臨沂換流站站用電系統設計

汪 斌 ，慕德凱 ，吳 遨 ，蘇 煒 ，周佳賓

（1.華東電力設計院有限公司，上海 200001；2.國網山東省電力公司日照供電公司，山東 日照 276826；3.山東送變電工程公司，山東 濟南 250118；4.國網山東省電力公司建設公司，山東 濟南 250001）

0 引言

站用電系統作為換流站的輔助系統，是保證換流站安全可靠運行的重要保證［1］。臨沂±800 kV換流站直流系統額定容量10 000 MVA，交流側分層接入1 000 kV和500 kV系統，并與智圣500 kV變電站合建，且其生產系統（包括交流開關場、直流開關場及交直流濾波器等）和輔助生產系統（包括冷卻系統和空調系統等）復雜，站用電系統的合理設計顯得尤為重要。針對臨沂±800 kV換流站的接入特點，重點論述臨沂±800 kV換流站與智圣500 kV變電站合建站用電源方案，包括兩站合用的站用電系統接線、站用電源容量選擇、站用電系統保護等。

1 站用電系統接線

1.1 站用電源引接方案

根據直流換流站設計規范，站用電源宜按3回相對獨立電源設置，且至少有一回電源應從站內交流系統引接［2-3］。臨沂站配置方案為二主一備，其中一回站外電源就近選取，考慮與合址建設的智圣變電站共用；兩回主電源可考慮2個方案：方案1從換流站500 kV配電裝置母線或串內引接，方案2從智圣站主變壓器35 kV低壓側引接，與智圣站站用電系統統籌考慮。

對比2個方案，方案1采用500/10 kV站用變壓器，至少需2臺GIS斷路器引接，回路配置500 kV避雷器、電壓互感器，設備費用約2 775萬元；另一方面，臨沂換流站500 kV配電裝置采用戶內GIS方案，GIS室建筑體量也會相應增加。

考慮到臨沂換流站與智圣變電站合址建設，推薦站用電源統籌考慮。全站設計3回站用電源，其中兩回分別由智圣變電站本期兩組主變壓器35 kV低壓側引接，另一回與智圣變電站35 kV站外電源共用。

1.2 站用電系統接線原則

臨沂±800 kV換流站直流系統額定容量10 000 MVA，交流側采用分層接入1 000 kV和 500 kV系統的方式，具有占地面積大、站用電負荷重的特點。如采用35 kV電源直降至400 V的單級系統供電方式，將面臨低壓設備及導體的選型困難，包括額定電流、抗短路電流能力及電壓降。因此臨沂換流站站用電考慮采用35 kV/10 kV及10 kV/0.4 kV兩級降壓的方式。

1.2.1 35 kV與10 kV電源系統

35 kV進線系統不設置母線，每路35 kV電源進線接 1 臺 35 kV/10 kV 站用變壓器［4］；10 kV 母線采用單母線接線方式，設置2個工作段和1個備用段；全站共設10臺10 kV/400 V分站用變壓器，兩兩組對，每對分站用變壓器分別由不同的工作母線供電，保證電源的可靠度。即兩路工作電源經35 kV/10 kV降壓后，分別接入10 kV 1號、2號工作母線段，每段10 kV工作母線分別接分屬不同組別的5臺分站用變壓器；站外電源經35 kV/10 kV降壓后，接入10 kV 0號備用母線段，10 kV工作母線和備用母線間設置分段開關，當工作母線段失去電源時可自動投切，通過備用段母線由備用電源供電［5］。

1.2.2 合建的站用電系統具體接線

如智圣500 kV變電站先行建設，兩站合用的站用電高壓系統將分為智圣站獨用的初始狀態及智圣站與臨沂換流站合用的最終狀態。

初始階段其一般接線。智圣站2組主變壓器35 kV側分別接1臺35 kV/10 kV工作站用變壓器，外引1路35 kV電源至智圣站站內，并接1臺35 kV/10 kV備用站用變壓器；智圣站在3臺35 kV/10 kV站用變壓器下各接1臺10 kV/400 V站用變壓器作為自用站內交流電源，接線如圖1所示。

