李標(biāo)俊，李其書，楊躍輝，方 野

（中國南方電網(wǎng)超高壓輸電公司天生橋局，貴州省興義市，562400）

0 引言

興仁換流站為興安直流工程送端換流站，由中南設(shè)計院、許繼—西門子聯(lián)合體、南網(wǎng)研究中心聯(lián)合設(shè)計。本工程建設(shè)以“以我為主、聯(lián)合設(shè)計、自主生產(chǎn)”為指導(dǎo)原則，對推動關(guān)鍵設(shè)備國產(chǎn)化、掌握核心技術(shù)、提高國內(nèi)設(shè)備制造水平有極其重要的意義?，F(xiàn)將本工程設(shè)計和自主化特點總結(jié)成文，供設(shè)計、建設(shè)、施工及運行部門參考[1]。

1 工程概況

貴州－廣東第2回±500kV直流輸電工程（簡稱“興安直流工程”）是我國±500kV直流輸電工程自主化依托項目，同時也是中國南方電網(wǎng)實施“西電東送”的骨干工程。該工程西起貴州興仁換流站，東至廣東深圳寶安換流站，輸送容量為3 GW，電壓為±500kV，線路總長為1194.5 km。雙極于2007年12月正式投入商業(yè)運行[2]。

2 設(shè)計特點

興仁換流站設(shè)計分為成套設(shè)計和工程設(shè)計2部分。成套設(shè)計主要包括系統(tǒng)研究、成套設(shè)計規(guī)范書、成套設(shè)計施工圖，由中南電力設(shè)計院、南網(wǎng)研究中心與直流承包商許繼—西門子共同設(shè)計完成。工程設(shè)計包括初步設(shè)計、第3部分設(shè)備采購規(guī)范書以及施工圖，由中南電力設(shè)計院負(fù)責(zé)設(shè)計[3]。

2.1 設(shè)計原則

（1）直流系統(tǒng)設(shè)計由中標(biāo)的中外聯(lián)合體完成。

（2）換流閥采用中外聯(lián)合體投標(biāo)模式，國內(nèi)生產(chǎn)可控硅元件及有關(guān)零部件的比例按50%考慮，1個極全進口，1個極全國產(chǎn)。

（3）換流變及平波電抗器采用中外聯(lián)合體投標(biāo)模式，換流變和平波電抗器按1個極全進口，1個極全國產(chǎn)考慮。

（4）直流控制保護：直流控制保護采用中外聯(lián)合體投標(biāo)模式，在確保工程質(zhì)量和工期的前提下，采用在外方指導(dǎo)下的硬軟件聯(lián)合設(shè)計，軟件方案由雙方共同制定，軟件編程由中方實施，所有的硬件設(shè)備（屏、柜）由國內(nèi)生產(chǎn)。

（5）交、直流濾波器：設(shè)備參數(shù)的成套設(shè)計由中外聯(lián)合體完成，由外方負(fù)責(zé)校核，國內(nèi)制造廠家提供交流濾波器組和高壓并聯(lián)電容器組中的電容器，其余元件國外采購。

（6）直流開關(guān)場設(shè)備由外方供貨。

（7）交流開關(guān)場設(shè)備由中方自行采購。

（8）閥冷卻水系統(tǒng)由外方設(shè)計供貨。

（9）消防系統(tǒng)、采暖通風(fēng)及空調(diào)系統(tǒng)由國內(nèi)供貨。

（10）換流站的總體建筑設(shè)計由中方完成，換流建筑物等關(guān)鍵部位的設(shè)計與外方聯(lián)合進行，材料在國內(nèi)采購。其他土建及輔助系統(tǒng)設(shè)施均由國內(nèi)提供。

