±800 kV特高壓換流站交流濾波場新型布置方案研究

季 方，周志超

（浙江省電力設計院，杭州 310012）

0 引言

交流濾波器組是特高壓換流站中重要的組成部分[1-4]，國內已建和在建的±800 kV換流站，視無功補償總容量不同，交流濾波場占地一般為4～5 hm2，為全站占地面積的30%左右，是換流站中占地最大的區域。交流濾波場的布置優化，直接影響總平面的布置，從而直接關系到工程投資、設備與人員安全、運行維護等許多關鍵要素。因此，進行交流濾波場布置的優化設計及研究，對于減少特高壓換流站總占地、減少投資、保障特高壓直流工程的順利開展，具有重要的工程價值和研究意義。

交流濾波場的平面布置由交流濾波器小組圍欄內區域和圍欄外區域組成。圍欄內占地主要由交流濾波器小組的容量及濾波器特征參數決定，由成套設計單位負責優化；圍欄外尺寸主要指交流濾波器小組圍欄與隔離開關之間的區域，目前投產和正在建設的特高壓換流站多采用“田”字型布置型式，圍欄外區域占到交流濾波場總占地的2/3左右，是控制交流濾波場占地面積的決定性因素。所以合理優化交流濾波場布置，首要是優化交流濾波場圍欄外區域布置。

1 現有的換流站交流濾波場布置方案

1.1 特高壓換流站交流濾波器場

目前換流站交流濾波場的布置由若干個大組排列而成，主要分兩種，“一”字型布置[5]和“田”字型布置[6]。

±800 kV特高壓換流站容性無功補償設備布置一般以4～5大組、16～20小組考慮，其中交流濾波器和并聯電容器數量各半。各小組內交流濾波器和并聯電容器分別接至一段獨立的濾波器單母線，構成1個交流濾波器大組，每個大組再作為1個電氣元件接入交流3/2斷路器接線串中。以下以1個無功補償規模為4大組，16小組的特高壓換流站交流濾波場為例進行討論研究，并聯電容器圍欄內尺寸統一為27 m×28 m，交流濾波器圍欄內尺寸統一為34 m×28 m。

1.2 “田”字型布置

“田”字型布置的特點是大組中4個小組布置在分居大組匯流母線的兩側，構成一個“田”字。其優點有：

（1）由于交流濾波器組和并聯電容器組圍欄縱向尺寸不同，“田”字形將交流濾波器組和并聯電容器組分列布置，并聯電容器組列的縱向尺寸有所減少，從而壓縮了整體尺寸。

（2）由于母線兩側均要接交流濾波器組或并聯電容器組，采用雙柱單接地水平開啟式隔離開關，母線接地開關可用每一小組中雙柱隔離開關的母線側接地開關替代。將每組母線下的電容式電壓互感器同時用于母線引下的過渡接線，從而節省了支持絕緣子的用量，母線也相應地改用軟母線。

（3）雖然將垂直開啟式隔離開關更改為雙柱單接地水平開啟式隔離開關，增加了小組的縱向尺寸，但由于匯流母線為雙列共用，結合氣體絕緣金屬封閉管道母線（GIL）引接方案，總體上整個交流濾波器場的橫向尺寸大大減少，且不增加縱向的寬度。當換流站大組數量較多時，更有優勢。

國家電網公司向家壩—上海、錦屏—蘇南特高壓直流輸電工程均采用此方案。交流濾波場“田”字型布置的平斷面圖詳見圖1和圖2，其占地為309 m×146 m。

但“田”字形布置仍存在著以下不足：

（1）由平面圖中直觀可見，圍欄外的占地仍占相當的部分，由于圍欄內尺寸調整裕度不大，可考慮進一步優化圍欄外占地。

圖1 交流濾波場“田”字型布置平面圖

圖2 交流濾波場“田”字型布置的典型斷面圖

（2）采用“田”字形布置后，濾波器大組母線仍然通過GIL管道母線引接，且總的GIL管道母線長度還有所增加。

（3）交流濾波場場地很大，部分設備較高，僅在兩小組之間有構架，為了解決防雷問題，要在場地兩側和中間增加避雷線桿塔，對交流濾波器場進行防雷保護，無形中又增加了整個場地的占地面積。

