孫曉明，信 珂，周志勇

（山東電力工程咨詢(xún)?cè)河邢薰?，山東 濟(jì)南 250013）

0 引言

交流站用電源系統(tǒng)包括站用變壓器、站用高低壓開(kāi)關(guān)柜/設(shè)備及其控制保護(hù)系統(tǒng)。高壓直流輸電換流站的站用電系統(tǒng)與交流超高壓變電站的所用電系統(tǒng)有相似之處，但由于換流站內(nèi)的閥冷卻系統(tǒng)主循環(huán)泵、換流變和平波電抗器的冷卻系統(tǒng)以及直流保護(hù)、極控等二次系統(tǒng)要求不間斷運(yùn)行，否則將會(huì)引起直流系統(tǒng)跳閘，直接影響到高壓直流輸電系統(tǒng)及其所連接的交流系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行[1-4]，所以應(yīng)保證交流站用電系統(tǒng)的可靠性，換流站比普通的變電站對(duì)站用電的要求更高。

1 換流站站用電系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

換流站的交流站用電系統(tǒng)一般采用三回獨(dú)立電源供電，三路站用電源中，一般兩回電源為工作電源，一回電源為備用電源，即“兩運(yùn)一備”的運(yùn)行方式。換流站對(duì)站用電源的供電可靠性要求很高，每回站用電源應(yīng)滿(mǎn)足獨(dú)立承擔(dān)雙極直流送電時(shí)的站用負(fù)荷。

保證站用電系統(tǒng)在故障時(shí)具有的性能。一回站用電源或一臺(tái)變壓器或一條母線(xiàn)故障時(shí)，不減少直流輸送功率，并保持冗余，即有100%的備用可用于以后的故障；兩回站用電源或兩臺(tái)變壓器故障，不減少直流輸送功率，但對(duì)以后的故障則無(wú)冗余。

對(duì)裝設(shè)具有100%冗余的設(shè)備（如2臺(tái)100%額定容量的泵），則每臺(tái)設(shè)備應(yīng)有一個(gè)獨(dú)立的400 V母線(xiàn)供電。

對(duì)具有一個(gè)N+1冗余度的設(shè)備，除了提供兩回獨(dú)立的400 V電源外，還應(yīng)帶有一個(gè)切換系統(tǒng)。

由于高壓直流輸電系統(tǒng)一般為雙極系統(tǒng)，每一極都可以單獨(dú)運(yùn)行，所以在考慮其供電系統(tǒng)時(shí)應(yīng)盡量遵守與每一極對(duì)應(yīng)的原則，以避免一極的停運(yùn)而引起另一極的停運(yùn)。

2 換流站站用電典型接線(xiàn)方式

換流站站用電系統(tǒng)的典型接線(xiàn)如圖1所示。

1）直流換流站站用電系統(tǒng)應(yīng)配置三路可靠電源。三路站用電電源分列運(yùn)行，兩主一備，其中第一第三路主用，第二路備用。每路站用電進(jìn)線(xiàn)設(shè)備的容量按全站計(jì)算負(fù)荷選擇。對(duì)于換流容量在1 000 MW及以上的換流站，應(yīng)至少有一路電源取自站內(nèi)主變壓器或直降變，其它電源可取自站內(nèi)或站外不同電源點(diǎn)。

站用電源的引接考慮以下幾種可能性，并可通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較確定：當(dāng)站內(nèi)有交流220 kV母線(xiàn)時(shí)，可從本站交流220 kV母線(xiàn)引接；當(dāng)站內(nèi)有降壓變壓器時(shí)，可從降壓變壓器第三繞組側(cè)母線(xiàn)引接；從站外可靠性較高的引接35～110 kV線(xiàn)路至換流站。

2）站用電系統(tǒng)應(yīng)采用與每極相對(duì)應(yīng)的接線(xiàn)方式，以保證每極換流器的站用電負(fù)荷供電的相對(duì)獨(dú)立性和可靠性，避免任一極換流器的站用電裝置故障或檢修時(shí)而影響另一極的安全運(yùn)行。據(jù)此，站用電系統(tǒng)一般可采用下述接線(xiàn)方式。

圖1 換流站站用電系統(tǒng)典型接線(xiàn)

站內(nèi)設(shè)置三段10 kV高壓站用電母線(xiàn)段，其中兩個(gè)工作母線(xiàn)段（第I、III段）、一個(gè)備用母線(xiàn)段（第II段），每段均由獨(dú)立的電源供電，工作母線(xiàn)與備用母線(xiàn)之間通過(guò)10 kV聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)連接，兩個(gè)工作母線(xiàn)段均可從備用母線(xiàn)段取得備用電源。各10 kV開(kāi)關(guān)的容量按全站計(jì)算負(fù)荷選擇。

每個(gè)10 kV母線(xiàn)段各接兩臺(tái)10/0.4 kV的低壓站用變壓器，兩兩分列運(yùn)行，分別對(duì)兩個(gè)極的站用電負(fù)荷供電。每臺(tái)低壓站用電變壓器容量按每極站用負(fù)荷工作容量的100%考慮。