圖1 智圣站獨用站用電接線

考慮合建后，智圣站2組主變壓器35 kV側分別接1臺35 kV/10 kV工作站用變壓器，外引1路35 kV電源至智圣站站內，并接1臺35 kV/10 kV備用站用變壓器。3臺站用變壓器10 kV側各通過電纜引至臨沂換流站內10 kV母線，臨沂站內10 kV母線上除接臨沂站自用的10 kV/400V分站用變壓器外，3段母線（2工作1備用）還各自引1路10 kV電源返回智圣站，接智圣站內的10 kV/400V站用變壓器，具體接線見圖2。

圖2 臨沂換流站與智圣站合用站用電系統接線

1.2.3 過渡方案建議

在臨沂換流站開始建設未正式投運前，就需引入站用電源供施工、調試。考慮到智圣站處于正常運行狀態，臨沂換流站的建設、調試用電應在盡量減少對智圣站正常運行造成影響的前提下，并盡可能減少工程費用，建議站用電系統按如下步驟進行逐步改接，過渡到最終階線。

1）先從智圣站引接備用電源，完成備用電源的最終接線改造。完成后的電源狀況為：智圣站2回電源工作1回電源備用；臨沂站1回電源備用。此階段能滿足智圣站施工、調試需求。但取電費用較高。

2）完成1組工作電源的最終接線改造。完成后的電源狀況為：智圣站2回電源工作1回電源備用；臨沂站1回電源工作1回電源備用。此階段完成后可降低臨沂站取電費用。

3）臨沂站投運前，完成剩余1組工作電源的最終接線改造。完成后智圣站和臨沂站的電源都為2回電源工作1回電源備用。

按此過渡方案，能保證智圣站始終有1回工作電源在臨沂站投運前獨立運行，不受臨沂站施工調試的影響，大幅度減少因臨沂站建設而對智圣站站用電系統造成不利的可能性。

2 換流站負荷分析及站用變壓器容量選擇

臨沂換流站閥橋接線采用每極2組12脈動閥組串聯的接線型式和（400 kV＋400 kV）電壓分配方案，每個12脈動閥組安裝在一個閥廳內，每極設高、低端2個閥廳，全站共設置4個閥廳。根據換流站閥組的運行方式，換流站的站用電系統按閥組配置、閥組負荷與公用負荷分開的原則設計，以保證各種運行方式下站用電的可靠性及靈性活。

全站的站用電負荷大致分為以下2類：第1類為各極閥組的輔助設備電源，這些負荷一般采用雙套配置，一用一備，主要有換流變冷卻裝置、閥廳冷水機組、閥冷卻設備等；第2類是公用負荷，不按極劃分，如繼電器室負荷、消防水泵、場地照明等。

因此，臨沂換流站全站設置5個動力中心（PC）：極1高端PC中心、極1低端PC中心、極2高端PC中心、極2低端PC中心、公用負荷中心。為保證每個12脈動換流閥組站用負荷供電的相對獨立性和可靠性，400 V站用電系統采用與每個閥廳相對應的接線方式；公用負荷與閥組負荷分開，單獨設立工作段；從10 kV 1號、2號工作母線上各接5臺10 kV/400 V低壓站用變壓器，10臺低壓站用變壓器進線兩兩交叉，互為備用。每臺工作變壓器帶1段400 V低壓工作段，共設置10臺10 kV/400 V變壓器（極2高端為2 500 kVA，其余為2 000 kVA）和10段400 V母線。其中8個低壓工作段每2個工作段對應每個12脈動閥組負荷；2個工作段對應公用負荷，互為備用。

通過對臨沂換流站站用電負荷的統計匯總，負荷計算采用換算系數法，全站負荷總容量不超過10 000 kVA。考慮一定的裕度，各負荷中心（PC）10 kV/400 V干式變壓器容量選取2500 kVA，由智圣500 kV站引來的3路35 kV站用電源每路都按12 500 kVA的容量設計。

3 站用電系統控制保護配置方案

3.1 站用電的控制保護總體方案

特高壓換流站的站用電的控制系統與保護裝置為分別配置，不共用I/O數據采集單元。換流站的站用電監控系統配置單獨的主機，雙重化設計。站用電保護按各保護區域單獨組屏。35 kV站用變保護按元件單獨配置，單重化設計；10 kV系統按母線和出線單重化配置保護裝置，與10 kV開關柜共同組屏。

對于站用電監控系統硬件的問題，采取如下應對措施：控制、保護系統分離，防止單一元件故障造成保護誤動；加強測量、數據傳輸通道、處理器死機的監視，監視測量信號的有效性。

