興安直流工程換流站設計和自主化特點

李標俊，李其書，楊躍輝，方 野

（中國南方電網超高壓輸電公司天生橋局，貴州省興義市，562400）

0 引言

興仁換流站為興安直流工程送端換流站，由中南設計院、許繼—西門子聯合體、南網研究中心聯合設計。本工程建設以“以我為主、聯合設計、自主生產”為指導原則，對推動關鍵設備國產化、掌握核心技術、提高國內設備制造水平有極其重要的意義。現將本工程設計和自主化特點總結成文，供設計、建設、施工及運行部門參考[1]。

1 工程概況

貴州－廣東第2回±500kV直流輸電工程（簡稱“興安直流工程”）是我國±500kV直流輸電工程自主化依托項目，同時也是中國南方電網實施“西電東送”的骨干工程。該工程西起貴州興仁換流站，東至廣東深圳寶安換流站，輸送容量為3 GW，電壓為±500kV，線路總長為1194.5 km。雙極于2007年12月正式投入商業運行[2]。

2 設計特點

興仁換流站設計分為成套設計和工程設計2部分。成套設計主要包括系統研究、成套設計規范書、成套設計施工圖，由中南電力設計院、南網研究中心與直流承包商許繼—西門子共同設計完成。工程設計包括初步設計、第3部分設備采購規范書以及施工圖，由中南電力設計院負責設計[3]。

2.1 設計原則

（1）直流系統設計由中標的中外聯合體完成。

（2）換流閥采用中外聯合體投標模式，國內生產可控硅元件及有關零部件的比例按50%考慮，1個極全進口，1個極全國產。

（3）換流變及平波電抗器采用中外聯合體投標模式，換流變和平波電抗器按1個極全進口，1個極全國產考慮。

（4）直流控制保護：直流控制保護采用中外聯合體投標模式，在確保工程質量和工期的前提下，采用在外方指導下的硬軟件聯合設計，軟件方案由雙方共同制定，軟件編程由中方實施，所有的硬件設備（屏、柜）由國內生產。

（5）交、直流濾波器：設備參數的成套設計由中外聯合體完成，由外方負責校核，國內制造廠家提供交流濾波器組和高壓并聯電容器組中的電容器，其余元件國外采購。

（6）直流開關場設備由外方供貨。

（7）交流開關場設備由中方自行采購。

（8）閥冷卻水系統由外方設計供貨。

（9）消防系統、采暖通風及空調系統由國內供貨。

（10）換流站的總體建筑設計由中方完成，換流建筑物等關鍵部位的設計與外方聯合進行，材料在國內采購。其他土建及輔助系統設施均由國內提供。

（11）換流閥及換流變區域的布置由外方設計。

（12）直流場布置由外方設計。

（13）交流開關場、交流濾波器場布置由中方負責設計。

2.2 電氣主接線和布置

500kV交流側主接線采用一個半斷路器接線方式，如圖1所示。

直流側采用雙極每個極1個12脈動閥組接線，按極裝設平波電抗器、直流濾波器和直流電壓電流測量裝置等。

換流變網側套管在網側接成Y0接線與交流系統直接相連，閥側套管在閥側按順序完成Y/△連接后與12脈動閥組相連，換流變三相接線組分別采用YNy0接線及YNd11接線。

直流接線方式有：單極大地回線運行方式、單極金屬回線運行方式、雙極運行方式、空載加壓試驗運行方式。

2.3 閥廳及換流變布置

興仁換流站每極1個12脈動閥組由2個6脈動閥串聯組成，1個6脈動閥每相由2個換流閥臂串聯組成。每相4個閥臂緊密串聯在1個閥塔上組成四重閥，每極12脈動閥組三相共3個四重閥布置在1個閥廳內，即三相四重閥。閥塔采用頂部懸掛式設計，塔頂部電壓兩極均為0 kV，底部電壓極Ⅰ為+500kV，極Ⅱ為-500kV。

換流變進線處設置獨立過渡母線，過渡母線布置在換流變的正上方，將Y型和△型換流變進線L1、L2、L3三相分別連接起來。換流變閥側套管全部插入閥廳布置。

平波電抗器布置在閥廳的直流出線側，閥側套管插入閥廳布置。

2.4 直流場布置

直流場設備按兩極對稱格局布置，直流極母線設備布置于直流場的兩側，直流中性母線設備布置于直流場的中央，在直流每極的極母線和中性母線之間布置2組直流濾波器。直流濾波器設備均采用低位支持式布置方案，四周用圍欄圍起。為防止圍欄內雜草生長影響設備安全運行，圍欄內采用碎水泥地面。