（3）站用400 V系統(tǒng)采用單母線(xiàn)，400 V母線(xiàn)分四段。一、二段為極1站用電提供電源，三、四段為極2站用電提供電源，一、二段之間，三、四段之間設(shè)置聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)。各400V開(kāi)關(guān)的容量按400V母線(xiàn)聯(lián)絡(luò)后的計(jì)算負(fù)荷選擇。設(shè)4個(gè)動(dòng)力中心（PC）；每極 2個(gè)動(dòng)力中心（PC），互為備用。在動(dòng)力中心（PC）下一層設(shè)多個(gè)電動(dòng)機(jī)控制中心（MCC），以作為閥冷卻負(fù)荷，換流變負(fù)荷，就地繼電器室負(fù)荷等各級(jí)負(fù)荷的饋電電源。兩直流極的負(fù)荷饋電電源應(yīng)相互獨(dú)立，取自不同的MCC及PC。

3 換流站站用電系統(tǒng)的控制系統(tǒng)

交流站用電源的控制包括交流站用變壓器、交流站用電源開(kāi)關(guān)的控制及監(jiān)視以及工作/備用交流站用電源的自動(dòng)投切和聯(lián)鎖。交流站用電源控制系統(tǒng)包含在站控系統(tǒng)中，按進(jìn)線(xiàn)間隔獨(dú)立配置雙重化的控制柜用于站用電系統(tǒng)設(shè)備的控制和監(jiān)視。配置雙重化的站用電備自投設(shè)備，10 kV與400 V系統(tǒng)應(yīng)獨(dú)立配置。

3.1 換流站站用電系統(tǒng)的備自投設(shè)計(jì)

站用電備用自動(dòng)投入裝置是指通過(guò)監(jiān)視進(jìn)線(xiàn)電壓、控制聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)和進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)的分合，來(lái)實(shí)現(xiàn)站用電源的自動(dòng)切換，提高站用電的可靠性的裝置，簡(jiǎn)稱(chēng)備自投。換流站站用電10 kV系統(tǒng)與400 V系統(tǒng)均應(yīng)配置備自投裝置，實(shí)現(xiàn)雙重備自投，其中10 kV備自投為一主一備電源的備自投，400 V備自投為兩路電源分列運(yùn)行的備自投。

3.1.1 10 kV換流站站用電系統(tǒng)備自投邏輯

10 kV一主一備電源的備自投邏輯：

1）當(dāng)主電源進(jìn)線(xiàn)失壓且備用電源電壓正常時(shí)，備自投裝置自動(dòng)延時(shí)分開(kāi)主電源進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)，合上聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)，投入備用電源；

2）當(dāng)主電源恢復(fù)供電后，備自投裝置自動(dòng)分開(kāi)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)，合上主電源進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)；

3）當(dāng)備用電源進(jìn)線(xiàn)失壓時(shí)，備自投裝置不動(dòng)作。

備自投充電條件：I、II、III母線(xiàn)至少有兩個(gè)三相有壓；三路進(jìn)線(xiàn)低壓側(cè)開(kāi)關(guān)至少有兩個(gè)在合位，兩分段開(kāi)關(guān)至少有一個(gè)在分位。同時(shí)滿(mǎn)足兩個(gè)條件經(jīng)15 s后充電完成。

備自投放電條件：兩分段開(kāi)關(guān)均在合位；I、II、III母至少有兩個(gè)均無(wú)壓；有外部閉鎖信號(hào)；三路進(jìn)線(xiàn)低壓側(cè)開(kāi)關(guān)的跳位接點(diǎn)異常；母線(xiàn)TV斷線(xiàn)，聯(lián)絡(luò)斷路器彈簧未儲(chǔ)能，壓力異常等。滿(mǎn)足任何一個(gè)放電條件，閉鎖備自投。

3.1.2 400 V換流站站用電系統(tǒng)備自投邏輯

400 V兩路電源分列運(yùn)行的備自投邏輯：

1）當(dāng)一路電源進(jìn)線(xiàn)失壓且另一路電源電壓正常時(shí)，備自投裝置自動(dòng)分開(kāi)故障電源進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)合上聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)，兩段母線(xiàn)并列運(yùn)行。

2）當(dāng)故障電源恢復(fù)供電后，備自投裝置自動(dòng)延時(shí)分開(kāi)母聯(lián)開(kāi)關(guān)再自動(dòng)合上該路電源進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)。

換流站各備自投分別監(jiān)視對(duì)應(yīng)進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)1、進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)2的三相電壓或者三相電流，當(dāng)電壓低于欠壓整定值或者電流小于無(wú)流整定值時(shí)，啟動(dòng)自動(dòng)投入邏輯。備自投的電壓監(jiān)視繼電器宜采用三相電壓監(jiān)視繼電器，其欠壓定值宜設(shè)置為0.8倍額定電壓，防止單相故障或電壓過(guò)低時(shí)主泵工作異常。

