±800 kV特高壓換流站交流電源系統的優化設計

陳晴，周志超

(浙江省電力設計院，杭州市，310012)

0 引言

站用電系統是換流站的重要設施之一，交流站用電源系統接有換流閥的冷卻系統以及換流站的控制和調節系統等重要負荷，換流閥冷卻系統的負荷較大，而換流站控制和調節系統的工作狀況直接影響到高壓直流輸電系統以及所連接的交流系統的安全穩定運行，因此換流站站用電系統的設計非常關鍵［1-5］。

1 站用電接線設計

由于高壓直流輸電系統一般為雙極系統，每1極都可以單獨運行，因此其供電系統的設計應盡量遵循每極對應的原則。±800 kV特高壓換流站站用電系統設計原則如下［6-8］:

(1)每回站用電源應滿足獨立承擔雙極直流送電時的站用負荷。

(2)站用電系統在故障時，任1回站用電源或1臺變壓器或1條母線故障時，不減少直流輸送功率，并保持冗余容量，有100%容量的備用可用于應對以后的故障;2臺站用電源或2臺變壓器故障，不減少直流輸送功率，但對以后的故障則無冗余配置。

(3)考慮到換流站每極閥組的接線特殊性和獨立性，宜按閥組配置獨立的10/0.4 kV低壓站用電系統。

1.1 10 kV系統設計

站用10 kV系統采用單母線，設2個工作段，每段各由1回獨立的工作主電源供電，另設1個備用段。3個母線段采用三角形接線，互為備用。每個10 kV工作段接4臺10/0.4 kV的低壓站用變壓器，用于閥組站用負荷，每個10 kV工作段再接1臺10/0.4 kV的低壓站用變壓器，專用于換流站的交流及公用負荷，并設1個備用出線回路。

1.2 0.4 kV系統設計

站用0.4 kV系統采用動力中心(power center，PC)－電動機控制中心(motor control center，MCC)接線形式。每個12脈動閥組設置1個PC，每個PC采用單母線分段接線，由2臺10 kV干式變壓器供電。2臺變壓器電源分別取自10 kV不同的工作段。雙套的輔助設備如閥冷控制系統、直流浮充電源等重要負荷分別取自同一個PC單母線分段的不同母線段上，互為備用。全站設交流及公用負荷供電用PC，采用單母線分段接線，由2臺10 kV干式變壓器供電，2臺變壓器電源分別取自10 kV不同的工作段，互為備用。全站共設10臺10 kV干式站用變壓器，分布在5個動力中心，且按負荷性質分類供電，互不影響，變壓器兩兩互為備用，可靠性高。

2 站用電接線優化設計方案

華東沿海地區受地理條件的限制，發生惡劣氣象的概率較大，在過去的幾年間，臺風半徑邊緣地區由于樹枝搭接造成單相接地短路、導線之間由于風偏造成相間短路的情況在臺風活躍季節時有發生。因此，配置應急備用的柴油發電機或柴油發電機接口是十分必要的，可以保證換流站在交流全部失電的情況下，2 h之內恢復穩態交流電源供電，提供直流蓄電池應急電源用電，從而確保繼電保護、通信等重要電源的安全。

國外換流站也有配置柴油發電機的做法，柴油發電機一般作為照明、加熱以及通信緊急備用電源［9-10］，該類柴油發電機容量不大，為保證該發電機能夠在緊急情況下正常使用，一般每個月需對柴油發電機進行維護或試運行。

2.1 柴油發電機型式選擇

柴油發電機組一般有3種型式:裝設在廠房內的柴油發電機組、集裝箱式柴油發電機組(箱式)、移動式發電機組(發電車)。綜合考慮施工布置、后期維護、使用成本等因素，移動式發電機組比較適合應用于換流站上。移動式發電機組的場地易布置、安裝方便;且目前各供電局都有相應的柴油發電機，運輸方便，需要時可及時到位，易維護，比較適用。近年來，浙江省新建的500 kV變電站均配置有柴油機接口，運行使用效果良好。

2.2 柴油發電機接入方式

柴油發電機組均可自帶空氣斷路器，作為發電機的保護和輸出的控制電器，輸出電纜接在空氣開關的下樁頭。因此，將柴油發電機組的輸出電纜接入緊急電源端子箱，通過該電力電纜與極1(或極2)低端閥組交流母線連接，并將該端子箱布置于主控樓動力中心外，預留銅母線作為柴油發電機接口，安裝簡易方便，通用性強，便于快速施工接線。

2.3 柴油發電機接口容量選擇

設置柴油發電機作為備用電源，保證一級負荷中特別重要的負荷用電，主要包括主控樓直流浮充電源和不間斷電源等。目前，國內800 kV換流站中用于高壓直流的110 V直流電源系統一般有以下2類配置方法:(1)設置5套直流電源。1套用于公用負荷(一般位于主控樓)、1套用于極1高端負荷(位于輔控樓)、1套用于極2高端負荷(位于輔控樓)、1套用于極1低端負荷(位于主控樓)、1套用于極2低端負荷(位于主控樓)。(2)設置3套直流電源。1套用于公用負荷、1套用于極1高端和低端負荷、1套用于極2高端和低端負荷，均位于主控樓內。本文采用了第1類配置方案。柴油發電機統計負荷如表1所示。