3.2 35 kV、10 kV站用變壓器保護配置方案

初始階段，每組35 kV/10 kV與10 kV/400 V站用變壓器組配置1套35 kV站用變壓器保護裝置，主要包括以下保護功能：差動保護、高壓側過流保護、低壓側過流保護、過負荷保護、零序電流保護及非電量保護等。

最終階段，對于35 kV/10 kV站用變壓器，利用過渡階段已配置的35 kV站用變壓器保護裝置，但保護裝置的低壓側電流需改接至10 kV進線開關柜。

對于10 kV/400 V站用變壓器，各配置1套主后備保護裝置，分散放置于各10 kV開關柜內，主要包括以下保護功能：差動保護、過流保護、過負荷保護、零序過流保護及非電量保護等。

10 kV開關柜內其他保護按常規直流工程的模式配置。10 kV母線設備保護裝置分散放置于各10 kV母線開關柜內，包含有：電流速斷、過電流、低電壓等保護功能。10 kV分段保護裝置分散放置于各10 kV分段柜內，含過電流保護等保護功能。10 kV進線開關柜保護分散放置于各10 kV進線柜內，包含電流速斷保護等保護功能。

3.3 站用電控制方案

初始階段，在智圣站內配置站用電系統測控裝置，接入變電站計算機監控系統，實現對智圣站站用電系統的控制、測量及監視。每組35 kV/10 kV與10 kV/400 V站用變壓器組配置1臺I/O測控裝置，該設備在智圣500 kV變電站中建設。

最終階段，換流站內直流控制保護系統采用站控層、控制層和就地層3層結構，控制層和就地層設備完全雙重化配置。

站用變系統設備的控制采用雙重化的站用電控制柜實現，包括站用變壓器35 kV側進線開關的切換控制、站用變壓器的分接頭控制、10 kV側進線開關的切換控制、400 V側進線開關的切換控制等。

站用電源系統控制層設備按控制區域就近布置在相應的就地繼電器室，與就地層設備集成在一起組屏，雙重化配置。站用電系統接口柜雙重化配置，包括I/O信號采樣模塊以接入相應站用電系統的所有信號。

兩站合建后，35 kV站用變及進線考慮納入換流站的控制范圍，換流站內雙重化配置35 kV站用變壓器高壓側接口柜，相關保護動作、站用變分接頭位置、開關位置等信號接入換流站監控系統。因換流站的站用變壓器接口設備為雙重化配置，智圣站工程中配置的35 kV站用變壓器保護、35 kV站用變壓器及進線開關等一次設備需要考慮并預留足夠的信號接口。

對于10 kV開關柜及換流站內的各套400 V站用電系統，仍按常規特高壓直流工程的模式配置接口設備。10 kV開關柜接口設備按母線段配置及組屏，400 V系統接口設備按各套閥組及站公用400 V站用電系統分別配置及組屏。

4 結語

確定了臨沂±800 kV換流站與智圣500 kV變電站兩站站用電系統采用合建方案；對合建站用電系統的初始和最終狀態接線進行了描述，并結合兩站建設的先后順序提出了推薦的過渡接線方案。同時，對臨沂站內部站用電系統的負荷、設備選型進行研究，對各電壓等級站用變的控制和保護方案進行了論述。

臨沂±800 kV換流站和智圣500 kV變電站兩站站用電系統合建；合建后的站用電系統設置3路35 kV站用電源，其中2路工作電源分別取自智圣站的2臺500 kV主變壓器低壓側，1路備用電源取自220 kV庫溝變電站；站用電系統采用35/10 kV、10 kV/400 V兩級降壓方式；10 kV母線采用單母線分段接線方式，設置2個工作段和1個備用段；根據工程建設時序，在智圣站運行、臨沂站建設的情況下，可采取臨沂站1回電源工作1回電源備用的過渡方案，確保智圣站有1路工作電源不受臨沂站建設的干擾；臨沂換流站站用電負荷總容量不超過 10 000 kVA，全站設置5個負荷中心（PC），10 kV/400V分站用變采用10臺干式變壓器，容量2500kVA；臨沂換流站的站用電的控制系統與保護裝置為分別配置，不共用I/O數據采集單元。換流站的站用電監控系統配置單獨的主機，雙重化設計。站用電保護按各保護區域單獨組屏，35 kV站用變壓器保護按元件單獨配置，單重化設計，10 kV系統按母線和出線單重化配置保護裝置，與10 kV開關柜共同組屏。