±500 kV團林換流站的自主化設計

張先偉，馮春業，鄒榮盛，尹洪江，王幼軍

(中南電力設計院，武漢市，430071)

0 引言

隨著我國經濟的發展，土地資源日益緊缺，輸電走廊已成為限制電網發展的重要因素。采用同塔多回、大截面導線等先進技術，對現有電網進行改造，提高單位通道輸電能力，是電力工業走可持續發展道路必須遵循的重要原則，也是國家電網公司貫徹國家提出建設“資源節約型、環境友好型社會”要求的具體體現。

荊門—上海±500 kV直流工程充分利用葛滬直流線路走廊，采用直流線路同桿并架技術建設2回超高壓直流輸電工程，對保證三峽地下電站電力安全送出，實現華中、華東電網互補，緩解華東地區日益緊張的環保、交通運輸、土地供應等壓力都具有重要意義。

荊門—上海 ±500 kV直流工程輸電電壓為±500 kV，額定電流為3 kA，雙極額定輸送容量為3 000 MW，直流輸電線路長度為1 018.393 km，其中915.546 km與葛滬直流工程為同塔雙回架設。

荊門—上海±500 kV直流輸電工程的系統研發、成套設計、設備制造和工程施工調試全部由國內企業承擔，交、直流設備實現了100％國產化。在工程設計、設備制造、施工調試中遇到的各種問題及其解決方法，以及工程建設中的管理經驗，都為今后直流工程建設提供了重要參考［1-7］。

1 技術方案

±500 kV團林換流站是荊門—上海±500 kV直流工程的起點，站址位于湖北省荊門市掇刀區團林鎮趙廟村，換流站圍墻內占地面積為104 560 m2，團林換流站的主要技術方案如下：輸送容量為3 000 MW，直流電壓為±500 kV，直流電流為3 kA，換流變交流母線電壓為±500 kV；采用12脈動換流器，換流閥結構形式為戶內式二重閥，電壓為250 kV，電流為3 kA，外冷卻方式為水冷；無功補償容量為1 900 Mvar；交流配電裝置形式為HGIS；直流場類型為戶外式，采用光纖通信。

2 設計原則及自主化特點

團林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、直流主設備規范和閥廳設計，由北京網聯直流工程有限公司完成。工程設計包括初步設計、常規交流設備規范以及施工圖設計，由中南電力設計院負責完成。

