±800 kV特高壓換流站換流閥組接線選擇

馬悅，孫中尉

（山東電力工程咨詢院有限公司，濟南250013）

·經驗交流·

±800 kV特高壓換流站換流閥組接線選擇

馬悅，孫中尉

（山東電力工程咨詢院有限公司，濟南250013）

依托已完成的中俄跨國直流輸電工程前期設計成果，對±800 kV特高壓換流站可采用的幾種閥組接線從送電可靠性、線損、經濟性等方面進行分析比較，指出各種接線的優點、缺點及適用情況，為設計人員進行特高壓換流站閥組接線選擇提供借鑒。

特高壓換流站；換流閥組；接線

0 引言

中俄跨國直流輸電工程是中俄雙方在能源領域深化合作的重要項目，雙方將合作開發俄羅斯遠東地區的煤炭資源，在俄羅斯及中國境內分別建設一座±800 kV直流換流站，通過特高壓跨國直流輸電線路向中國送電。由于換流閥組接線是換流站主接線的關鍵內容，因此在該工程的前期設計中，對±800 kV直流換流站的閥組接線逐一進行了分析研究，并提出了多個設計方案。依托該工程設計成果，對每種閥組接線進行分析比較，為設計人員進行特高壓換流站閥組接線選擇提供借鑒。

換流站的換流器通常采用三相橋式整流電路，由于6脈動換流器會在交直流側產生較多的低次諧波，因此目前高壓直流工程均采用12脈動換流器作為基本換流單元。±800 kV直流換流站可能采用的閥組接線為：每極2個12脈動閥組串聯接線、每極2個12脈動閥組并聯接線、每極單12脈動閥組接線。其中，12脈動閥組串聯接線按本期建設規模又分為：按遠景規模±800 kV雙極一次建成、僅建設單極、僅建設±400 kV雙極低端3種情況，故±800 kV直流換流站可采用5種閥組接線。每極換流器采用何種接線方式，是直流輸電工程設計前期十分重要的研究論證課題，也是本文分析研究的重點。

1 換流站閥組接線形式

方案1為閥組串聯、本期雙極一次建成接線，接線示意圖如圖1所示。換流站本期按遠景雙極一次建成，每極采用（400 kV+400 kV）2個12脈動閥組串聯接線方式；遠景額定容量8 000 MW，本期雙極正常送電功率為4 000 MW。

方案2為閥組串聯、本期僅建設單極接線，接線示意如圖2所示。換流站本期按單極建設設計，采用（400 kV+400 kV）2個12脈動閥組串聯接線方式；遠景額定容量8 000 MW，本期單極正常送電功率為4 000 MW。

單極建設時直流架空線路通常采用負極，這是因為正極導線的電暈電磁干擾和可聽噪聲均比負極導線大，同時由于雷電大多為負極性，使得正極導線雷電閃絡概率也比負極導線高，因此本期采用-800 kV單極。

圖1 方案1閥組接線示意圖

圖2 方案2閥組接線示意圖

方案3為閥組串聯、本期僅建設±400 kV雙極低端接線，接線示意圖如圖3所示。換流站本期降壓運行，按雙極低端設計，每極采用1個400 kV、12脈動閥組接線方式；遠景額定容量8 000 MW，本期雙極正常送電功率為4 000 MW。

方案4為閥組并聯接線，接線示意圖如圖4所示。換流站本期采用雙極配置，每極采用1個800 kV 12脈動閥組接線方式，遠景采用每極2個12脈動閥組并聯接線；遠景額定容量8 000 MW，本期雙極正常送電功率為4 000 MW。

圖3 方案3閥組接線示意圖

圖4 方案4閥組接線示意圖

圖5 方案5閥組接線示意圖

方案5為單閥組接線，接線示意圖如圖5所示。換流站本期按遠景規模一次建成，遠景按雙極設計，每極采用800 kV單個12脈動閥組接線，遠景及本期雙極送電功率均為4 000 MW。

2 技術分析比較

每極采用的12脈動換流單元數量主要與以下因素有關：單個12脈動換流單元的最大制造容量；換流變壓器的制造及運輸限制；分期建設的考慮；可靠性及可用率；投資考慮；交流系統的要求。在上述因素中，單個12脈動換流單元的最大制造容量和換流變壓器的制造及運輸限制往往是確定每極換流器組數的決定性因素。

2.1 閥組串聯接線

對于特高壓換流站，由于直流規劃額定容量大，采用每極2個12脈動閥組串聯接線，換流變壓器主要設備數量比單12脈動接線增加一倍，單臺換流變壓器容量下降一半，有利于設備的制造和運輸。12脈動閥組可作為基本換流單元獨立運行，當一組換流閥或換流變退出運行時，損失的直流輸送容量為25%，對交流系統沖擊較小，系統運行靈活性較高。

該方式接線較復雜，換流站占地面積大，設備故障次數增加，可靠性稍低，投資較高，控制保護復雜、閥數量和高電壓絕緣變壓器數量增加，投資較大。

當換流站分期建設時，接線形式可從方案1～方案3中選擇，主要考慮因素分3個方面。

1）送電可靠性方面。方案1在直流單極停運方式下機組電力送出將不受影響，方案2在該方式下全部機組需要停運，方案3在該方式下機組電力僅能送出2 000 MW，方案1送電可靠性明顯優于方案2和方案3。