2 新型換流站交流濾波場布置方案

為進一步減少占地，節省總體投資，對上述方案進行了進一步的優化。根據目前的工程經驗，因圍欄內尺寸調整裕度不大，可從整體布局上進行調整。

將500 kV敞開式配電裝置的高架橫穿概念引入交流濾波場設計，提出了基于母線分流方式的“工”字型新型交流濾波場布置方案。

基于母線分流方式的“工”字型交流濾波場布置中，把所有交流濾波器組和并聯電容器組布置成2列，每2組背靠背布置，即將交流濾波場中圍欄較大的交流濾波器小組置于1列，圍欄較小的并聯電容器小組置于1列。將每個交流濾波器大組通過2組平行低層跨線和1組高層跨線組成的匯流母線連接到交流開關場設備（GIS）串內，這3組跨線呈“工”字型。其核心思路是將匯流母線布置于濾波器設備上方，大幅減少了交流濾波場占地。

引入500 kV敞開式配電裝置中的高架橫穿概念，通過跨線引接方便地完成小組和大組的組合。利用交流濾波場本身固有的環形道路，引接相間道路至交流濾波器和并聯電容器小組圍欄前；在交流濾波器小組和并聯電容器小組之間設置1條檢修道路，可方便地完成小組圍欄尾部設備的檢修、搬運和巡視；在相鄰交流濾波器小組之間設置1條2 m寬的巡視小道，兼作電纜溝。交流濾波場“工”字型布置的平斷面圖詳見圖3和圖4，其占地為307 m×119 m。

此布置方式的優勢如下：

（1）“工”字型布置交流濾波器大組均采用高層跨線連接到GIS，改變了“田”字型布置中濾波器大組主要用GIL管道母線連接的方法，大幅減少GIL管道長度，與現有布置方案相比（以交流濾波場之內的GIL管道為計算依據），減少GIL管道約1 400相·m。

（2）這種布置濾波小組的隔離開關采用垂直開啟式，一字型布置，圍欄與隔離開關之間的區域達到了最小，結合圍欄與環線道路的相對位置，采用局部相間道路來滿足濾波小組的運行、檢修和維護要求，從而進一步取消了圍欄前的專用檢修道路。

（3）綜合考慮了噪聲影響，將交流濾波器區域中的主要噪聲源（交流濾波電容器組和電抗器）遠離圍墻布置，噪聲源離圍墻的最小距離由“田”字型布置的19 m增加至“工”字型布置的31 m，有利于控制站界處的噪聲。

圖3 交流濾波場“工”字型布置平面圖

（4）可以通過構架上設置避雷線柱解決交流濾波場的防雷問題，不需設置獨立的避雷線柱。

3 新型布置方案與“田”字型布置方案的比較

3.1 技術比較

2種方案均能滿足技術要求，采用的設備技術參數基本相同，僅在形式和布置上有所區別，“工”字型布置方案與“田”字型布置方案的技術比較見表1。

3.2 經濟比較

經濟比較的原則是：

（1）2個方案中，交流濾波器的濾波電容器和并聯電容器等設備及控制保護設備均相同，故不參與比較。

（2）方案比較中主要考慮設備費、安裝費、土建的費用差以及所區占地、民房拆遷等費用。

（3）站區征地按450元/m2計算。

（4）GIL 管道母線按 1.8萬元/（相·m）計算。

“工”字型布置與“田”字型布置方案的經濟比較見表2。

圖4 交流濾波場“工”字型布置的典型斷面圖

表1 2種布置方案的主要區別

表2 2種布置方案的經濟性比較

4 結論

（1）“工”字型布置與“田”字型布置方案在布置方式，設備型式上雖有所不同，但均能滿足要求。“工”字型布置雖然增加了用鋼量指標，但節省了占地約8 500 m2。由于布置緊湊，也相應節省了接地、電纜等輔材的消耗量。綜合比較后，“工”字形布置方案比“田”字形布置方案節省投資約2 752萬元。

（2）“工”字型布置交流濾波器大組均采用高層跨線連接到GIS，改變了“田”字型布置中濾波器大組主要用GIL管道母線連接的局面，大幅減少GIL管道長度。

（3）“工”字型布置在站界噪聲控制，防直擊雷方面更有優勢。

綜上所述，“工”字型布置比“田”字型布置方案占地更小且更經濟。但在實際應用中，應根據具體情況對絕緣配合以及跨線的感應電流進行計算校核。

[1]趙畹君.高壓直流輸電工程技術[M].北京：中國電力出版社，2004.

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[3]申衛華，胡明，王黎彥，等.特高壓直流換流站直流場型式比較及選擇[J].電力建設，2007，28（5）：8-11.

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[5]劉振亞.國家電網公司輸變電工程典型設計±500 kV、3 000 MW直流換流站分冊[M].北京：中國電力出版社，2008.

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