2.1 設計原則

(1)500 kV直流采用雙極直流接線，每極使用1個12脈沖閥組，500 kV交流采用1個半斷路器接線。交流濾波器采用大組接入1個半斷路器配電裝置串中。

(2)500 kV交流配電裝置采用HGIS設備、懸吊管型母線。500 kV交流向東和向西出線，間隔寬度為28 m。

(3)晶閘管換流閥采用光電觸發、空氣絕緣、水冷卻、戶內式、懸吊式安裝。閥冷卻系統的二次冷卻方式采用水冷卻方式。

(4)換流變壓器采用單相雙繞組形式，兩極共設12+2臺，其中2臺為備用相。平波電抗器采用油浸式，每極1臺，另設1臺備用。

(5)直流場采用戶外式布置方式。

(6)交流濾波器為3大組、10小組方案，無功總容量為1 900 Mvar；直流濾波器采用無源濾波器，每極各配置1組HP12/24、HP12/36。

(7)采用3回站用電源，其中2回外引，1回由交流500 kV的站內高壓站用變引接，該變壓器接入交流濾波器母線。

(8)換流站控制系統采用分層、分布式結構，完全雙重化配置，前置層設備按間隔配置，輔助系統的控制采用單獨主機。在交流500 kV配電裝置區設置就地繼電器室。

(9)換流站閥/極/雙極保護與控制相對獨立，不共用主機。

(10)換流變壓器保護、交流濾波器保護、直流濾波器保護完全獨立，雙重化配置。

(11)閥廳采用鋼結構，控制樓、綜合樓采用鋼筋混凝土框架結構。就地繼電器室采用框架結構，金屬鋼絲網屏蔽，繼電器室為單層布置。

(12)閥廳、控制樓等建筑物的設計充分考慮屏蔽、密封和降噪等方面的要求。

(13)500 kV屋外配電裝置構架采用A型鋼管結構，500 kV設備支架亦采用鋼管結構，與構架柱協調一致。

(14)換流站工業及生活用水采用自來水，并在站內設置蓄水池。

(15)全站設消防和生活2個供水系統。

(16)換流站噪音控制標準按GB 12348—90《工業企業廠界噪聲標準》規定的Ⅱ類執行［8-9］。

2.2 自主化設計特點

(1)充分應用了國家電網公司通用設計成果。團林換流站500 kV交流場、500 kV交流濾波器場、換流變壓器、閥廳及直流場配電裝置，均采用了國家電網公司輸變電工程通用設計的±500 kV、3 000 MW直流換流站相應模塊，提高了設計質量。

(2)500 kV交流場采用HGIS設備。團林換流站采用了可靠性較高、運行維護費用較低、工作量較小、節約土地資源的500 kV交流HGIS設備，節省了大量投資和占地，社會效益和經濟效益顯著。

(3)接地網采用陰極保護，延長接地網壽命，保證換流站安全穩定運行。根據以往工程經驗，在土壤腐蝕性較高的地區，鍍鋅扁鋼接地網普遍存在變薄、穿孔，甚至斷裂、沙化等腐蝕現象。換流站投運數年后，接地扁鋼已無法滿足短路電流最小截面的要求，致使換流站安全穩定運行存在隱患。若不在建設期間對接地網采取保護措施，而是投運后再進行改造，則代價較大且難以實施。

站址區域土壤平均電阻率約為36.7Ω·m，土壤電阻率較低，屬于土壤腐蝕性較嚴重的地區，根據DL/T 5394—2007規定，應采取防腐措施。團林換流站陰極保護措施為：在全站范圍內均布置鎂合金犧牲陽極，并與主接地網相連。

接地網采取上述保護措施后，理論上可以保證換流站在全壽命期間，接地網截面不減小、不因接地網原因而出現安全隱患。

(4)團林換流站接地極采用與龍泉換流站共用接地極的方案。團林換流站不新增接地極，而利用龍泉換流站的青臺接地極。通過初設階段校核，接地極跨步電壓、接觸電勢及接地極本體溫升均在安全范圍內，因此2站具備共用接地極的條件。由于龍泉換流站導流系統不能滿足2站共用接地極最大6 kA的通流能力，因此團林換流站接地極需要重新安裝導流系統。團林換流站導流系統主要由直埋電纜組成，與獨立設置接地極的方案相比，共用接地極方案僅需增加導流系統，投資較省，施工周期較短。

(5)采用智能照明。團林換流站在換流變壓器、平抗及室外配電裝置區域照明中首次采用了智能照明，即通過觸摸屏的方式實現對這些區域照明的控制，極大方便了運行和控制。

(6)滿足二次設備的抗干擾要求。由于變電站強電磁場環境，為了抑制傳導類干擾，統一要求監控系統、直流系統、圖像監視系統、GPS系統、電能計費系統、保護等設備的通信網絡連線均采用鎧裝光纜。

(7)全站換流變壓器、平波電抗器配置絕緣油監視系統。根據《國家電網公司十八項電網重大反事故措施》(試行)要求，為了提前發現換流變壓器故障，以便安排計劃檢修，全站換流變壓器配置了1套換流變絕緣油監視系統。

(8)團林換流站至三峽地下電站的500 kV出線距離較遠且路徑復雜，巡線困難，為了實現500 kV線路故障的精確定位，為連接三峽地下電站的3條500 kV線路配置1面故障測距裝置屏。交流故障測距屏布置在500 kV第2繼電器小室內，硬接點信號送入小室內的計算機監控系統。

