±800 kV特高壓換流站交流電源系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

陳晴，周志超

(浙江省電力設(shè)計(jì)院，杭州市，310012)

0 引言

站用電系統(tǒng)是換流站的重要設(shè)施之一，交流站用電源系統(tǒng)接有換流閥的冷卻系統(tǒng)以及換流站的控制和調(diào)節(jié)系統(tǒng)等重要負(fù)荷，換流閥冷卻系統(tǒng)的負(fù)荷較大，而換流站控制和調(diào)節(jié)系統(tǒng)的工作狀況直接影響到高壓直流輸電系統(tǒng)以及所連接的交流系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，因此換流站站用電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)非常關(guān)鍵［1-5］。

1 站用電接線設(shè)計(jì)

由于高壓直流輸電系統(tǒng)一般為雙極系統(tǒng)，每1極都可以單獨(dú)運(yùn)行，因此其供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)盡量遵循每極對(duì)應(yīng)的原則。±800 kV特高壓換流站站用電系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則如下［6-8］:

(1)每回站用電源應(yīng)滿(mǎn)足獨(dú)立承擔(dān)雙極直流送電時(shí)的站用負(fù)荷。

(2)站用電系統(tǒng)在故障時(shí)，任1回站用電源或1臺(tái)變壓器或1條母線故障時(shí)，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(yīng)對(duì)以后的故障;2臺(tái)站用電源或2臺(tái)變壓器故障，不減少直流輸送功率，但對(duì)以后的故障則無(wú)冗余配置。

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

1.1 10 kV系統(tǒng)設(shè)計(jì)

站用10 kV系統(tǒng)采用單母線，設(shè)2個(gè)工作段，每段各由1回獨(dú)立的工作主電源供電，另設(shè)1個(gè)備用段。3個(gè)母線段采用三角形接線，互為備用。每個(gè)10 kV工作段接4臺(tái)10/0.4 kV的低壓站用變壓器，用于閥組站用負(fù)荷，每個(gè)10 kV工作段再接1臺(tái)10/0.4 kV的低壓站用變壓器，專(zhuān)用于換流站的交流及公用負(fù)荷，并設(shè)1個(gè)備用出線回路。

1.2 0.4 kV系統(tǒng)設(shè)計(jì)

站用0.4 kV系統(tǒng)采用動(dòng)力中心(power center，PC)－電動(dòng)機(jī)控制中心(motor control center，MCC)接線形式。每個(gè)12脈動(dòng)閥組設(shè)置1個(gè)PC，每個(gè)PC采用單母線分段接線，由2臺(tái)10 kV干式變壓器供電。2臺(tái)變壓器電源分別取自10 kV不同的工作段。雙套的輔助設(shè)備如閥冷控制系統(tǒng)、直流浮充電源等重要負(fù)荷分別取自同一個(gè)PC單母線分段的不同母線段上，互為備用。全站設(shè)交流及公用負(fù)荷供電用PC，采用單母線分段接線，由2臺(tái)10 kV干式變壓器供電，2臺(tái)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(shè)10臺(tái)10 kV干式站用變壓器，分布在5個(gè)動(dòng)力中心，且按負(fù)荷性質(zhì)分類(lèi)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(yōu)化設(shè)計(jì)方案

華東沿海地區(qū)受地理?xiàng)l件的限制，發(fā)生惡劣氣象的概率較大，在過(guò)去的幾年間，臺(tái)風(fēng)半徑邊緣地區(qū)由于樹(shù)枝搭接造成單相接地短路、導(dǎo)線之間由于風(fēng)偏造成相間短路的情況在臺(tái)風(fēng)活躍季節(jié)時(shí)有發(fā)生。因此，配置應(yīng)急備用的柴油發(fā)電機(jī)或柴油發(fā)電機(jī)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(nèi)恢復(fù)穩(wěn)態(tài)交流電源供電，提供直流蓄電池應(yīng)急電源用電，從而確保繼電保護(hù)、通信等重要電源的安全。

國(guó)外換流站也有配置柴油發(fā)電機(jī)的做法，柴油發(fā)電機(jī)一般作為照明、加熱以及通信緊急備用電源［9-10］，該類(lèi)柴油發(fā)電機(jī)容量不大，為保證該發(fā)電機(jī)能夠在緊急情況下正常使用，一般每個(gè)月需對(duì)柴油發(fā)電機(jī)進(jìn)行維護(hù)或試運(yùn)行。

