周期应满足连续满载运行不小于 60min， 间隔 60min后可再次起动。 6.3.2 SFC 可靠性指标 SFC容量可靠性应满足如下要求： a) 可用率不低于 99.9%(在商业运行 6 个月后

15、半年内考核 )； b) SFC 装置起动成功率应不低于 99.9%(在商业运行 6 个月后 半年内 )； c) 平均无故障工作时间大于 40000h； d) 平均修复时间应小于 14h； e) 主要一次设备 更换周期 不小于 20 年。 6.3.3 SFC 输出电压和频率 SFC容量可靠性应满足如下要求： a) 输出电压： 0 1.1Un(若 SFC 不带输出变压器，可不设此限值 )； b) 输出频率： 0Hz 55Hz。 SFC 的输出电压和频率应在上述变化范围内平稳可调； c) SFC 运行输出谐波电流及电压波形畸变率： SFC 装置应配置输入侧的隔离变压器 (即输入变压器 )；此外应限制

16、 SFC 运行时向交流系统接入点、调相机及站用电系统馈送 的 谐波电流，并限制电压正弦波畸变率；必要时在 SFC 输入、输出端设置谐波过滤装置； SFC 运行时产生的谐波电压和电流应不影响调相机保护、励磁、中性点设备及其它设备的正常运行； d) SFC 应适应站用电电压波动范围； e) SFC 应具备的控制方式： 自动控制、现地手动控制， SFC 还应能实现现地手动分步控制，可在 5% 105%额定转速范围内调节机组转速。 6.4 冷却系统 6.4.1 空气冷却器及其冷却水系统 空气冷却器冷却及其冷却水系统容量和压力设计要求如下： a) 空气冷却器冷却容量的设计裕度应不小于 115，且任一组冷

17、却器退出运行，应能保证 80%额定 容量 长期运行；空气冷却器按最大压力 0.4MPa 设计，试验压力为 1.5 倍最大压力，历时30min； b) 冷却水系统的管路和部件、附件按最大压力 1.0MPa 设计，试验压力为 1.5 倍最大压力，历时30min； c) 要求空气冷却器断水后，调相机带额定 无功 运行的时间不小于 30s。 6.4.2 双水内冷系统 对于双水内冷机组，其冷却系统设计要求如下： a) 定子和转子冷却水系统分开成二个独立的水路循环系统，定子水箱采用充氮密封； b) 定子线圈采用闭式循环水系统； Q/GDW 11588 2016 5 c) 定子冷却系统和转子冷却系统的冷却器

18、、冷却水泵均为两台，一台工作一台备用 ； 当一台 水泵出故障后能自动切换到另一台； d) 定子水冷系统设有反冲洗管道，以满足反冲洗定子绕组水路的要求；滤网采用不锈钢板打孔型式； e) 冷却器备有温度调节装置 ； f) 定、转子线圈断水后应能连续运行 30s。 双水内冷 定、转水冷却水采用除盐水，水质透明纯净、无机械混杂物 ，水 质要求参见表 2： 表 2 定、转子冷却水系统水质要求 序号 项目 数值 1 定子冷却水电导率（ 25 ） （ 0.4 2.0） s/cm 2 转子冷却水电导率（ 25 ） 5s/cm 3 定子冷却水 PH 值（ 25 ） （ 8 9） 4 转子冷却水 PH 值（ 25

19、 ） （ 7 8） 5 定、转子冷却水硬度 小于 2mol/L 6.5 润滑油系统 6.5.1 调相机应配置润滑油系统，可根据需要配置顶轴油系统 。 6.5.2 润滑系统油管采用不锈钢材料。 6.5.3 润滑油系统 应按额定工况运行时油冷却器冷水中断 15min 的轴瓦允许温升确定。 6.5.4 轴承油槽应密封良好，能防止油雾逸出，油槽焊缝应经无损探伤。 6.5.5 润滑油冷却系统 设计要求如下： a) 冷却器数量应按 N（正常） 1（备用）设计； b) 油冷却器应采用高导热、耐腐蚀的材料制成；油冷却器及其配件应保持不渗漏 。 c) 油冷却器水管路应设置自动排气阀。油冷却器按最大压力 1.0M

20、Pa设计，试 验压力为 1.3倍最大压力，历时 60min不渗漏。然后将压力降至 1.0MPa再保持 60min，冷却器不得出现泄漏或损坏。在正常工作条件下油冷却器进出口压力表之间的水压降不得超过 0.1MPa Q/GDW 11588 2016 6 快速动态响应 同步调相机技术规范 编 制 说 明 Q/GDW 11588 2016 7 目 次 1 编制背景 8 2 编制主要原则 8 3 与其他标准文件的关系 8 4 主要工作过程 8 5 标准结构和内容 8 6 条文说明 9 Q/GDW 11588 2016 8 1 编制背景 本标准是依据 国家电网公司关于下达 2016 年度公司第 2 批技术

21、标准制修订计划的通知 （国家电网科 2016 598 号文）的要求编写。 本标准编制背景：特高压直流的快速发展使电网特性发生较大变化，电压稳定问题成为大电网安全稳定的主要问题之一，客观要求直流大规模有功输送，必须匹 配大量动态无功补偿装置，即“大直流输电、强无功支撑”。鉴于同步调相机故障情况下强大的瞬时无功输出和短时过载能力使得其在动态无功补偿方面具有独特的优势，国网公司开展了调相机项目的必要性论证并初步确定了首批 47 台调相机的工程建设工作。由于电网发展新形势下主要要求调相机具有更好的动态无功补偿特性，因此此类调相机的技术性能指标与传统调相机存在显著的差异。 本标准编制主要目的是 为规范