為了滿足設備運輸和運行檢修的要求，在平波電抗器出線側、直流線路出線側、極母線設備外側以及極母線設備和中性母線設備之間設置搬運及檢修道路，在每極2組直流濾波器之間設置1條巡視小道。

2.5 交流濾波器布置

10個小組500kV濾波器分為3個大組，每個大組分別接入500kV交流場第1、第2、第3串中。同一交流濾波器大組設備采用集中布置方式，每個交流濾波器小組的間隔度為29 m。交流濾波器大組采用懸吊式管型母線配垂直伸縮式隔離開關，可減少縱向尺寸，節省占地面積。交流濾波器設備均采用低位支持式布置方案。交流濾波器分組結構見圖2[4—5]。

在靠近濾波器圍欄前后兩側各設置1條搬運及巡視檢修道路，在每個交流濾波器小組之間設置1條巡視小道。

2.6 500kV交流場交流配電裝置

興仁換流站500kV交流場采用屋外常規敞開式設備，3/2斷路器接線，500kV配電裝置交流進出線間隔布置呈東西方向排列，由南北方向進出線，換流變采用高架進線分別接入第1串、第2串。

斷路器采用三列式布置方式，母線隔離開關采用懸吊式管型母線配單柱垂直開啟式且串中采用雙靜觸頭三接地隔離開關，線路避雷器及CVT采用常規設備敞開式布置，線路阻波器懸吊在出線架構上，并設置有4個就地繼電器室。

2.7 電氣總平面布置

興仁換流站500kV交流場布置在站區的西部，500kV交流濾波器場分散布置在500kV交流場的南北兩側，閥廳及換流變區域布置在500kV交流場東側，500kV直流場布置在閥廳及換流變區域的東側，站用變區域布置在站區的西南部，站前區布置在站區的東南部。

2.8 監控及保護系統

2.8.1 控制保護系統配置

興仁換流站的控制保護系統主要包括直流控制保護系統、運行人員控制和站SCADA系統、調度自動化和直流遠動系統、能量計費系統、直流線路故障定位系統、暫態故障錄波系統、交流保護系統、閥冷卻控制保護系統、站用電控制保護系統、火災探測報警系統、換流站安全監視系統（CCTV）、站用110 V和24 V直流系統、交流不停電電源系統等。

興仁換流站控制和保護系統按冗余原則設計。所有主要控制保護的硬件及軟件均為雙重化或多重化設計，任何單一的軟件或硬件故障都不會引起直流系統的停運。直流保護系統采用三重化配置，出口邏輯為三取二[6]。

2.8.2 二次設備的布置

2個極的控制保護設備和站公用設備布置在主控樓內，500kV第1、3串及第1、3大組交流濾波器對應的二次控制保護屏柜等設備布置在500kV 1號繼電器室；500kV第2、4串及第2大組交流濾波器對應的二次控制保護屏柜等設備布置在500kV 2號繼電器室；第5、6串對應的二次控制保護屏柜等設備及母差保護布置在500kV 3號繼電器室；第7、8、9串對應的二次控制保護屏柜等設備布置在500kV 4號繼電器室。

2.9 站用電系統

興仁換流站采用3回獨立電源供電，其中2回為工作電源，1回為備用電源。1回電源取自站內裝設1組500kV/10 kV站用變壓器，其他2回取自站外，分別從站外引接。

興仁換流站采用的3回電源分別通過500kV/10 kV、110 kV/10 kV、35 kV/10 kV站用變降壓后接入站10 kV系統。

站用10 kV系統采用單母線，設2個工作段，每段各由1回獨立電源供電，另設1個備用段。每個工作段均可從備用母線段取得備用電源，每個10 kV工作段各接2臺10 kV/0.4 kV，2500kVA低壓站用變壓器，對全站的站用負荷供電。

3 自主化特點

3.1 創立了“貴二模式”

南網研究中心通過全過程參與貴廣二回直流工程的系統研究、設計、安裝和調試，創立了“貴二模式”，掌握了高壓直流輸電工程核心關鍵技術，提高了核心競爭力，成為了一個“合格的供貨商”，為更大范圍參與競爭創造條件。貴二模式特點見表1。

表1 貴二模式特點Tab.1 Charateristics of“GuiⅡ Mode”

