李扶中，雷翔勝，崔 瓊

(1.廣東省電力設(shè)計(jì)研究院，廣東 廣州 510663；2.廣東電網(wǎng)公司電網(wǎng)規(guī)劃研究中心，廣東 廣州 510010；3.中國(guó)科學(xué)院廣州能源研究所，廣東 廣州 510650)

1 概述

近幾年，中國(guó)將陸續(xù)建成多條±800kV特高壓直流輸電工程。特高壓直流系統(tǒng)的輸電容量高達(dá)5GW～7.2GW，如此大容量的電力傳輸對(duì)直流輸電系統(tǒng)的可靠性提出了極高的要求。由于特高壓直流輸電工程往往輸送距離遠(yuǎn)，中間需跨越多個(gè)易發(fā)嚴(yán)重復(fù)冰災(zāi)害的區(qū)域。因此，研究特高壓直流工程的防冰和除冰技術(shù)對(duì)確保特高壓直流輸電系統(tǒng)本身以及相關(guān)電力系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行都具有重要意義。

現(xiàn)已投運(yùn)的特高壓換流站均采用戶外直流場(chǎng)布置方案。然而，隨著特高壓直流輸電工程的逐漸增多，建設(shè)在大氣污穢嚴(yán)重地區(qū)或高海拔地區(qū)的特高壓換流站由于爬電距離加大而造成設(shè)備的高度增加，當(dāng)設(shè)備制造難度太大或采用其他防直流污閃措施后不能滿足要求時(shí)，往往需要采用戶內(nèi)直流場(chǎng)的布置方案。目前，國(guó)內(nèi)僅針對(duì)戶外直流場(chǎng)的融冰接線型式進(jìn)行了研究和分析，而對(duì)于換流站戶內(nèi)直流場(chǎng)均未考慮融冰接線的功能。因此，本文以特高壓直流輸電受端換流站為研究對(duì)象，根據(jù)戶內(nèi)直流場(chǎng)的技術(shù)特點(diǎn)，提出了一種新型的融冰接線型式，這種新型融冰接線方式的提出將為開(kāi)展特高壓換流站戶內(nèi)直流場(chǎng)設(shè)計(jì)提供參考，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2 戶外直流場(chǎng)融冰方式研究

目前，特高壓換流站戶外直流場(chǎng)均采用2組12脈動(dòng)換流器并聯(lián)運(yùn)行的方式來(lái)提供緊急融冰電流，典型的融冰接線示意圖如圖1所示，融冰電流流經(jīng)的線路在圖中用深色線標(biāo)出。

緊急融冰時(shí)，通以+400kV的電壓，線路融冰電流設(shè)為2倍的額定電流，通過(guò)極1高壓直流線路流進(jìn)，極2高壓直流線路流出。先將2組低端12脈動(dòng)換流器V2和V3退出運(yùn)行，通過(guò)隔離開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。然后，將換流站轉(zhuǎn)入單極單換流器V1金屬回線運(yùn)行，然后閉合V4并聯(lián)線路上的隔刀，解鎖V4并逐漸增大電流，即可不停電實(shí)現(xiàn)2組12脈動(dòng)換流器并聯(lián)融冰運(yùn)行方式。這樣，800kV設(shè)備當(dāng)作400kV來(lái)運(yùn)行，不但不用增加額外的投資，而且可以利用極在線的電壓電流測(cè)量裝置監(jiān)測(cè)融冰時(shí)的工況。

圖1 戶外直流場(chǎng)電氣主接線(考慮緊急融冰)

為實(shí)現(xiàn)上述緊急融冰運(yùn)行方式，只需在特高壓換流站直流場(chǎng)增加融冰專用連接管母線A－A1、B－B1、C－C1、D－D1和相應(yīng)的直流隔離開(kāi)關(guān)Q1～Q4，就可以方便地通過(guò)直流場(chǎng)操作，使2組12脈動(dòng)換流器由常規(guī)的串聯(lián)運(yùn)行方式切換為每站2個(gè)換流器并聯(lián)，經(jīng)由金屬回路返回的單級(jí)融冰運(yùn)行方式。由于融冰接線并不常用，為節(jié)省投資，通常將融冰所需的隔離開(kāi)關(guān)斷口用支柱絕緣子代替，并提前預(yù)留接線端子及連接導(dǎo)線，當(dāng)需要采取融冰方式運(yùn)行時(shí)再臨時(shí)接線。