2）線損方面。直流輸電線路在電阻上產生的損耗

式中：ΔPd為直流電流在線路電阻上的損耗，W；Id為線路上的直流電流，A；Rd為直流線路電阻，Ω；R0為單位線路長度的電阻，Ω／km；L為線路長度，km。Rd與直流系統的運行方式有關。

方案1當雙極或單極金屬回線方式運行時（見圖6），Rd為兩極線路電阻之和。根據P=2UdId，則

圖6 雙極兩端中性點接地方式

采用方案1接線形式時，直流線路損耗低。

方案2當采用單極大地回線方式運行時（見圖7），Rd為單極線路電阻；當采用單極金屬回線方式運行時（見圖8），Rd為兩極線路電阻之和；當采用單極雙導線并聯大地回線方式時（見圖9），Rd為單極線路電阻的一半。根據式（1），3種運行方式下直流線路損耗計算結果如表1所示。

表1 單極直流系統線路損耗計算

圖7 單極大地回線方式

圖8 單極金屬回線方式

圖9 單極雙導線并聯大地回線方式

可見，方案2采用不同的運行方式，線路損耗最大相差4倍。

方案3當雙極運行時，Rd為兩極線路電阻之和。根據Pd=2UdId，則

可見，采用方案3接線形式時，線路損耗最高。

3）經濟性方面。方案1本期將雙極全部建成，投資最高；方案2本期建設單極的低端和高端設備，投資較高；方案3本期建設雙極的低端設備，投資最低。

閥組串聯接線是目前大容量特高壓換流站采用的主要接線形式。當換流站分期建設時，應綜合考慮送電可靠性、線損、經濟性等因素，確定適合工程情況的方案。

2.2 閥組并聯接線

由于每個12脈動換流器作為基本換流單元均可以獨立運行，當換流閥或換流變故障時，可以只停運一個換流單元，影響的直流功率只有50%，對兩端交流系統的沖擊和影響比較小。與閥組串聯接線相比，減少了流過單個換流單元的電流，工程分期建設時有利于降低過渡期的運行損耗。

相應地，每個換流單元均承受極電壓，絕緣水平比串聯方式要求高，可控硅元件及輔助設備多，造價相對最高，此外，同樣存在接線較復雜、換流站占地面積大、控制保護復雜的缺點。

1）送電可靠性。在直流單極停運方式下機組電力僅能送出2 000 MW，送電可靠性一般。

2）線損方面。

采用方案4接線形式時，直流線路損耗低。

3）經濟性方面。由于設備絕緣水平比串聯方式高，投資最高。

閥組并聯接線相比其他接線形式投資最高，經濟性最差。但分期建設時，其線路損耗與閥組串聯接線（雙極建設）均為最低，但投資大大減少，且相比單極接線可靠性高，是較為適宜的接線形式。故當換流站遠景擴建時間不確定，可考慮采用本接線形式。

2.3 單閥組接線

該方式具有接線布置簡單、可靠性高、節省投資的特點，從可靠性、可用率及投資來看，采用每極1組12脈動換流器明顯優于每極2組。

每極采用1組12脈動換流器時，換流器故障即為極故障。在直流系統一個極的輸送功率比較大，且兩端的交流系統又比較弱的情況下，每組換流器故障對系統的沖擊就比較大。

若制造商具備生產制造能力，且運輸通道不受限制，則應優先采用本方案。遠景額定容量小于4 000 MW的±800 kV換流站以及額定電壓為±660 kV以下的直流工程可予以考慮。

3 結語

結合換流站遠景、本期建設規模，對閥組串聯接線、并聯接線、單閥組接線逐一進行了分析比較。

閥組串聯接線是目前大容量特高壓換流站采用的主要接線形式。當換流站分期建設時，應對雙極一次建成、僅建設單極、僅建設±400 kV雙極低端三種接線從送電可靠性、線損、經濟性等方面分析論證，確定適合工程情況的方案。

當換流站分期建設、遠景擴建時間不確定時，閥組并聯接線具有線路損耗低、可靠性較高等優點，相比其他接線形式具有優勢。

若制造商具備生產制造能力，且運輸通道不受限制，應優先采用單閥組接線。遠景額定容量小于4 000 MW的±800 kV換流站以及額定電壓為±660 kV以下的直流工程可予以考慮。

［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.

［2］DL／T 5426—2009±800 kV高壓直流輸電系統成套設計規程［S］.

［3］GB／T 50789—2012±800 kV直流換流站設計規范［S］.

［4］DL／T 5223—2005高壓直流換流站設計技術規定［S］.

［5］山東電力工程咨詢院有限公司.中俄跨國直流輸電工程初步可行性研究報告［R］.濟南：山東電力工程咨詢院有限公司，2014.

Selection of Converter Valve Group Connections in±800 kV UHV Converter Station

MA Yue，SUN Zhongwei
（Shandong Electric Power Engineering Consulting Institute corp.，Ltd，Jinan 250013，China）

On the basis of the preliminary design results of China-Russia DC transmission project.The valve group connections in±800 kV UHV converter station are analyzed and compared from various aspects such as transmission reliability，line loss and economy.The advantages，disadvantages and suitability of each connection are presented in order to give some reference for valve group connection choosing.

UHV converter station；converter valve group；connection

TM852

B

1007－9904（2015）04－0051－04

2014-12-09

馬悅（1971），女，高級工程師，主要研究方向為電氣工程及其自動化。