團林換流站配置1面直流線路故障測距屏，直流故障測距屏布置在站控二次設備室，硬接點信號送入小室內的計算機監控系統。

交直流故障測距系統均采用雙端檢測原理，配置光纖對時接口，可以與站內的統一時鐘對時，如果現場測試精度滿足不了測距要求，可以改用屏內自帶的GPS主鐘對時。

(9)優化通信設計。系統通信方案全部采用光纖通信方式，傳輸速率大、可靠性高，易于日常維護。站內綜合樓采用綜合布線方式，電話線和信息網絡電纜采用統一電纜進行敷設。綜合數據網分為內網和外網，2個網絡采用完全獨立的設備，保證物理上完全隔離。通信光纜或電纜盡可能采用不同路由的電纜通道進入通信機房。配置2套完全獨立、冗余的－48 V直流電源系統：蓄電池組、高頻開關電源、直流配電屏等完全獨立，保證通信設備供電的可靠性。通信設備盡量采用2路－48 V直流供電，1路故障時不影響設備正常工作。通信設備故障總告警信號均接入變電站綜合監控系統。

(10)優化邊坡和道路設計。填方邊坡采用高密度聚乙烯單向土工格柵加筋麻袋反包植草方案，最高邊坡為10.33 m，坡比為1∶0.7。本方案安全可靠、占地面積小，以最少的土地資源達到換流站建設的要求，減少了水土流失，增加了工程綠化面積。

站內道路墊層換填灰土，灰土內鋪加聚丙烯雙向土工格柵，有效防止了膨脹土的影響及混凝土路面的開裂。

(11)認真處理建筑與工藝要求、建筑與周圍環境的關系。在建筑物防電磁波干擾、建筑物隔聲降噪及建筑物節能降耗上采取了有效措施：在電磁屏蔽、墻體和門窗隔聲、墻體和門窗保溫、屋面和樓面防水等的構造上進行了仔細處理。閥廳墻體和屋面采用超細玻璃保溫棉氈作為保溫層，控制樓墻體采用加氣混凝土墻體和超細玻璃保溫棉氈相結合作為保溫層，以達到建筑保溫的目的。

(12)全站設2套生產給水系統。保證了換流站兩極閥外冷卻系統補充水給水系統的設備和管道均互相獨立，避免了1極故障或檢修時影響另1極運行［10］。

3 結語

三峽直流工程中的設備國產化率為30％ ～70％，系統研究、成套設計和工程設計以及系統調試均與外方共同完成。荊門—上海±500 kV直流輸電工程立足于完全國產化的方式建設，系統研究、成套設計制造、工程施工以及系統調試完全由國內單位承擔，交、直流設備實現100％國產化，具有重要的意義。

［1］國家電網公司.創新與超越—記“十一五”［M］.北京：中國電力出版社，2011.

［2］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.

［3］蘇煒，胡文華.華新換流站設計特點和經驗總結［J］.電力建設，2007，18(11)：18-21.

［4］許斌，曾靜.±800 kV復龍換流站設計特點介紹［J］.電力建設，2008，29(4)：12-15.

［5］李標俊，李齊書，楊躍輝，等.興安直流工程換流站設計和自主化特點［J］.電力建設，2010，31(4)：17-20.

［6］龔大衛，俞敦耀.三峽—常州±500 kV高壓輸電工程簡介［J］.中國電力，2000，33(2)：42-44，53.

［7］胡勁松，余波，黃曉明.特高壓直流換流站電氣設計的主要特點［J］.四川電力技術，2008，31(3)：4-8.

［8］北京網聯直流工程有限公司.±500 kV荊門換流站成套設計功能規范書［R］.北京：北京網聯直流工程有限公司，2006.

［9］馮春業，張先偉，鄒榮盛，等.±500 kV荊門換流站初步設計說明書［R］.武漢：中南電力設計院，2007.

［10］馮春業，張先偉，鄒榮盛，等.±500 kV荊門換流站施工圖設計說明書［R］.武漢：中南電力設計院，2010.