±500kV從化換流站系統(tǒng)主接線方式及設(shè)計特點

中國南方電網(wǎng)廣東省輸變電工程公司 黃 澄

0 引言

隨著電力電子和微機控制等技術(shù)的發(fā)展，使基于晶閘管相控換流器的高壓直流輸電系統(tǒng)具有交流輸電系統(tǒng)無法比擬的優(yōu)勢[1]：輸送容量大且充分利用線路走廊資源；輸送功率大小和方向可方便控制和調(diào)節(jié)；靈活實現(xiàn)異步電力系統(tǒng)互聯(lián)；能對機電震蕩產(chǎn)生阻尼，提高系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定；無電容電流的干擾，損耗低；不存在交流輸電的穩(wěn)定問題，利于遠距離大容量輸電等。因此，高壓直流輸電在我國的西電東送，南北互供，全國大區(qū)域聯(lián)網(wǎng)等大容量、遠距離輸電領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景[2]。

溪洛渡直流工程起于云南昭通換流站，止于廣東從化換流站，是目前世界上輸電容量最大，輸電距離最長的雙回直流輸電工程，設(shè)備完全自主化，采用兩回換流站合建以節(jié)省土地資源、方便運行管理、利于出線優(yōu)化配置，同塔雙回架線結(jié)構(gòu)增大輸送容量。本文將重點介紹該工程的核心部分——±500kV從化換流站的概況、結(jié)構(gòu)、主接線方式及設(shè)計特點。

1 換流站概況及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

從化換流站采用兩回獨立的典型雙極接線，直流額定電壓為±500kV，輸送功率為雙回6400MW，其中單極1600MW。每極配置6臺容量為299.9MVA的單相雙繞組變壓器，構(gòu)成12脈動換流器。各直流側(cè)極母線裝設(shè)三臺容量為100mH的平波電抗器。本期直流側(cè)每極裝設(shè)一組三調(diào)諧無源濾波器，遠期每極裝設(shè)兩組無源濾波器。本期建設(shè)500kV交流出線8回，分別至花都變、博羅變、庫灣變及木棉變各2兩回，遠期增加220kV出線16回及木棉方向500kV出線2回。500kV交流濾波器（alternating current filter，ACF）和并聯(lián)電容器總?cè)萘?828Mvar，共分5個大組，22個小組。

2 主接線方式介紹

換流站主要一次設(shè)備包括：交流場及交流濾波場設(shè)備、直流開關(guān)場設(shè)備，閥廳換流設(shè)備及換流變壓器等，這些設(shè)備的有序連接就構(gòu)成了換流站的主接線，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。以下將具體探討各接線方式及設(shè)計特點。

圖1 從化站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.1 交流場及交流濾波場接線

基于換流站輸送容量大和規(guī)模廣，交流場電氣主接線采用可靠性高且調(diào)度運行經(jīng)驗豐富的一個半斷路器接線方式，可減少各種故障工況下直流輸送功率的損失，提高換流站的穩(wěn)定性和可用率。交流場間隔包括：8回500kV出線、五大組交流濾波器（alternating current filter，ACF）進線、4回換流變壓器進線、2回站用變壓器進線，其配串及主接線示意圖如圖2所示。

圖2 交流場主接線圖

為抑制經(jīng)換流裝置等產(chǎn)生的11、13、24及36等低次諧波，配置基于DT13/36和DT11/24雙調(diào)諧濾波器的500kV交流濾波器。雙調(diào)諧濾波器較兩個單調(diào)諧濾波器的優(yōu)勢在于，只有一個電感承受沖擊電壓，在基頻下?lián)p耗更小，且并聯(lián)諧振電路的電容容量小，基本只通過諧波無功容量，便于備用和維護[3]。

同時為補償無功功率，交流濾波器還并聯(lián)SC電容器組，共構(gòu)成五個交流濾波器組，結(jié)構(gòu)如表1所示，其中各組皆為單母線接線方式。而雙調(diào)諧濾波器和SC電容器接線圖如圖3所示。

表1 交流場濾波器組結(jié)構(gòu)

圖3 交流濾波器分組接線圖

圖4 直流場主接線圖

2.2 直流開關(guān)場接線

直流開關(guān)場接線設(shè)計需滿足±500kV直流輸電系統(tǒng)的三種基本運行方式：雙極運行方式、單極大地回線方式和單極金屬回線方式[4]。同時應(yīng)設(shè)計站內(nèi)快速接地網(wǎng)，以限制接地或線路故障時產(chǎn)生的對地過電壓損壞設(shè)備。直流開關(guān)場主要設(shè)備包括平波電抗器、直流濾波器、直流電壓互感器（TV）、直流電流互感器（TA）、避雷器、直流隔離開關(guān)、高速接地開關(guān)（HSGS）、高速中性母線開關(guān)（HSNBS)、中性點設(shè)備及過電壓保護設(shè)備等，其主接線圖如圖4所示。