22、快速动态响应同步 调相机的技术 参数 ， 以便为其设计、制造提供依据 。 2 编制主要原则 本标准的编制主要原则是确定快速动态响应同步调相机及其 主要辅助系统技术参数，以便充分发挥充 调相机的 暂态及次暂态特性 ， 确保其能够在电网故障时向 系统提供足够的无功支撑 ；同时，规范和提高快速动态响应同步调相机的设计和制造水平。 3 与其他标准文件的关系 本标准 与现行法律、法规 和 政策 保持一致，与相关国家标准、行业标准、公司技术标准、 国际标准和国外先进标准 相一致。 本标准不涉及专利、软件著作权等知识产权使用问题。 本标准 主要参考文件 ： GB/T 7409 同步电机励磁系统 GB/T 5

23、0150 电气装置安装工程电气设备交接试验 GB/T 20835 发电机定子铁 心磁化试验导则 JB/T 6204 高压交流电机定子线圈及绕组绝缘耐压试验规范 JB/T 7608 测量高压交流电机线圈介质损耗角正切试验方法及限制 JB/T 8439 高压电机使用于高海拔地区的防电晕技术要求 4 主要工作过程 2016 年 25 日 ， 成立了项目编写组。 2016 年 7 月，国家电网公司基建部部组织召开了标准编制大纲的审查。 2016 年 8 月，完成了标准的初稿编制，并于召开了初稿审查会，与会专家对标准提出了修改意见。 2016 年 9 月，在北京召开了标准征求意见稿讨论会，与会专家提出了

24、修改意见。 2016 年 9 月，国网基建部下发大容量并网同步调相机技术规范征求意见函。 2016 年 10 月，完成征求意见稿。对征求的意见进行分类与归纳， 收集意见分析后确定采纳与否。 2016 年 11 月，公司 工程建设技术标准专业工作组 组织召开了标准审查会，审查结论为：经专家协商一致，同意修改后报批。 2016 年 11 月，修改形成标准报批稿。 5 标准结构和内容 Q/GDW 11588 2016 9 本标准按照 国家电网公司技术 标准 管理办法 （国家电网企管 2014 455号文） 的要求编写 。 本标准主题章分为 4章，调相机运行环境、推荐容量等级及无功调节范围、 主要 技

25、术性能及参数要求。 本着先进性和实用性、可操作性等原则 ,确定调相机各关键技术参数，促进调相机动态性能和设计、制造水平的提高。 6 条文说明 本 标准范围 中 ，规定了适用于 300Mvar级 同步调相机， 其他容量等级可参照执行 。 本标准 第 3.1条 中，定义了快速动态响应同步调相机，即具有快速动态无功调节和短时过载能力，主要用于故障工况下向系统提供动态无功支撑，同时兼具稳态无功补偿功能的同步调相机。 本标准第 5章 中，给出了推荐的容量等级，分别为 300Mvar、 150Mvar、 100Mvar，同时给出了不同容量等级的调相 机无功调节范围。 本标准 第 6.1.6条 中 ， 规定

26、了额定频率下调相机长期电压运行范围为 92.5%107.5%， 此规定高于传统调相机标准。 本标准 第 6.1.9条 中 ， 规定了 d轴暂态开路时间常数 宜不大于 8.0s， 目的是为了提高调相机动态响应特性，传统调相机无特殊要求。 本标准 第 6.1.10条 中 ， 规定了 d轴暂态开路时间常数 宜不大于 0.95s， 目的是为了提高调相机动态响应特性，传统调相机无特殊要求。 本标准 第 6.1.11条 中 ， 规定了 直轴瞬态电抗 （饱和值）应不大于 0.22 p.u.，直轴超瞬态电抗 （饱和值）应不大于 0.14 p.u.，此规定小于传统发电机或调相机参数，目的是为了充分发挥调相机的暂

27、态和次暂态特性。 本标准 第 6.1.14条 中 ， 规定了定子过电流和转子过电流能力 ， 即 定子绕组应能承受 3.5倍额定电流 持续时间不小于 15s，转子绕组应能承受 2.5倍额定励磁电流持续时间不小于 15s； 目的是为了大幅提高调相机短时过载能力，传统调相机标准中转子 2倍电流持续 10s，定子累积发热限值 37.5，相当于 1.87倍额定电流持续 15s。 本标准 第 6.1.15条 中 ， 规定了定子过电压能力，即 应 具有 1.3倍额定电压 下进相 持续 时间不小于 1s的能力，目的是为了使调相机能适应特高压直流送端过电压工况，传统调相机标准中无此规定。 本标准 第 6.1.1

28、6条 中 ， 规定了转子耐压水平，即按照不低于 12.5倍转子额定电压耐压考核 ；这是考虑到调相机强励倍数由 3倍大幅提高至 3.5倍，励磁变阳极电压大幅提高导致极端工况下转子可能的过电压倍数提高，因此需提高转子耐压水平；以往调相机耐压规定额定电压小于 500V安装 10倍额定电压考核，大于 500V时安装 2倍额定电压加 4000V电压考核。 本标准 第 6.1.17条 中 ， 规定了不对称运行能力，即规定负序电流与额定电流之比不超过 10%应能长期运行，比传统调相机标准中双水内冷机型的不对称能力略有提高。 本标准 第 6.2.1条 中 ， 励磁系统强励倍数为 3.5倍，而传统标准要求 2倍，这是基于提高调相机暂态无功响应特性而规定的。 本标准 第 6.2.3条 中 ， 规定励磁电压响应 上升时间 (强励 )不大于 0.02s；下降时间 (强减 )不大于 0.025s，同样是为了提高调相机暂态无功响应特性而规定。 _