±500kV從化換流站系統主接線方式及設計特點

中國南方電網廣東省輸變電工程公司 黃 澄

0 引言

隨著電力電子和微機控制等技術的發展，使基于晶閘管相控換流器的高壓直流輸電系統具有交流輸電系統無法比擬的優勢[1]：輸送容量大且充分利用線路走廊資源；輸送功率大小和方向可方便控制和調節；靈活實現異步電力系統互聯；能對機電震蕩產生阻尼，提高系統暫態穩定；無電容電流的干擾，損耗低；不存在交流輸電的穩定問題，利于遠距離大容量輸電等。因此，高壓直流輸電在我國的西電東送，南北互供，全國大區域聯網等大容量、遠距離輸電領域具有廣闊的應用前景[2]。

溪洛渡直流工程起于云南昭通換流站，止于廣東從化換流站，是目前世界上輸電容量最大，輸電距離最長的雙回直流輸電工程，設備完全自主化，采用兩回換流站合建以節省土地資源、方便運行管理、利于出線優化配置，同塔雙回架線結構增大輸送容量。本文將重點介紹該工程的核心部分——±500kV從化換流站的概況、結構、主接線方式及設計特點。

1 換流站概況及系統結構

從化換流站采用兩回獨立的典型雙極接線，直流額定電壓為±500kV，輸送功率為雙回6400MW，其中單極1600MW。每極配置6臺容量為299.9MVA的單相雙繞組變壓器，構成12脈動換流器。各直流側極母線裝設三臺容量為100mH的平波電抗器。本期直流側每極裝設一組三調諧無源濾波器，遠期每極裝設兩組無源濾波器。本期建設500kV交流出線8回，分別至花都變、博羅變、庫灣變及木棉變各2兩回，遠期增加220kV出線16回及木棉方向500kV出線2回。500kV交流濾波器（alternating current filter，ACF）和并聯電容器總容量3828Mvar，共分5個大組，22個小組。

2 主接線方式介紹

換流站主要一次設備包括：交流場及交流濾波場設備、直流開關場設備，閥廳換流設備及換流變壓器等，這些設備的有序連接就構成了換流站的主接線，系統結構圖如圖1所示。以下將具體探討各接線方式及設計特點。

圖1 從化站系統結構圖

2.1 交流場及交流濾波場接線

基于換流站輸送容量大和規模廣，交流場電氣主接線采用可靠性高且調度運行經驗豐富的一個半斷路器接線方式，可減少各種故障工況下直流輸送功率的損失，提高換流站的穩定性和可用率。交流場間隔包括：8回500kV出線、五大組交流濾波器（alternating current filter，ACF）進線、4回換流變壓器進線、2回站用變壓器進線，其配串及主接線示意圖如圖2所示。

圖2 交流場主接線圖

為抑制經換流裝置等產生的11、13、24及36等低次諧波，配置基于DT13/36和DT11/24雙調諧濾波器的500kV交流濾波器。雙調諧濾波器較兩個單調諧濾波器的優勢在于，只有一個電感承受沖擊電壓，在基頻下損耗更小，且并聯諧振電路的電容容量小，基本只通過諧波無功容量，便于備用和維護[3]。

同時為補償無功功率，交流濾波器還并聯SC電容器組，共構成五個交流濾波器組，結構如表1所示，其中各組皆為單母線接線方式。而雙調諧濾波器和SC電容器接線圖如圖3所示。

表1 交流場濾波器組結構

圖3 交流濾波器分組接線圖

圖4 直流場主接線圖

2.2 直流開關場接線

直流開關場接線設計需滿足±500kV直流輸電系統的三種基本運行方式：雙極運行方式、單極大地回線方式和單極金屬回線方式[4]。同時應設計站內快速接地網，以限制接地或線路故障時產生的對地過電壓損壞設備。直流開關場主要設備包括平波電抗器、直流濾波器、直流電壓互感器（TV）、直流電流互感器（TA）、避雷器、直流隔離開關、高速接地開關（HSGS）、高速中性母線開關（HSNBS)、中性點設備及過電壓保護設備等，其主接線圖如圖4所示。