（11）換流閥及換流變區(qū)域的布置由外方設(shè)計。

（12）直流場布置由外方設(shè)計。

（13）交流開關(guān)場、交流濾波器場布置由中方負(fù)責(zé)設(shè)計。

2.2 電氣主接線和布置

500kV交流側(cè)主接線采用一個半斷路器接線方式，如圖1所示。

直流側(cè)采用雙極每個極1個12脈動閥組接線，按極裝設(shè)平波電抗器、直流濾波器和直流電壓電流測量裝置等。

換流變網(wǎng)側(cè)套管在網(wǎng)側(cè)接成Y0接線與交流系統(tǒng)直接相連，閥側(cè)套管在閥側(cè)按順序完成Y/△連接后與12脈動閥組相連，換流變?nèi)嘟泳€組分別采用YNy0接線及YNd11接線。

直流接線方式有：單極大地回線運行方式、單極金屬回線運行方式、雙極運行方式、空載加壓試驗運行方式。

2.3 閥廳及換流變布置

興仁換流站每極1個12脈動閥組由2個6脈動閥串聯(lián)組成，1個6脈動閥每相由2個換流閥臂串聯(lián)組成。每相4個閥臂緊密串聯(lián)在1個閥塔上組成四重閥，每極12脈動閥組三相共3個四重閥布置在1個閥廳內(nèi)，即三相四重閥。閥塔采用頂部懸掛式設(shè)計，塔頂部電壓兩極均為0 kV，底部電壓極Ⅰ為+500kV，極Ⅱ為-500kV。

換流變進線處設(shè)置獨立過渡母線，過渡母線布置在換流變的正上方，將Y型和△型換流變進線L1、L2、L3三相分別連接起來。換流變閥側(cè)套管全部插入閥廳布置。

平波電抗器布置在閥廳的直流出線側(cè)，閥側(cè)套管插入閥廳布置。

2.4 直流場布置

直流場設(shè)備按兩極對稱格局布置，直流極母線設(shè)備布置于直流場的兩側(cè)，直流中性母線設(shè)備布置于直流場的中央，在直流每極的極母線和中性母線之間布置2組直流濾波器。直流濾波器設(shè)備均采用低位支持式布置方案，四周用圍欄圍起。為防止圍欄內(nèi)雜草生長影響設(shè)備安全運行，圍欄內(nèi)采用碎水泥地面。

為了滿足設(shè)備運輸和運行檢修的要求，在平波電抗器出線側(cè)、直流線路出線側(cè)、極母線設(shè)備外側(cè)以及極母線設(shè)備和中性母線設(shè)備之間設(shè)置搬運及檢修道路，在每極2組直流濾波器之間設(shè)置1條巡視小道。

2.5 交流濾波器布置

10個小組500kV濾波器分為3個大組，每個大組分別接入500kV交流場第1、第2、第3串中。同一交流濾波器大組設(shè)備采用集中布置方式，每個交流濾波器小組的間隔度為29 m。交流濾波器大組采用懸吊式管型母線配垂直伸縮式隔離開關(guān)，可減少縱向尺寸，節(jié)省占地面積。交流濾波器設(shè)備均采用低位支持式布置方案。交流濾波器分組結(jié)構(gòu)見圖2[4—5]。

在靠近濾波器圍欄前后兩側(cè)各設(shè)置1條搬運及巡視檢修道路，在每個交流濾波器小組之間設(shè)置1條巡視小道。

2.6 500kV交流場交流配電裝置

興仁換流站500kV交流場采用屋外常規(guī)敞開式設(shè)備，3/2斷路器接線，500kV配電裝置交流進出線間隔布置呈東西方向排列，由南北方向進出線，換流變采用高架進線分別接入第1串、第2串。

斷路器采用三列式布置方式，母線隔離開關(guān)采用懸吊式管型母線配單柱垂直開啟式且串中采用雙靜觸頭三接地隔離開關(guān)，線路避雷器及CVT采用常規(guī)設(shè)備敞開式布置，線路阻波器懸吊在出線架構(gòu)上，并設(shè)置有4個就地繼電器室。

