±800kV奉賢換流站的結構與功能特點

岳麗霖 連美霞

（1.中國石油天然氣有限公司吐哈油田分公司吐魯番采油廠，新疆 吐魯番 838200；2.械工業信息研究院，北京 100037）

奉賢換流站是向家壩-上海±800kV特高壓直流輸電工程的受端換流站，位于上海奉賢區境內，站址總用地面積17.48hm2，圍墻內用地面積15.06hm2。奉賢換流站容量為 6400MW，直流額定電壓為±800kV；每極兩個 12脈沖閥組串聯接線方式；換流變壓器（單相雙繞組）28臺（4臺備用），每臺容量297.1MVA；交流濾波器4大組，15小組，總容量3746Mvar。1回±800kV高壓直流輸電線路，1回接地極線路。交流出線本期3回，遠景4回。

1 主接線方式的選取

直流換流站主接線的設計主要包括直流側主接線和交流側主接線兩方面。

奉賢換流站直流側主接線采用（400+400）kV換流器的接線方法，如圖1所示。12 脈動換流器每一極的兩端的電壓相同，直流旁路斷路器接在 12脈動換流器的兩端，這樣就可以操作直流旁路斷路器決定該 12 脈動換流器投入或者推出。所以，該運行方式靈活性好，在實際情況下可靈活運用。當正送和反送功率傳輸時，直流輸電系統按如下過程運行。

圖1 直流側電氣主接線示意圖

1）雙極運行方式。

2）半雙極運行方式。

3）單極大地返回運行方式。

4）半單極大地返回運行方式。

5）單極金屬回路運行方式。

6）半單極金屬回路運行方式。

7）3/4 雙極運行方式。

平波電抗器采用2 臺串連的型式，分別配置在直流極線和中性線母線上，降低了平波電抗器的制造難度。每一個 12 脈動換流器兩端并接有旁路斷路器以及隔離開關，用于旁路或者投入此 12 脈動換流器。換流變壓器的型式為單相雙繞組。

由于直流系統電壓從±500kV 提高到了±800kV，特高壓直流輸電工程換流器接線從傳統的單12脈動換流器改為采用雙12脈動換流器結構。采用雙12脈動換流器結構，使主回路有更多的運行方式，提高了整個系統運行的靈活性和可用率。

針對雙12脈動的特點，在直流側接線中，增加了旁路斷路器和隔離開關。通過旁路斷路器和隔離開關的配合控制，可以完成單12脈動換流器的正常起停控制和故障情況下的換流器退出操作，以實現上述7種不同運行方式。

奉賢站交流側主接線則采用常規的 3/2斷路器接線方式，這種接線方式的優點是運行的可靠性和靈活性很高，在檢修回路斷路器或母線時省去了使用隔離開關實現的很多倒閘操作，使得操作十分便捷。并且，調度和擴建也很方便。但不足的地方是與單斷路器雙母線相比，設備投資和斷路器維修量都有所增加；并且一條回路故障有二臺斷路器要跳開，聯絡斷路器故障會造成相連兩條回路的短時停電；再有，為了便于回路的交叉配置，要求電源數和出線數最好相等；還有這種接線的繼電保護裝置也比其他接線要復雜得多。交流側主接線參見圖2。

2 直流側主要部分及其功能

2.1 換流變壓器

換流變壓器是接在換流閥與交流系統兩端的變壓器。通過使用換流變壓器連接交流母線與換流閥，使得換流閥包含中性點不接地的三相換相電壓。換流單元的主體部分包括換流變壓器和換流閥。

圖2 交流側主接線圖

換流變壓器在直流輸電系統中有以下幾個作用：①輸送電能；②將交流側工作電壓變換成換流器的換相電壓；③根據變壓器繞組的接法不同，為實現十二脈動換流，應為兩個串聯的換流器提供幅值相同、相位差為 30°的三相對稱的換相電壓；④應在交直流兩部分之間加入絕緣物質而實現二者的絕緣隔離，以免兩部分中性點接地造成直接短路，使得無法實現換相功能；⑤換流變壓器的漏感抗可以限制故障電流；⑥可以緩沖和抑制通過交流系統進入到換流站的雷電沖擊過電壓波。

換流變壓器的正常運行和換流器換相之間存在非線性關系，它在諧波抑制、絕緣隔離、漏抗、有載調壓、直流偏磁和試驗等方面的特點和要求與普通變壓器是不同的。

2.2 晶閘管換流閥

晶閘管晶閘管換流閥是直流輸電工程的“心臟”，實現交流和直流的變換。晶閘管閥安裝于室內，采用空氣絕緣和水冷卻。

按照觸發原理的不同可分為ETT換流器和LTT換流器。

ETT換流器是由電觸發晶閘管ETT組成的換流單元，其工作原理是將閥控系統來的觸發信號轉化為光信號，由光纜將光信號傳送到每個晶閘管級，在門極控制單元把光信號再次轉換成電信號，經放大后觸發晶閘管元件。