2.3 換流閥組接線

換流閥組是換流站的核心設備，設計選用成熟的5英寸3200A晶閘管元件、空氣絕緣、純絕緣水冷卻和懸吊式結構。其中每極閥組采用由3個四重閥塔構成的12脈動接線方式，可滿足系統的基本運行方式，同時較6脈動接線和2個12脈動閥組串聯接線，具有接線簡單，低次諧波含量低，占地面積小及經濟合理等優點[5]，圖5為從化換流站四重換流閥懸吊照片。

圖5 四重換流閥懸吊圖

2.4 換流變壓器與換流閥組間接線

基于晶閘管的換流閥組進行交—直和直—交兩種變換，將產生大量的高次諧波。同時鑒于換流閥組接線采用兩個獨立的6脈動串聯構成的12脈動形式，故選用單向雙繞組換流變壓器，與換流閥組構成Y0/Y和Y0/Δ的接線方式，使得Y0/Y換流變接入高電位6脈動換流閥組，Y0/Δ換流變接入低電位6脈動換流閥組，進而使換流變閥側電壓產生30°的相位差，濾除交流側6n±1（n為自然數）次的諧波電流，獲得較好的諧波性能，具體的接線方式如圖6所示[6]。

圖6 閥組與換流變間接線圖

3 電氣總平面優化布置

從化換流站電氣總平面布局按照自西向東“直流開關場—閥廳及換流變壓器—500kV交流開關場”的工藝流向考慮。

直流場布置在換流站西側，向西出線；直流開關場采用戶外敞開式設備，兩回直流相互獨立，每回采用典型雙極架空母線布置方式；開關場設備、換流變和平波電抗器均采用戶外布置，直流濾波器采用單塔式撐式安裝。為便于換流變運輸及其與交直流的設備連接，換流閥組及換流變壓器布置在換流站中部，緊鄰進站主道路，采用“一字型”布置。500kV交流濾波器布置在換流站北側，從交流500kV串中引接，盡量遠離站區的噪聲敏感點。500kV交流開關場布置在換流站南側，閥廳及換流變區域以東，采用懸吊管母線、斷路器三列式布置，向南、北兩個方向出線，出線間隔為28m，有效減少了出線轉角塔及避免線路的交叉。

圖7 從化站平面圖

生產輔助區，包括綜合樓、警傳室、水泵房等整體布置于站區的西北側；備品備件庫和車庫布置在交流濾波器場的西側，與站前區相鄰；專用備品備件庫及露天備品備件庫布置在交流濾波器場南側的空地；進站道路從站區北側進站；500kV繼電小室采用下放布置，與10kV配電室，380V配電室布置于站區中央。

站區總平面占地面積為 338.4畝，整體布局合理，緊湊，且布置功能分區明確，較好的適應了站址外部條件和自然地形條件，全站平面圖見圖7。

4 結論

中國能源分布和用電負荷的不均勻,決定了具有獨特技術優勢和經濟效益的的高壓直流輸電技術在電網發展中的重要地位。本文通過系統的論述了±500kV從化換流站的概況、結構以及交流場、交流濾波場、直流開關場、換流閥組、換流變壓器的主接線方式和設計特點，對進一步發展和建設±500kV高壓直流輸電工程有一定的參考價值。

[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]舒印彪.中國直流輸電的現狀及展望[J].高電壓技術,2004,30(11):1-2.

[3]劉兵.高壓直流輸電系統中的濾波裝置[J].電力電容器,2005,3(5):1-5.

[4]孫華芳. HVDC單極大地回線運行方式對變壓器的影響及防范措施[J].電氣技術,2013,6(10):53-56.

[5]劉威,趙淵,等.高壓直流輸電系統單雙12脈接線可靠性對比研究[J].電力系統保護與控制,2008,8(9):29-34.

[6]李標俊,李其書,等.興安直流工程換流站設計和自主化特點[J].電力建設,2008,4(31):17-20.