±800kV換流站換流變組裝場地優化

種芝藝，黃 杰，徐昌云，胡文華

(1.國家電網直流建設有限公司，北京市，100005；2.華東電力設計院，上海市，200063)

0 引言

±800kV特高壓直流換流站總平面布置和總占地大小，直接關系到工程投資、設備與人員安全、設備運行維護等，是換流站設計的主要內容。而特高壓換流站總平面布置和總占地與換流變組裝場地的大小有十分密切的關系，因而進行換流變組裝場地的優化研究，減小特高壓換流站總占地，保障特高壓直流工程的順利建設，具有十分重要的工程價值。

換流變組裝場地通常指換流站內為換流變的組裝、檢修、更換所設置的一塊專用場地。由于換流變形體較大，故該組裝場地通常較大，是換流站內最大的一塊空地，占全站總占地面積的6%～12%。

換流變組裝場地的確定涉及到換流變壓器外形尺寸、換流變安裝組織原則、換流變布置方式等內容。本文在對換流變安裝組織原則和布置方式等關鍵因素進行分析優化的基礎上，提出±800kV特高壓換流站中換流變組裝場地的基本確定原則，并應用在我國特高壓直流輸電項目中，獲得了較好的工程應用價值。

1 ±500kV換流站換流變組裝場地確定經驗

±500kV換流站中換流變通常采用一字型布置方式，即全站的所有工作換流變成一列式緊靠著閥廳布置。據此，±500kV換流站中換流變組裝場地寬度通常指從閥廳防火墻至組裝場地運輸道路中心線的距離，組裝場地長度則由閥廳布置所需尺寸控制。

由于換流變匯流配電裝置、換流變類型等的不同，我國現有的±500kV直流工程中換流變組裝場地寬度而有所不同，大多控制在45～50 m。在三滬直流工程中，華新換流站換流變采用BOX-IN形式，其換流變交流側匯流母線采用架空導線。按照“換流變組裝、檢修時后端應留有其他換流變通過的空間”的原則，華新站換流變組裝場地寬度確定要點如下：

（1）工程換流變防火墻的長度為17.5 m，換流變本體（包括套管，不包括冷卻器）的長度約為18 m；

（2）換流變組裝時，其套管對防火墻至少需保證3 m的凈距以利于套管的安裝；

（3）換流變的運輸通道按6 m考慮；

則所需的最小場地尺寸為44.5 m，結合總布置，本工程該區域按45 m設計。

2 ±800kV換流站組裝場地確定的關鍵影響因素

換流變組裝場地的確定涉及到換流變外形尺寸、換流變布置方式、換流變安裝組織原則、換流變匯流母線、周圍建（構）筑物分布等，換流變安裝組裝原則是其中最關鍵的因素。

2.1 換流變形體尺寸

換流變壓器外形尺寸是影響組裝場地確定的基本因素，主要包括直流側套管長度變化和換流變冷卻器等附件的布置位置影響。ABB技術的換流變閥側套管大多采用水平布置方式（略有傾斜），而SIEMENS技術的換流變則大多采用垂直布置方式。由于在吊裝套管時，SIEMENS換流變的閥側套管可深入換流變防火墻空間內，因而可降低對組裝場地寬度的要求。BOX-IN形式的換流變，其冷卻器（風扇）隨換流變本體一起移動；而非BOX-IN形式的換流變，其冷卻器（風扇）在換流變移動時是拆卸的，因而換流變總長有所減小，從而對組裝場地寬度的要求也有所降低。

2.2 換流變布置方式

換流變布置方式（包括閥廳布置方式）是影響組裝場地的重要因素。在±800kV換流站中，全站共有4個閥廳和多個控制樓，閥廳、換流變布置方式多樣。采用閥廳、換流變一字型布置方式時，組裝場地寬度較小，但長度為4個閥廳長度的總和，組裝場地呈狹長形；采用閥廳、換流變面對面布置時，組裝場地寬度有所加大，但長度僅為1個閥廳的長度，有利于全站總布置的優化。

2.3 換流變安裝組織原則

換流變安裝組織原則是確定組裝場地的主要因素。換流變安裝組織原則應結合換流變生產交貨進度、工程建設工期要求、現場施工組織管理、場地實際受限情況等最終確定。不同的換流變安裝組織原則對組裝場地的大小要求有非常大的不同，尤其是在特高壓直流換流站中，全站共有24臺工作換流變和4臺備用換流變，科學的安裝組織原則將大大提高組裝場地利用效率和換流變安裝施工效率，為加快工程進度和減小換流站占地提供技術保證。