2.1 柴油發(fā)電機(jī)型式選擇

柴油發(fā)電機(jī)組一般有3種型式:裝設(shè)在廠房?jī)?nèi)的柴油發(fā)電機(jī)組、集裝箱式柴油發(fā)電機(jī)組(箱式)、移動(dòng)式發(fā)電機(jī)組(發(fā)電車(chē))。綜合考慮施工布置、后期維護(hù)、使用成本等因素，移動(dòng)式發(fā)電機(jī)組比較適合應(yīng)用于換流站上。移動(dòng)式發(fā)電機(jī)組的場(chǎng)地易布置、安裝方便;且目前各供電局都有相應(yīng)的柴油發(fā)電機(jī)，運(yùn)輸方便，需要時(shí)可及時(shí)到位，易維護(hù)，比較適用。近年來(lái)，浙江省新建的500 kV變電站均配置有柴油機(jī)接口，運(yùn)行使用效果良好。

2.2 柴油發(fā)電機(jī)接入方式

柴油發(fā)電機(jī)組均可自帶空氣斷路器，作為發(fā)電機(jī)的保護(hù)和輸出的控制電器，輸出電纜接在空氣開(kāi)關(guān)的下樁頭。因此，將柴油發(fā)電機(jī)組的輸出電纜接入緊急電源端子箱，通過(guò)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(dòng)力中心外，預(yù)留銅母線作為柴油發(fā)電機(jī)接口，安裝簡(jiǎn)易方便，通用性強(qiáng)，便于快速施工接線。

2.3 柴油發(fā)電機(jī)接口容量選擇

設(shè)置柴油發(fā)電機(jī)作為備用電源，保證一級(jí)負(fù)荷中特別重要的負(fù)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(guó)內(nèi)800 kV換流站中用于高壓直流的110 V直流電源系統(tǒng)一般有以下2類(lèi)配置方法:(1)設(shè)置5套直流電源。1套用于公用負(fù)荷(一般位于主控樓)、1套用于極1高端負(fù)荷(位于輔控樓)、1套用于極2高端負(fù)荷(位于輔控樓)、1套用于極1低端負(fù)荷(位于主控樓)、1套用于極2低端負(fù)荷(位于主控樓)。(2)設(shè)置3套直流電源。1套用于公用負(fù)荷、1套用于極1高端和低端負(fù)荷、1套用于極2高端和低端負(fù)荷，均位于主控樓內(nèi)。本文采用了第1類(lèi)配置方案。柴油發(fā)電機(jī)統(tǒng)計(jì)負(fù)荷如表1所示。

表1 柴油發(fā)電機(jī)負(fù)載統(tǒng)計(jì)Tab.1 Load statistics of diesel generator

計(jì)算負(fù)荷

式中:∑P為閥組發(fā)生事故時(shí)，可能同時(shí)運(yùn)行的保安負(fù)荷的額定功率之和，kW;K為換算系數(shù)，取 0.8［11］。

計(jì)算負(fù)荷的有功功率

式中:cosφC為計(jì)算負(fù)荷的功率因數(shù)，取 0.86［11］。

計(jì)算可得:SC=117.6 kVA，PC=101.1 kW。按連續(xù)輸出容量大于計(jì)算負(fù)荷的原則選擇柴油發(fā)電機(jī)的容量。

3 站用電設(shè)備布置優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

3.1 站用電高壓站用變?cè)O(shè)備布置

高壓站用變的引接位置，應(yīng)根據(jù)各站實(shí)際情況考慮。當(dāng)具備相應(yīng)引接條件時(shí)，應(yīng)優(yōu)先考慮從500 kV交流配電裝置串內(nèi)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(nèi)場(chǎng)地;當(dāng)上述位置不具備引接條件時(shí)，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(fù)荷容量較大，站外電源應(yīng)考慮采用35 kV或110 kV電壓等級(jí)，采用專(zhuān)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(jù)站用電系統(tǒng)接線方式，換流站工程一般配置5個(gè)動(dòng)力中心，分別為低端閥組站用電動(dòng)力中心2個(gè)、高端閥組站用電動(dòng)力中心2個(gè)、交流及公用負(fù)荷站用電動(dòng)力中心1個(gè)。

以往換流站工程一般將10 kV高壓開(kāi)關(guān)柜、0.4 kV站用電室單獨(dú)組小室布置于交流配電裝置場(chǎng)地上，各高、低端閥組動(dòng)力中心分別布置于閥組建筑內(nèi)，10 kV高壓開(kāi)關(guān)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(zhǎng)、費(fèi)用高，敷設(shè)困難。現(xiàn)對(duì)站用電系統(tǒng)布置方案進(jìn)行優(yōu)化，將10 kV高壓開(kāi)關(guān)柜與低端閥組動(dòng)力中心合并布置于主控樓一層，位于全站中心，形成一個(gè)全站的動(dòng)力中心，取消了10 kV高壓開(kāi)關(guān)柜與極1、極2低端閥組的其中2臺(tái)10 kV站用變之間的電纜連接，采用母線橋連接。該方案會(huì)略增加高壓站用變低壓側(cè)電纜至10 kV開(kāi)關(guān)柜之間的長(zhǎng)度(主要是站外電源35 kV站用變)，但由于動(dòng)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(guī)模的典型換流站初設(shè)方案相比，采用優(yōu)化布置方案可以減少10 kV高壓電纜的用量，簡(jiǎn)化電纜敷設(shè)，降低材料成本，如表2所示。