表1 柴油發電機負載統計Tab.1 Load statistics of diesel generator

計算負荷

式中:∑P為閥組發生事故時，可能同時運行的保安負荷的額定功率之和，kW;K為換算系數，取 0.8［11］。

計算負荷的有功功率

式中:cosφC為計算負荷的功率因數，取 0.86［11］。

計算可得:SC=117.6 kVA，PC=101.1 kW。按連續輸出容量大于計算負荷的原則選擇柴油發電機的容量。

3 站用電設備布置優化設計方案

3.1 站用電高壓站用變設備布置

高壓站用變的引接位置，應根據各站實際情況考慮。當具備相應引接條件時，應優先考慮從500 kV交流配電裝置串內引接和從500 kV交流濾波器母線引接的方案，以充分利用站內場地;當上述位置不具備引接條件時，可考慮從500 kV交流配電裝置母線引接或從交流濾波器大組母線的引線上T接的引接方式。考慮站用電負荷容量較大，站外電源應考慮采用35 kV或110 kV電壓等級，采用專線供電，站外電源配電裝置須配合站外電源引接位置，且一般與降壓變緊靠布置。

3.2 站用電低壓站變壓器及配電裝置布置

根據站用電系統接線方式，換流站工程一般配置5個動力中心，分別為低端閥組站用電動力中心2個、高端閥組站用電動力中心2個、交流及公用負荷站用電動力中心1個。

以往換流站工程一般將10 kV高壓開關柜、0.4 kV站用電室單獨組小室布置于交流配電裝置場地上，各高、低端閥組動力中心分別布置于閥組建筑內，10 kV高壓開關柜與10 kV站用變之間采用10 kV高壓電纜連接，該電纜線路長、費用高，敷設困難。現對站用電系統布置方案進行優化，將10 kV高壓開關柜與低端閥組動力中心合并布置于主控樓一層，位于全站中心，形成一個全站的動力中心，取消了10 kV高壓開關柜與極1、極2低端閥組的其中2臺10 kV站用變之間的電纜連接，采用母線橋連接。該方案會略增加高壓站用變低壓側電纜至10 kV開關柜之間的長度(主要是站外電源35 kV站用變)，但由于動力中心布置位置一般位于全站中心，與高壓站用變位置比較接近，因此增加的10 kV電纜十分有限。與同規模的典型換流站初設方案相比，采用優化布置方案可以減少10 kV高壓電纜的用量，簡化電纜敷設，降低材料成本，如表2所示。

表2 優化方案與原方案的電纜用量對比Tab.2 Comparison of cable length between optimization scheme and original scheme m

按表2的數據進行簡單計算，可以得出結論:采用優化方案后，ZR-YJV22-8.7/10-3×500電纜價格按77萬元/km計，ZR-YJV22-8.7/10-3×95電纜價格按24萬元/km計，則10 kV電纜總價可降低26.48萬元。

低端閥組站用電動力中心一般布置在主控樓一層，可形成全站動力中心。該低端閥組站用電動力中心由2個同規模的小室組成，分別為10 kV站用電室兼極1的380 V配電室以及10 kV站用電室兼極2的380 V配電室，2個小室各自獨立。

10 kV站用電室兼極1.38 kV配電室內，含14面10 kV高壓開關柜(含分段柜)、2臺10/0.4 kV低端閥組站用變及極1低端閥組0.4 kV PC盤;10 kV站用電室兼極2的380 kV配電室內含10面10 kV高壓開關柜、2臺10/0.4 kV低端閥組站用變及極2低端閥組0.4 kV PC盤;10 kV開關柜與低端閥組站其中2組站用變之間、站用變與0.4 kV PC盤之間均采用母線橋連接。

高端閥組站用電動力中心布置在高端閥組輔控樓內，同樣由2個同規模的小室組成，2個小室各自獨立。每個小室內含2臺10/0.4 kV高端閥組站用變和該閥組0.4 kV PC盤，站用變與0.4 kV PC盤之間均采用母線橋連接，節省占地面積及高壓電纜。

4 結語

增加柴油發電機組的輸出電纜接入緊急電源端子箱，通過該電力電纜與極1(或極2)低端閥組交流母線連接，并將該端子箱布置于主控樓動力中心外，預留銅母線作為柴油發電機接口，安裝簡便，實用性強。10 kV高壓開關柜與低端閥組動力中心合并布置于主控樓一層，位于全站中心，形成一個全站的動力中心，取消了10 kV高壓開關柜與極1、極2低端閥組的其中2臺10 kV站用變之間的電纜連接，采用母線橋連接。

［1］趙畹君.高壓直流輸電工程技術［M］.北京:中國電力出版社，2002:20-22.

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