一種新型的特高壓換流站直流融冰接線方案

李扶中，雷翔勝，崔 瓊

(1.廣東省電力設計研究院，廣東 廣州 510663；2.廣東電網公司電網規劃研究中心，廣東 廣州 510010；3.中國科學院廣州能源研究所，廣東 廣州 510650)

1 概述

近幾年，中國將陸續建成多條±800kV特高壓直流輸電工程。特高壓直流系統的輸電容量高達5GW～7.2GW，如此大容量的電力傳輸對直流輸電系統的可靠性提出了極高的要求。由于特高壓直流輸電工程往往輸送距離遠，中間需跨越多個易發嚴重復冰災害的區域。因此，研究特高壓直流工程的防冰和除冰技術對確保特高壓直流輸電系統本身以及相關電力系統的安全可靠運行都具有重要意義。

現已投運的特高壓換流站均采用戶外直流場布置方案。然而，隨著特高壓直流輸電工程的逐漸增多，建設在大氣污穢嚴重地區或高海拔地區的特高壓換流站由于爬電距離加大而造成設備的高度增加，當設備制造難度太大或采用其他防直流污閃措施后不能滿足要求時，往往需要采用戶內直流場的布置方案。目前，國內僅針對戶外直流場的融冰接線型式進行了研究和分析，而對于換流站戶內直流場均未考慮融冰接線的功能。因此，本文以特高壓直流輸電受端換流站為研究對象，根據戶內直流場的技術特點，提出了一種新型的融冰接線型式，這種新型融冰接線方式的提出將為開展特高壓換流站戶內直流場設計提供參考，具有重要的現實意義。

2 戶外直流場融冰方式研究

目前，特高壓換流站戶外直流場均采用2組12脈動換流器并聯運行的方式來提供緊急融冰電流，典型的融冰接線示意圖如圖1所示，融冰電流流經的線路在圖中用深色線標出。

緊急融冰時，通以+400kV的電壓，線路融冰電流設為2倍的額定電流，通過極1高壓直流線路流進，極2高壓直流線路流出。先將2組低端12脈動換流器V2和V3退出運行，通過隔離開關斷開。然后，將換流站轉入單極單換流器V1金屬回線運行，然后閉合V4并聯線路上的隔刀，解鎖V4并逐漸增大電流，即可不停電實現2組12脈動換流器并聯融冰運行方式。這樣，800kV設備當作400kV來運行，不但不用增加額外的投資，而且可以利用極在線的電壓電流測量裝置監測融冰時的工況。

圖1 戶外直流場電氣主接線(考慮緊急融冰)

為實現上述緊急融冰運行方式，只需在特高壓換流站直流場增加融冰專用連接管母線A－A1、B－B1、C－C1、D－D1和相應的直流隔離開關Q1～Q4，就可以方便地通過直流場操作，使2組12脈動換流器由常規的串聯運行方式切換為每站2個換流器并聯，經由金屬回路返回的單級融冰運行方式。由于融冰接線并不常用，為節省投資，通常將融冰所需的隔離開關斷口用支柱絕緣子代替，并提前預留接線端子及連接導線，當需要采取融冰方式運行時再臨時接線。

3 戶內直流場新型融冰方案設計

對戶外直流場而言，增加緊急融冰接線的功能通常不會使得戶外直流場的占地增加。此時，緊急融冰接線投資主要取決于新增融冰專用連接管母線的長度。對于戶內直流場則不同，由于從戶內到戶外接線需要通過直流穿墻套管，如果因緊急融冰需要新增戶內－戶外直流穿墻套管，不但會造成戶內建筑物的體量增大，使得運行費用提高，而且會造成直流場新增占地增加，影響戶內直流場的經濟性。

按照電氣接線方便、工程投資少的原則，我們設計了一種新型的戶內直流場接線布置方案，增加了緊急融冰的功能，其電氣主接線如圖2所示。戶內直流場區域設備在圖2中實線框內，融冰電流流經的線路在圖中用深色線標出。緊急融冰時，戶內直流場僅需要增加融冰專用的連接管母線A－A1和臨時斷口Q1～Q7，不需要新增戶內－戶外直流穿墻套管。