2.4 建（構）筑物等的限制

在確定換流變組裝場地時，還應考慮場地周圍的建（構）筑物等的限制。當某些建（構）筑物的基礎或結構件放置在該區域影響了換流變的組裝、檢修時，應結合經濟技術比較，通過結構優化、布置調整等措施減小建（構）筑物的影響，否則應適當加大組裝場地。如換流變匯流母線采用支持管母方案布置在防火墻外側時，其對組裝場地要求將大大增大，此時應考慮是否可以改為架空母線方案。

3 特高壓換流站換流變組裝場地的優化

3.1 換流變布置方式的確定

我國的直流特高壓輸電工程額定輸送功率達6400～7200MW，換流閥采用每極2個12脈動閥組串聯的接線方式，換流變壓器采用單相雙繞組變壓器，故每站共設4個閥廳、共需24臺工作換流變（另設4臺備用換流變）。閥廳和換流變采用高、低端閥廳面對面布置方式，每個閥廳對應的6臺換流變一字排開布置于閥廳同一側，如圖1所示。

換流變組裝場地指同一極的高、低端閥廳間的布置空間，包括換流變防火墻長度。由圖1可知，換流變組裝場地共有2塊，每塊組裝場地內布置有12臺工作換流變。換流變匯流母線設置于換流變上方，通過架空軟導線接入500kV配電裝置。

3.2 換流變組裝原則的確定

換流變組裝場地是進行換流變安裝、試驗、維護、檢修、更換的重要場所，也是影響換流站總占地的重要因素。不同安裝、施工、檢修原則，其場地要求各不相同，因而對組裝原則進行充分、整體的考慮和討論十分必要。

結合±500kV換流站換流變安裝組織工程經驗，可以得到±800kV換流站中可采用幾種換流變組裝原則。

組裝原則1：允許同一場地內的換流變同時進行組裝，并留有其他換流變的運輸通道。在組裝原則1下，12臺換流變可在組裝場地上同時進行安裝、濾油、試驗等工作；同時，12臺換流變的到貨順序與布置位置無關，這樣就減小了對變壓器制造、運輸、組裝等外圍條件的限制，在人力不受限制的情況下，可最大程度地加快工程建設進度，避免安裝施工過程中換流變故障、不按期到貨等不確定因素對工程工期的影響。但是，在該原則下，組裝場地面積將增大約50%，尤其是在工程建設完成后，該場地僅在更換換流變時才使用，在大部分的時間內均空置，造成較大的土地資源浪費。

組裝原則2：允許布置在同一側的換流變同時進行組裝，并留有其他換流變的運輸通道。在組裝原則2下，要求同時進場的換流變為同一閥組單元的換流變，如6臺高端換流變（或低端換流變），待其組裝完畢后統一推入安裝位置，然后才允許另外的6臺低端換流變（或高端換流變）進入組裝場地。因考慮設置了其他換流變的運輸通道，故同一閥組單元的6臺換流變的到貨先后順序與布置位置無關，無嚴格要求。顯然，該組裝原則下同一極的12臺換流變安裝周期將比組裝原則1下的長，但減小了組裝場地和換流站總占地面積，節約了國家土地資源。

組裝原則3：允許布置在同一側的換流變同時進行組裝，但不考慮其他換流變的運輸通道。組裝原則3是在組裝原則2的基礎上，取消了運輸通道，進一步減小了組裝場地占地面積，但也因此對換流變到貨順序和施工組織有嚴格的要求。在組裝原則3下，除對不同閥組單元的換流變有到貨順序要求外，對同一閥組單元的6臺換流變的到貨順序也有嚴格要求，其到貨順序與布置位置有關，即要求同一閥組單元的6臺換流變中，遠離主運輸道路的換流變（如HY或LY）先到并先進入組裝位置，靠近主運輸道路的換流變（如HD或LD）后到并后進入組裝位置。

綜合對比各組裝原則特點，考慮到要盡量節省國家土地資源、減小±800kV換流站占地，以及±800kV換流站建設中換流變設計、制造難度和其他不確定性因素，為降低現場施工組織要求，保證工程的順利實施，建議±800kV換流站換流變組裝采用組裝原則2進行，即允許布置在同一側的換流變同時進行組裝，并留有其他換流變的運輸通道。

3.3 ±800kV換流站組裝場地的確定

±800kV換流站中換流變組裝場地的確定，即閥廳間間距的確定，需綜合考慮換流變組裝時的用地要求和更換時的檢修占地要求。

3.3.1 換流變安裝時的場地要求

在±800kV換流站中，換流變從大件運輸碼頭上岸后通過大件運輸平板車運至站內，并直接運至組裝基礎附近就地卸貨，避免了換流變在組裝完成后再進行長距離的移位。換流變在安裝位置就位后，要求其后側留有其他換流變的運輸通道。