3 戶內(nèi)直流場(chǎng)新型融冰方案設(shè)計(jì)

對(duì)戶外直流場(chǎng)而言，增加緊急融冰接線的功能通常不會(huì)使得戶外直流場(chǎng)的占地增加。此時(shí)，緊急融冰接線投資主要取決于新增融冰專用連接管母線的長(zhǎng)度。對(duì)于戶內(nèi)直流場(chǎng)則不同，由于從戶內(nèi)到戶外接線需要通過(guò)直流穿墻套管，如果因緊急融冰需要新增戶內(nèi)－戶外直流穿墻套管，不但會(huì)造成戶內(nèi)建筑物的體量增大，使得運(yùn)行費(fèi)用提高，而且會(huì)造成直流場(chǎng)新增占地增加，影響戶內(nèi)直流場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)性。

按照電氣接線方便、工程投資少的原則，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種新型的戶內(nèi)直流場(chǎng)接線布置方案，增加了緊急融冰的功能，其電氣主接線如圖2所示。戶內(nèi)直流場(chǎng)區(qū)域設(shè)備在圖2中實(shí)線框內(nèi)，融冰電流流經(jīng)的線路在圖中用深色線標(biāo)出。緊急融冰時(shí)，戶內(nèi)直流場(chǎng)僅需要增加融冰專用的連接管母線A－A1和臨時(shí)斷口Q1～Q7，不需要新增戶內(nèi)－戶外直流穿墻套管。

圖2 戶內(nèi)直流場(chǎng)電氣主接線方案(考慮緊急融冰)

緊急融冰時(shí)，換流站內(nèi)電流的流經(jīng)路徑為：

極1回路電流通過(guò)極1直流線路流進(jìn)站內(nèi)——經(jīng)800kV直流穿墻套管(序號(hào)①)接至極1戶內(nèi)直流開(kāi)關(guān)場(chǎng)——通過(guò)極母線流過(guò)平抗后經(jīng)800kV直流穿墻套管(序號(hào)②)接入極1高端閥廳——流過(guò)極1高端換流閥組后通過(guò)400kV穿墻套管(序號(hào)④)再接到極1戶內(nèi)直流開(kāi)關(guān)場(chǎng)——極1的400kV穿墻套管(序號(hào)③)流到戶外——經(jīng)中性母線回路流到極1的直流濾波器低壓側(cè)的管母——與極2回路的融冰電流匯合后通過(guò)融冰專用管母線A－A1經(jīng)搭接點(diǎn)Q4接到極2直流出線，完成融冰。

極2回路電流通過(guò)極1直流線路流進(jìn)站內(nèi)——經(jīng)戶外的融冰搭接點(diǎn)Q5接至金屬回路——通過(guò)極2的400kV金屬回路穿墻套管(序號(hào)⑥)接至極2戶內(nèi)直流開(kāi)關(guān)場(chǎng)——經(jīng)戶內(nèi)的融冰搭接點(diǎn)Q3接至極母線處——通過(guò)極母線流過(guò)平抗后通過(guò)融冰專用支柱絕緣子搭接點(diǎn)Q1(此絕緣子設(shè)計(jì)為上下兩段支柱絕緣子迭加而成，上段采用400kV絕緣子搭接點(diǎn)Q1，下段為100kV絕緣子搭接點(diǎn)Q2)接至極2的400kV穿墻套管(序號(hào)④)接入極2高端閥廳——流過(guò)極2高端換流閥組后通過(guò)800kV穿墻套管(序號(hào)②)再接到極2戶內(nèi)直流開(kāi)關(guān)場(chǎng)——再次通過(guò)融冰專用支柱絕緣子搭接點(diǎn)Q2接至極2的400kV穿墻套管(序號(hào)③)流到戶外——經(jīng)中性母線回路流到極2的直流濾波器低壓側(cè)的管母——與極1回路的融冰電流匯合后通過(guò)融冰專用管母經(jīng)搭接點(diǎn)Q4接到極2直流出線，完成融冰。