3.2 國內設計范圍擴大

由于換流站設備國產化的力度有所擴大，國產化是貴廣二回最大的特點[7—11]。如極Ⅰ換流變壓器從選型、制造，包括全站的布置、施工都是國內獨立完成，換流閥、平波電抗器等關鍵部分，由中方為主的中外聯合體供貨，整個工程的主要設備有70%實現了國產化；系統研究報告共20項，自主化率100%；成套設計圖紙共17項，自主化率100%；成套設計計算書共7項，自主化率100%；成套設計二次施工圖紙共321卷冊，自主化率100%。

3.3 自主調試

直流輸電控制保護系統動態性能試驗和功能試驗技術是直流工程的一項核心技術，在貴廣Ⅰ回直流工程建設中，這項試驗完全由外方負責。而在貴廣Ⅱ回，控制保護系統試驗100%由中方完成，試驗共發現和解決了100多項技術難題，還第一次采用由實際控制保護裝置和軟件構成的平臺完成試驗，第一次采用全數字式實時仿真進行控制保護性能試驗和出廠試驗，構建了世界上最大規模的交直流混合實時仿真電網模型，并從南方電網大系統安全穩定的角度進行仿真試驗，具有更強的實用價值。

3.4 自主化成果

（1）通過貴廣二回直流工程的研究、設計、試驗和系統調試，南網研究中心更加了解南方電網，系統研究項目針對性更強，并創新了研究方法、研究內容。

（2）中方承擔全部動態性能試驗和性能試驗。

（3）中方承擔全部大型直流輸電工程站系統和系統調試。依托技術合作，完成整體試驗方案，并對調試方案設計進行優化；首次編制完成了直流工程的調試專用軟件，并進行了完整的調試設備研制和試驗項目的現場優化組合，成功克服了調試遇到的系統難題。

（4）受端換流站交流濾波器配置采用了中方提出的方案。

（5）交流PLC采用層架式結構電容器。

（6）獨立完成了全站控制保護系統的集成、接口設計，二次設計中融入國內成熟經驗，如裝置電源、接口部分的設計。

（7）站用電源系統備用自投功能采用國內技術，實現了10 kV和400 V兩層雙向背自投功能，提高了電源可靠性。

（8）創新換流建筑物結構，主控制樓采用混凝土，3層結構，并充分考慮人性化設計，注意主控制室的通風和采光。

（9）主動聽取運行部門意見，從而避免重復問題發生。

4 結語

興安直流工程的按期建設投產，標志著該工程全面實現了直流輸電工程系統研究、換流站設備成套設計和直流工程設計自主化和設備制造自主化，綜合自主化率達到70%以上。并且在投運后第1年能量可用率達到99.19%的國際領先、國內第一水平，標志著我國電力行業重大技術裝備國產化工作取得了重要突破，為實現國家制定的直流輸電工程全面自主化的戰略目標做出了貢獻。

[1]曾靜，王偉剛.三滬直流工程換流站設計特點[J].電力建設，2007，28（3）：9-12.

[2]李標俊，蒙建明，郭峰，等.興仁換流站運行規程[M].興仁：興仁換流站，2006.

[3]中南電力設計院.貴廣二回直流輸電工程初步設計說明書[Z].武漢:中南電力設計院,2005.

[4]Guizhou-Guangdong II Line±500kV DC Transmission Project.Reactive Power Management Study Report[R].China:CSEPDISiemens,2006.

[5]中南電力設計院.貴廣二回直流輸電工程專題研究報告[R].武漢:中南電力設計院,2004.

[6]Guizhou-Guangdong II Line±500kV DC Transmission Project Control&Protection Design Specifications[R].China:CSEPDISiemens,2005.

[7]李巖，黎小林，饒宏，等.貴廣二回直流輸電工程自主創新成果[J].南方電網技術，2008，2（6）：36-40.

[8]余建國，彭飽書，Peter Riedeld，等.貴廣直流輸電工程的設計和實施[J].南方電網技術研究，2005，1（3）：10-14.

[9]黎小林，李巖.我國直流輸電工程及設備自主化進程[J].南方電網技術研究，2005，1（4）：17-21.

[10]常浩.我國高壓直流輸電工程國產化回顧及現狀[J].高電壓技術，2004，30(11)：3-4,36.

[11]舒印彪.中國直流輸電的現狀及展望[J].高電壓技術，2004，30(11)：1-2，20.