2.7 電氣總平面布置

興仁換流站500kV交流場布置在站區(qū)的西部，500kV交流濾波器場分散布置在500kV交流場的南北兩側(cè)，閥廳及換流變區(qū)域布置在500kV交流場東側(cè)，500kV直流場布置在閥廳及換流變區(qū)域的東側(cè)，站用變區(qū)域布置在站區(qū)的西南部，站前區(qū)布置在站區(qū)的東南部。

2.8 監(jiān)控及保護系統(tǒng)

2.8.1 控制保護系統(tǒng)配置

興仁換流站的控制保護系統(tǒng)主要包括直流控制保護系統(tǒng)、運行人員控制和站SCADA系統(tǒng)、調(diào)度自動化和直流遠(yuǎn)動系統(tǒng)、能量計費系統(tǒng)、直流線路故障定位系統(tǒng)、暫態(tài)故障錄波系統(tǒng)、交流保護系統(tǒng)、閥冷卻控制保護系統(tǒng)、站用電控制保護系統(tǒng)、火災(zāi)探測報警系統(tǒng)、換流站安全監(jiān)視系統(tǒng)（CCTV）、站用110 V和24 V直流系統(tǒng)、交流不停電電源系統(tǒng)等。

興仁換流站控制和保護系統(tǒng)按冗余原則設(shè)計。所有主要控制保護的硬件及軟件均為雙重化或多重化設(shè)計，任何單一的軟件或硬件故障都不會引起直流系統(tǒng)的停運。直流保護系統(tǒng)采用三重化配置，出口邏輯為三取二[6]。

2.8.2 二次設(shè)備的布置

2個極的控制保護設(shè)備和站公用設(shè)備布置在主控樓內(nèi)，500kV第1、3串及第1、3大組交流濾波器對應(yīng)的二次控制保護屏柜等設(shè)備布置在500kV 1號繼電器室；500kV第2、4串及第2大組交流濾波器對應(yīng)的二次控制保護屏柜等設(shè)備布置在500kV 2號繼電器室；第5、6串對應(yīng)的二次控制保護屏柜等設(shè)備及母差保護布置在500kV 3號繼電器室；第7、8、9串對應(yīng)的二次控制保護屏柜等設(shè)備布置在500kV 4號繼電器室。

2.9 站用電系統(tǒng)

興仁換流站采用3回獨立電源供電，其中2回為工作電源，1回為備用電源。1回電源取自站內(nèi)裝設(shè)1組500kV/10 kV站用變壓器，其他2回取自站外，分別從站外引接。

興仁換流站采用的3回電源分別通過500kV/10 kV、110 kV/10 kV、35 kV/10 kV站用變降壓后接入站10 kV系統(tǒng)。

站用10 kV系統(tǒng)采用單母線，設(shè)2個工作段，每段各由1回獨立電源供電，另設(shè)1個備用段。每個工作段均可從備用母線段取得備用電源，每個10 kV工作段各接2臺10 kV/0.4 kV，2500kVA低壓站用變壓器，對全站的站用負(fù)荷供電。

3 自主化特點

3.1 創(chuàng)立了“貴二模式”

南網(wǎng)研究中心通過全過程參與貴廣二回直流工程的系統(tǒng)研究、設(shè)計、安裝和調(diào)試，創(chuàng)立了“貴二模式”，掌握了高壓直流輸電工程核心關(guān)鍵技術(shù)，提高了核心競爭力，成為了一個“合格的供貨商”，為更大范圍參與競爭創(chuàng)造條件。貴二模式特點見表1。

表1 貴二模式特點Tab.1 Charateristics of“GuiⅡ Mode”