增加緊急融冰的功能以后，直流穿墻套管的數(shù)量沒(méi)有增加，唯一不同的是連接極2戶內(nèi)直流開(kāi)關(guān)場(chǎng)和戶外金屬回線的直流穿墻套管電壓等級(jí)由100kV變?yōu)?00kV。這是因?yàn)榫o急融冰時(shí)，該穿墻套管處于直流+400kV高壓進(jìn)線端。

增加融冰功能后，極1和極2的戶內(nèi)直流場(chǎng)存在部分差異，不完全為鏡像布置。極2戶內(nèi)直流開(kāi)關(guān)場(chǎng)包含3個(gè)融冰接線用斷口，極1戶內(nèi)直流場(chǎng)則無(wú)此類斷口。另外，極線與金屬回線的連接部分選用的直流穿墻套管電壓等級(jí)，極2是400kV，極1則為100kV。

這種新型戶內(nèi)直流場(chǎng)接線布置方案的主要優(yōu)點(diǎn)在于：

(1)不會(huì)因緊急融冰而增加戶內(nèi)直流場(chǎng)的穿墻套管數(shù)量，避免了戶內(nèi)直流場(chǎng)占地的擴(kuò)大。降低了工程投資和運(yùn)行費(fèi)用、節(jié)省了全站占地面積。

(2)將金屬回路設(shè)計(jì)成400kV絕緣等級(jí)的回路，融冰時(shí)正極(+400kV)電流通過(guò)金屬回路流入極2高端閥塔。這樣就可以減少一條約200m的融冰回路，僅需要增加一條很短的融冰專用管母線A－A1，降低了工程投資，使得直流場(chǎng)布置更加簡(jiǎn)潔、整齊和美觀。

(3)通過(guò)采用層疊方式的融冰專用支柱絕緣子，創(chuàng)造性地實(shí)現(xiàn)了Q1和Q2兩個(gè)融冰臨時(shí)搭接點(diǎn)的上下布置。使得戶內(nèi)直流開(kāi)關(guān)場(chǎng)的布置更加緊湊，提高了空間利用率，降低了工程投資和運(yùn)行費(fèi)用、節(jié)省了全站占地面積。

4 結(jié)語(yǔ)

本文以特高壓直流受端換流站為研究對(duì)象，在簡(jiǎn)要分析了戶外直流場(chǎng)布置的緊急融冰接線型式的基礎(chǔ)上，根據(jù)戶內(nèi)直流場(chǎng)的技術(shù)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種新型的緊急融冰接線型式，并詳細(xì)分析了這種融冰接線方案的運(yùn)行方式，總結(jié)了其主要優(yōu)點(diǎn)。

新型融冰接線方案應(yīng)用于換流站戶內(nèi)直流場(chǎng)，不但可以顯著減少換流站專用融冰管母線的長(zhǎng)度，并且不需新增穿墻套管數(shù)量。這種新型方案可以有效降低工程造價(jià)、節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用，顯著提升戶內(nèi)直流場(chǎng)的空間利用率，提高戶內(nèi)直流場(chǎng)設(shè)計(jì)的整體經(jīng)濟(jì)性。本文提出的新型戶內(nèi)直流場(chǎng)緊急融冰接線方式具有較強(qiáng)的通用性，可適用于特高壓直流送端換流站，并可推廣應(yīng)用至500kV直流輸電工程戶內(nèi)直流場(chǎng)。本文的研究結(jié)論將為開(kāi)展特高壓換流站戶內(nèi)直流場(chǎng)設(shè)計(jì)提供參考，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

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