表2 優(yōu)化方案與原方案的電纜用量對(duì)比Tab.2 Comparison of cable length between optimization scheme and original scheme m

按表2的數(shù)據(jù)進(jìn)行簡(jiǎn)單計(jì)算，可以得出結(jié)論:采用優(yōu)化方案后，ZR-YJV22-8.7/10-3×500電纜價(jià)格按77萬(wàn)元/km計(jì)，ZR-YJV22-8.7/10-3×95電纜價(jià)格按24萬(wàn)元/km計(jì)，則10 kV電纜總價(jià)可降低26.48萬(wàn)元。

低端閥組站用電動(dòng)力中心一般布置在主控樓一層，可形成全站動(dòng)力中心。該低端閥組站用電動(dòng)力中心由2個(gè)同規(guī)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(gè)小室各自獨(dú)立。

10 kV站用電室兼極1.38 kV配電室內(nèi)，含14面10 kV高壓開(kāi)關(guān)柜(含分段柜)、2臺(tái)10/0.4 kV低端閥組站用變及極1低端閥組0.4 kV PC盤(pán);10 kV站用電室兼極2的380 kV配電室內(nèi)含10面10 kV高壓開(kāi)關(guān)柜、2臺(tái)10/0.4 kV低端閥組站用變及極2低端閥組0.4 kV PC盤(pán);10 kV開(kāi)關(guān)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(pán)之間均采用母線橋連接。

高端閥組站用電動(dòng)力中心布置在高端閥組輔控樓內(nèi)，同樣由2個(gè)同規(guī)模的小室組成，2個(gè)小室各自獨(dú)立。每個(gè)小室內(nèi)含2臺(tái)10/0.4 kV高端閥組站用變和該閥組0.4 kV PC盤(pán)，站用變與0.4 kV PC盤(pán)之間均采用母線橋連接，節(jié)省占地面積及高壓電纜。

4 結(jié)語(yǔ)

增加柴油發(fā)電機(jī)組的輸出電纜接入緊急電源端子箱，通過(guò)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(dòng)力中心外，預(yù)留銅母線作為柴油發(fā)電機(jī)接口，安裝簡(jiǎn)便，實(shí)用性強(qiáng)。10 kV高壓開(kāi)關(guān)柜與低端閥組動(dòng)力中心合并布置于主控樓一層，位于全站中心，形成一個(gè)全站的動(dòng)力中心，取消了10 kV高壓開(kāi)關(guān)柜與極1、極2低端閥組的其中2臺(tái)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(shù)［M］.北京:中國(guó)電力出版社，2002:20-22.

［2］國(guó)家電網(wǎng)公司.三峽—常州±500 kV直流輸電工程換流站［M］.北京:中國(guó)電力出版社，2002:8-9.

［3］楊光亮.換流站閥水冷系統(tǒng)導(dǎo)致直流停運(yùn)隱患分析［J］.電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2010，38(18):199-202.

［4］李葦.特高壓變電站站用電系統(tǒng)設(shè)計(jì)探討［J］.電力建設(shè)，2009，30(2):25-27.

［5］張維奇，華威，劉嘉寧.廣東電網(wǎng)直流換流站站用電源的可靠性評(píng)價(jià)［J］.黑龍江電力，2006，28(5):398-400.

［6］鄧長(zhǎng)紅.500 kV變電站站用電源設(shè)置方案比較［J］.電力建設(shè)，2006，27(10):33-35.

［7］蒙健明，曹繼豐，王電處.興仁換流站站用電系統(tǒng)備自投定值配合研究［J］.電力建設(shè)，2008，29(8):37-40.

［8］王燕.±800 kV增東換流站站用電源引接方案研究［J］.廣東輸電與變電技術(shù)，2005(6):16-18.

［9］曾靜.三滬直流工程換流站設(shè)計(jì)特點(diǎn)［J］.電力建設(shè)，2007，28(3):9-12.

［10］劉偉斌.新能源作為換流站站用電源的應(yīng)用前景探討［J］.華東電力，2010，38(11):1712-1713.

［11］DL/T 5153—2002火力發(fā)電廠廠用電設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定［S］.北京:中國(guó)電力出版社，2002.