LTT換流器是由光觸發晶閘管LTT組成的換流單元，光觸發晶閘管工作原理是在晶閘管門極區周圍，有一個小光敏區，當一定波長的光被光敏區吸收后，在硅片的耗盡層內吸收光能而產生電子空穴對，形成注入電流使晶閘管元件觸發。這種觸發方式與電觸發方式相比，省去了控制單元的光電轉換、放大環節及電源回路，簡化了閥的輔助元件，改善了閥的觸發特性，提高了閥的可靠性。

奉賢換流站采用的是6英寸、8.5kV、4kA的大功率電觸發晶閘管原件。每極閥廳包括高端和低端各一個，高、低端閥廳分別懸吊六個雙重閥塔，每個雙重閥塔有兩個單閥組成；每個單閥包含兩個閥層，每個閥層有4個晶閘管組件和4個電抗器組件，每個單閥共有8個晶閘管組件和8個電抗器，每個單閥并聯一個閥避雷器；每個晶閘管組件由七個晶閘管元件及其并聯的均壓電阻、電容串聯而成，每個晶閘管位于兩個鋁制散熱器之間，7個晶閘管和8個鋁制散熱器被壓力達190kN的夾緊件壓在一起；全站共有48個單閥，每個單閥共有56個晶閘管（包括2個冗余晶閘管），雙極總計晶閘管數目為2688只。

2.3 直流開關場的優化

傳統的直流典型接線輸電工程中，為滿足檢修要求和保證直流主接線的基本運行，直流開關場按極對稱原理裝設了直流濾波器、直流隔離開關、直流電壓測量裝置、直流電流測量裝置、直流PLC 濾波裝置、過電壓保護裝置、中性點設備、中性母線高速開關裝置、平波電抗器、金屬回路轉換開關裝置、中性母線高速接地開關裝置及大地回路轉換開關裝置等，特高壓直流系統也需要裝配上述裝置。以上設備的基本功能如下：

1）平波電抗器的主要作用是減小換流閥產生的輸出紋波電壓、防止逆變器不能實現換相、直流系統小電流運行時保證電流的連續性、直流故障時抑制電流快速突變、防止通過換流閥的放電電流流過換流站直流側容性設備和線路中電容、減少雷電波從直流線路侵入到換流站后對換流閥的損害、減小損壞元件的可能性等作用，通過與直流濾波器的密切配合，減少系統諧波的產生，避免干擾到附近的通信線路。

2）直流極線上串聯接在直流PLC，可以濾除該頻段的諧波和電流分量，避免直流線路干擾到附近的線路。

3）直流極線與中性母線之間并聯一個直流濾波器，其主要作用為了濾除直流側的諧波，從而降低架空線路對附近通信線路的負面影響。

4）中性母線電容器、直流側避雷器及閥組避雷器構成了過電壓保護裝置。

直流側測量裝置包括直流濾波器組、直流極線和中性線，用以設置電流互感器和電壓互感器的參數，從而為直流控制保護系統的有效測量提供合理的輸入。

3 交流側主要部分及其功能

3.1 GIS

奉賢換流站500kV交流側主接線采用3/2斷路器接線方式，其交流場內采用的是戶內GIS方案。GIS即為 SF6封閉式組合電器，它將變電所中，除了變壓器的一次設備包括油斷路器、電流互感器、電壓互感器、母線、進出線套管接器接地開關、電纜終端和隔離開關等，經過合理的設計組合為一個有機的整體，并封裝在金屬封閉外殼內，與出線套管、電纜連接裝置、匯控柜等共同組成，充以一定壓力的 SF6氣體作為滅弧和絕緣介質的高壓成套配電裝置。GIS結構參見圖3。

圖3 GIS結構圖

GIS具有結構小型化、可靠性高、安全性好、杜絕了對外部的不良影響、安裝周期短、維護方便等優點。

3.2 交流濾波器

奉賢換流站交流濾波器共分4大組（15小組），分別接在交流場第1、2、3、4串上。第一大組分3小組交流濾波器或并聯電容器，其他每大組分4小組交流濾波器或并聯電容器。全站共有8組HP12/24型交流濾波器；6組帶阻尼電抗器的并聯電容器（SCD），1組不帶阻尼電抗器的并聯電容器（SC）。

直流濾波器共2組，每條800kV極母線上各接有一組2/12/24的的三調諧直流濾波器。

4 結論

奉賢換流站是我國為實現西電東送的重大特高壓直流工程建設項目。從四川復龍換流站到南匯和奉賢交界處的邵廠鎮上海奉賢換流站，向家壩-上海±800kV特高壓直流輸電工程綿延1900km。上海奉賢作為受端換流站，同時創下18項電力工業技術的世界紀錄，把主要集中在金沙江、大渡河、雅礱江三江流域的四川豐富的水電資源，同中國經濟最發達地區之一的上海聯結在一起。

據測算，該項工程建成后，每年可輸送電量給上海約305億kW·h，可以替代600多萬kW燃煤火電機組、約1500萬t煤炭，每年可減少二氧化碳2500萬t、二氧化硫排放20萬t，氮氧化物4萬t，減少1500萬t煤炭運輸。向家壩－上海±800kV特高壓直流輸電示范工程是解決上海能源問題的重中之重，具有十分重要的意義。