備自投充電條件：I、II母線(xiàn)均三相有壓；兩路進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)在合位，分段開(kāi)關(guān)在分位。同時(shí)滿(mǎn)足兩個(gè)條件經(jīng)15 s后充電完成。

備自投放電條件：分段開(kāi)關(guān)均在合位；I、II母均無(wú)壓；有外部閉鎖信號(hào)；兩路進(jìn)線(xiàn)及分段開(kāi)關(guān)的跳位接點(diǎn)異常；母線(xiàn)TV斷線(xiàn)，聯(lián)絡(luò)斷路器彈簧未儲(chǔ)能，壓力異常等。滿(mǎn)足任何一個(gè)放電條件，閉鎖備自投。

3.1.3 10 kV備自投與400 V備自投的配合

10 kV備自投優(yōu)先動(dòng)作，如果10 kV備自投未動(dòng)作，400 V備自投動(dòng)作。400 V備自投動(dòng)作時(shí)間必須小于換流閥水冷主泵最大允許失電時(shí)間和400 V重要負(fù)載電源切換裝置的切換時(shí)間。10 kV備自投動(dòng)作時(shí)間應(yīng)小于400 V備自投動(dòng)作時(shí)間。

當(dāng)一路10 kV工作電源故障后，10 kV備自投首先動(dòng)作，若動(dòng)作不成功則由400 V備自投作為后備動(dòng)作，如果仍然動(dòng)作不成功則由電源切換裝置動(dòng)作。任何一路站用電故障或者站用電回路單一元件故障都不能造成直流停運(yùn)。

3.2 換流站站用電系統(tǒng)的監(jiān)視和控制

對(duì)站用電源系統(tǒng)的監(jiān)視范圍：站用變壓器高壓側(cè)電流、電壓；站用變壓器低壓側(cè)電流、電壓；站用變壓器高壓側(cè)有功；10 kV母線(xiàn)電壓；380 V母線(xiàn)電壓；站用變壓器溫度、分接頭狀態(tài)、高低壓側(cè)開(kāi)關(guān)狀態(tài)；10 kV母線(xiàn)開(kāi)關(guān)及分段開(kāi)關(guān)狀態(tài)；380 V母線(xiàn)開(kāi)關(guān)及分段開(kāi)關(guān)狀態(tài)?？紤]到交流站用電系統(tǒng)對(duì)換流站安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要性，應(yīng)對(duì)380 V站用電屏上重要負(fù)荷回路的空開(kāi)跳閘信號(hào)進(jìn)行采集。

對(duì)站用電源系統(tǒng)的控制：站用變壓器高壓側(cè)開(kāi)關(guān)；站用變壓器分接頭；10 kV母線(xiàn)開(kāi)關(guān)及分段開(kāi)關(guān)狀態(tài)；380 V母線(xiàn)開(kāi)關(guān)及分段開(kāi)關(guān)狀態(tài)。

4 換流站站用電系統(tǒng)的保護(hù)及其他二次設(shè)計(jì)

4.1 交流站用電源保護(hù)系統(tǒng)

35 kV及10 kV站用變壓器配置差動(dòng)保護(hù)、過(guò)電流保護(hù)、過(guò)負(fù)荷保護(hù)、本體及調(diào)壓開(kāi)關(guān)瓦斯保護(hù)等。

10 kV分段斷路器應(yīng)配置獨(dú)立保護(hù)，分段保護(hù)帶有二段時(shí)限的過(guò)流及零序過(guò)流保護(hù)功能。具有充電保護(hù)功能，向故障母線(xiàn)充電時(shí)，跳開(kāi)本斷路器。

4.2 站用電系統(tǒng)的聯(lián)鎖

換流站站用電的控制系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)換流站最終交流站用電源接線(xiàn)提供聯(lián)鎖功能，除此之外，應(yīng)對(duì)站用電10 kV及380 V系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)的電氣聯(lián)鎖設(shè)計(jì)。特別由于換流站要求站用電系統(tǒng)在三路進(jìn)線(xiàn)電源N-2故障時(shí)仍然保證換流站的穩(wěn)定運(yùn)行，10 kV系統(tǒng)的電氣聯(lián)鎖設(shè)計(jì)應(yīng)與10 kV備自投動(dòng)作邏輯相適應(yīng)。

4.3 站用電系統(tǒng)與火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)

換流站站用電系統(tǒng)與火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)應(yīng)設(shè)計(jì)有火災(zāi)聯(lián)動(dòng)，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，為防止火災(zāi)蔓延，火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)應(yīng)切除風(fēng)機(jī)、空調(diào)等負(fù)荷，因此要求此類(lèi)負(fù)荷站用電屏電源回路開(kāi)關(guān)配置分勵(lì)脫扣器，并應(yīng)設(shè)計(jì)相關(guān)二次接線(xiàn)。

5 結(jié)語(yǔ)

作為直流輸電的重要組成部分，站用電源系統(tǒng)的可靠性直接關(guān)系到直流輸電的安全，本文提出的換流站站用電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案有利于提高站用電源的可靠性，可供同類(lèi)工程參考借鑒。