2.3 換流閥組接線

換流閥組是換流站的核心設(shè)備，設(shè)計選用成熟的5英寸3200A晶閘管元件、空氣絕緣、純絕緣水冷卻和懸吊式結(jié)構(gòu)。其中每極閥組采用由3個四重閥塔構(gòu)成的12脈動接線方式，可滿足系統(tǒng)的基本運行方式，同時較6脈動接線和2個12脈動閥組串聯(lián)接線，具有接線簡單，低次諧波含量低，占地面積小及經(jīng)濟合理等優(yōu)點[5]，圖5為從化換流站四重換流閥懸吊照片。

圖5 四重換流閥懸吊圖

2.4 換流變壓器與換流閥組間接線

基于晶閘管的換流閥組進行交—直和直—交兩種變換，將產(chǎn)生大量的高次諧波。同時鑒于換流閥組接線采用兩個獨立的6脈動串聯(lián)構(gòu)成的12脈動形式，故選用單向雙繞組換流變壓器，與換流閥組構(gòu)成Y0/Y和Y0/Δ的接線方式，使得Y0/Y換流變接入高電位6脈動換流閥組，Y0/Δ換流變接入低電位6脈動換流閥組，進而使換流變閥側(cè)電壓產(chǎn)生30°的相位差，濾除交流側(cè)6n±1（n為自然數(shù)）次的諧波電流，獲得較好的諧波性能，具體的接線方式如圖6所示[6]。

圖6 閥組與換流變間接線圖

3 電氣總平面優(yōu)化布置

從化換流站電氣總平面布局按照自西向東“直流開關(guān)場—閥廳及換流變壓器—500kV交流開關(guān)場”的工藝流向考慮。

直流場布置在換流站西側(cè)，向西出線；直流開關(guān)場采用戶外敞開式設(shè)備，兩回直流相互獨立，每回采用典型雙極架空母線布置方式；開關(guān)場設(shè)備、換流變和平波電抗器均采用戶外布置，直流濾波器采用單塔式撐式安裝。為便于換流變運輸及其與交直流的設(shè)備連接，換流閥組及換流變壓器布置在換流站中部，緊鄰進站主道路，采用“一字型”布置。500kV交流濾波器布置在換流站北側(cè)，從交流500kV串中引接，盡量遠離站區(qū)的噪聲敏感點。500kV交流開關(guān)場布置在換流站南側(cè)，閥廳及換流變區(qū)域以東，采用懸吊管母線、斷路器三列式布置，向南、北兩個方向出線，出線間隔為28m，有效減少了出線轉(zhuǎn)角塔及避免線路的交叉。

圖7 從化站平面圖

生產(chǎn)輔助區(qū)，包括綜合樓、警傳室、水泵房等整體布置于站區(qū)的西北側(cè)；備品備件庫和車庫布置在交流濾波器場的西側(cè)，與站前區(qū)相鄰；專用備品備件庫及露天備品備件庫布置在交流濾波器場南側(cè)的空地；進站道路從站區(qū)北側(cè)進站；500kV繼電小室采用下放布置，與10kV配電室，380V配電室布置于站區(qū)中央。

站區(qū)總平面占地面積為 338.4畝，整體布局合理，緊湊，且布置功能分區(qū)明確，較好的適應(yīng)了站址外部條件和自然地形條件，全站平面圖見圖7。

4 結(jié)論

中國能源分布和用電負荷的不均勻,決定了具有獨特技術(shù)優(yōu)勢和經(jīng)濟效益的的高壓直流輸電技術(shù)在電網(wǎng)發(fā)展中的重要地位。本文通過系統(tǒng)的論述了±500kV從化換流站的概況、結(jié)構(gòu)以及交流場、交流濾波場、直流開關(guān)場、換流閥組、換流變壓器的主接線方式和設(shè)計特點，對進一步發(fā)展和建設(shè)±500kV高壓直流輸電工程有一定的參考價值。

[1]趙畹君.高壓直流輸電工程技術(shù)[M].北京:中國電力出版社,2004.

[2]舒印彪.中國直流輸電的現(xiàn)狀及展望[J].高電壓技術(shù),2004,30(11):1-2.

[3]劉兵.高壓直流輸電系統(tǒng)中的濾波裝置[J].電力電容器,2005,3(5):1-5.

[4]孫華芳. HVDC單極大地回線運行方式對變壓器的影響及防范措施[J].電氣技術(shù),2013,6(10):53-56.

[5]劉威,趙淵,等.高壓直流輸電系統(tǒng)單雙12脈接線可靠性對比研究[J].電力系統(tǒng)保護與控制,2008,8(9):29-34.

[6]李標俊,李其書,等.興安直流工程換流站設(shè)計和自主化特點[J].電力建設(shè),2008,4(31):17-20.