圖2 戶內直流場電氣主接線方案(考慮緊急融冰)

緊急融冰時，換流站內電流的流經路徑為：

極1回路電流通過極1直流線路流進站內——經800kV直流穿墻套管(序號①)接至極1戶內直流開關場——通過極母線流過平抗后經800kV直流穿墻套管(序號②)接入極1高端閥廳——流過極1高端換流閥組后通過400kV穿墻套管(序號④)再接到極1戶內直流開關場——極1的400kV穿墻套管(序號③)流到戶外——經中性母線回路流到極1的直流濾波器低壓側的管母——與極2回路的融冰電流匯合后通過融冰專用管母線A－A1經搭接點Q4接到極2直流出線，完成融冰。

極2回路電流通過極1直流線路流進站內——經戶外的融冰搭接點Q5接至金屬回路——通過極2的400kV金屬回路穿墻套管(序號⑥)接至極2戶內直流開關場——經戶內的融冰搭接點Q3接至極母線處——通過極母線流過平抗后通過融冰專用支柱絕緣子搭接點Q1(此絕緣子設計為上下兩段支柱絕緣子迭加而成，上段采用400kV絕緣子搭接點Q1，下段為100kV絕緣子搭接點Q2)接至極2的400kV穿墻套管(序號④)接入極2高端閥廳——流過極2高端換流閥組后通過800kV穿墻套管(序號②)再接到極2戶內直流開關場——再次通過融冰專用支柱絕緣子搭接點Q2接至極2的400kV穿墻套管(序號③)流到戶外——經中性母線回路流到極2的直流濾波器低壓側的管母——與極1回路的融冰電流匯合后通過融冰專用管母經搭接點Q4接到極2直流出線，完成融冰。

增加緊急融冰的功能以后，直流穿墻套管的數量沒有增加，唯一不同的是連接極2戶內直流開關場和戶外金屬回線的直流穿墻套管電壓等級由100kV變為400kV。這是因為緊急融冰時，該穿墻套管處于直流+400kV高壓進線端。

增加融冰功能后，極1和極2的戶內直流場存在部分差異，不完全為鏡像布置。極2戶內直流開關場包含3個融冰接線用斷口，極1戶內直流場則無此類斷口。另外，極線與金屬回線的連接部分選用的直流穿墻套管電壓等級，極2是400kV，極1則為100kV。

這種新型戶內直流場接線布置方案的主要優點在于：

(1)不會因緊急融冰而增加戶內直流場的穿墻套管數量，避免了戶內直流場占地的擴大。降低了工程投資和運行費用、節省了全站占地面積。

(2)將金屬回路設計成400kV絕緣等級的回路，融冰時正極(+400kV)電流通過金屬回路流入極2高端閥塔。這樣就可以減少一條約200m的融冰回路，僅需要增加一條很短的融冰專用管母線A－A1，降低了工程投資，使得直流場布置更加簡潔、整齊和美觀。

(3)通過采用層疊方式的融冰專用支柱絕緣子，創造性地實現了Q1和Q2兩個融冰臨時搭接點的上下布置。使得戶內直流開關場的布置更加緊湊，提高了空間利用率，降低了工程投資和運行費用、節省了全站占地面積。

4 結語

本文以特高壓直流受端換流站為研究對象，在簡要分析了戶外直流場布置的緊急融冰接線型式的基礎上，根據戶內直流場的技術特點，設計了一種新型的緊急融冰接線型式，并詳細分析了這種融冰接線方案的運行方式，總結了其主要優點。

新型融冰接線方案應用于換流站戶內直流場，不但可以顯著減少換流站專用融冰管母線的長度，并且不需新增穿墻套管數量。這種新型方案可以有效降低工程造價、節省運行費用，顯著提升戶內直流場的空間利用率，提高戶內直流場設計的整體經濟性。本文提出的新型戶內直流場緊急融冰接線方式具有較強的通用性，可適用于特高壓直流送端換流站，并可推廣應用至500kV直流輸電工程戶內直流場。本文的研究結論將為開展特高壓換流站戶內直流場設計提供參考，具有重要的現實意義。

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