3.2 國內(nèi)設(shè)計范圍擴大

由于換流站設(shè)備國產(chǎn)化的力度有所擴大，國產(chǎn)化是貴廣二回最大的特點[7—11]。如極Ⅰ換流變壓器從選型、制造，包括全站的布置、施工都是國內(nèi)獨立完成，換流閥、平波電抗器等關(guān)鍵部分，由中方為主的中外聯(lián)合體供貨，整個工程的主要設(shè)備有70%實現(xiàn)了國產(chǎn)化；系統(tǒng)研究報告共20項，自主化率100%；成套設(shè)計圖紙共17項，自主化率100%；成套設(shè)計計算書共7項，自主化率100%；成套設(shè)計二次施工圖紙共321卷冊，自主化率100%。

3.3 自主調(diào)試

直流輸電控制保護系統(tǒng)動態(tài)性能試驗和功能試驗技術(shù)是直流工程的一項核心技術(shù)，在貴廣Ⅰ回直流工程建設(shè)中，這項試驗完全由外方負(fù)責(zé)。而在貴廣Ⅱ回，控制保護系統(tǒng)試驗100%由中方完成，試驗共發(fā)現(xiàn)和解決了100多項技術(shù)難題，還第一次采用由實際控制保護裝置和軟件構(gòu)成的平臺完成試驗，第一次采用全數(shù)字式實時仿真進行控制保護性能試驗和出廠試驗，構(gòu)建了世界上最大規(guī)模的交直流混合實時仿真電網(wǎng)模型，并從南方電網(wǎng)大系統(tǒng)安全穩(wěn)定的角度進行仿真試驗，具有更強的實用價值。

3.4 自主化成果

（1）通過貴廣二回直流工程的研究、設(shè)計、試驗和系統(tǒng)調(diào)試，南網(wǎng)研究中心更加了解南方電網(wǎng)，系統(tǒng)研究項目針對性更強，并創(chuàng)新了研究方法、研究內(nèi)容。

（2）中方承擔(dān)全部動態(tài)性能試驗和性能試驗。

（3）中方承擔(dān)全部大型直流輸電工程站系統(tǒng)和系統(tǒng)調(diào)試。依托技術(shù)合作，完成整體試驗方案，并對調(diào)試方案設(shè)計進行優(yōu)化；首次編制完成了直流工程的調(diào)試專用軟件，并進行了完整的調(diào)試設(shè)備研制和試驗項目的現(xiàn)場優(yōu)化組合，成功克服了調(diào)試遇到的系統(tǒng)難題。

（4）受端換流站交流濾波器配置采用了中方提出的方案。

（5）交流PLC采用層架式結(jié)構(gòu)電容器。

（6）獨立完成了全站控制保護系統(tǒng)的集成、接口設(shè)計，二次設(shè)計中融入國內(nèi)成熟經(jīng)驗，如裝置電源、接口部分的設(shè)計。

（7）站用電源系統(tǒng)備用自投功能采用國內(nèi)技術(shù)，實現(xiàn)了10 kV和400 V兩層雙向背自投功能，提高了電源可靠性。

（8）創(chuàng)新?lián)Q流建筑物結(jié)構(gòu)，主控制樓采用混凝土，3層結(jié)構(gòu)，并充分考慮人性化設(shè)計，注意主控制室的通風(fēng)和采光。

（9）主動聽取運行部門意見，從而避免重復(fù)問題發(fā)生。

4 結(jié)語

興安直流工程的按期建設(shè)投產(chǎn)，標(biāo)志著該工程全面實現(xiàn)了直流輸電工程系統(tǒng)研究、換流站設(shè)備成套設(shè)計和直流工程設(shè)計自主化和設(shè)備制造自主化，綜合自主化率達到70%以上。并且在投運后第1年能量可用率達到99.19%的國際領(lǐng)先、國內(nèi)第一水平，標(biāo)志著我國電力行業(yè)重大技術(shù)裝備國產(chǎn)化工作取得了重要突破，為實現(xiàn)國家制定的直流輸電工程全面自主化的戰(zhàn)略目標(biāo)做出了貢獻。

[1]曾靜，王偉剛.三滬直流工程換流站設(shè)計特點[J].電力建設(shè)，2007，28（3）：9-12.

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