此時，換流變安裝時的場地寬度為

式中：W1為換流變安裝時組裝場地寬度，m；LF1為高端換流變防火墻長度，m；LF2為低端換流變防火墻長度，m；LT1為高端換流變總長度，m；LT11為高端換流變箱體中心至閥側套管的長度，m；LT12為低端換流變箱體中心至閥側套管的長度，m；WT為預留的運輸通道寬度，一般按6 m考慮；M1為各部件對安裝空間的其他要求，如套管與防火墻間的安裝空間，按2 m考慮。

針對 ABB換流變壓器，LF1=17.5 m，LF2=16 m，LT1=25 m，LT11=16 m，LT12=12.5 m，則 ABB 換流變安裝時要求的組裝場地寬度為W1=66.5 m。

ABB和SIEMENS換流變安裝時的組裝場地要求分別如圖2、3所示。

3.3.2 換流變檢修更換時的場地要求

特高壓直流換流站中，同一極的高、低端閥廳采用面對面布置方式，同一極的高、低端換流變的布置角度為反向（套管朝向相反），不同極的高端（或低端）換流變布置角度也為反向，這種特點使得在換流變檢修更換時，備用換流變不論采用何種布置角度，其進入極1組裝場地或極2組裝場地時，必然需要進行換流變本體轉向。因而，換流變檢修更換時如何實現換流變的轉向是影響組裝場地的重要因素之一。

換流變的轉向方式可分為專用場地轉向方式和組裝場地轉向方式2種，其中，專用場地轉向方式需單獨設置一塊場地用于換流變本體轉向，而組裝場地轉向方式時，換流變的轉向在組裝場地內完成，不需要額外設置場地。采用何種方式應結合備用變布置位置進行具體分析決定。

（1）專用場地轉向方式。當備用變在專用場地進行轉向后再進入組裝場地，其所需空間與換流變安裝時的基本相同，需要考慮換流變安裝空間和過車通道。唯一不同的是，對于SIEMENS換流變，換流變在軌道上移動時其套管和防火墻間應保持一定的安全間隙。因而，參考圖2和圖3，當換流變設置專用場地轉向時，ABB換流變組裝場地寬度W2=66.5 m，SIEMENS換流變組裝場地寬度W2=76 m。

（2）組裝場地轉向方式。當備用變保持原方向進入組裝場地后再進行本體轉向，則組裝場地所需空間有所增大，此時，組裝場地可按公式2計算：

ABB和SIEMENS換流變更換時的組裝場地要求分別如圖4、5所示，可以看出ABB換流變更換時組裝場地最小寬度為W3=69.5 m，SIEMENS換流變更換時組裝場地最小寬度為W3=82 m。

3.3.3 組裝場地要求

在組織原則2下，±800kV換流站中換流變在各種工況時對組裝場地的要求如表1所示。

在實際工程中，換流變組裝場地尺寸應取安裝時和更換時數值中的較大者，并考慮一定的工程裕度。

我國現有的向家壩—上海±800kV特高壓直流輸電示范工程奉賢換流站中，閥廳、換流變區域布置和備用換流變布置位置如圖6所示。

表1 ±800kV換流站組裝場地要求Tab.1 Yard requirements for±800kV converter station assembling m

在奉賢換流站中，4臺備用換流變分散布置在直流場和交流場。由圖6可知，在靠近交流場的軌道交界處，該區域周圍比較空曠，可以滿足換流變轉向的要求，因而將該區域作為專用轉向場地，所有的備用變均在該位置完成轉向后再推入合適的安裝位置，從而一定程度上減小了占地。根據表1可知，對于ABB換流變組裝場地W=66.5 m，SIEMENS換流變W=76 m，即可滿足工程建設需要。在實際工程中，奉賢換流站組裝場地按77 m進行設計。

4 結論

±800kV換流站中換流變組裝場地的確定需綜合考慮換流變、防火墻、換流變組裝原則、換流變安裝與更換的差異性等多種因素的影響，其中換流變組裝原則是確定組裝場地的關鍵因素。

在±800kV換流站中，為盡量節省國家土地資源，建議換流變組裝按照“允許布置在同一側的換流變同時進行組裝，并留有其他換流變的運輸通道”的原則進行，則綜合考慮換流變安裝和檢修、更換時的場地需要，±800kV換流站組裝場地可按77 m設計。

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