汪 斌 ，慕德凱 ，吳 遨 ，蘇 煒 ，周佳賓

（1.華東電力設(shè)計(jì)院有限公司，上海 200001；2.國網(wǎng)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(jì)南 250118；4.國網(wǎng)山東省電力公司建設(shè)公司，山東 濟(jì)南 250001）

0 引言

站用電系統(tǒng)作為換流站的輔助系統(tǒng)，是保證換流站安全可靠運(yùn)行的重要保證［1］。臨沂±800 kV換流站直流系統(tǒng)額定容量10 000 MVA，交流側(cè)分層接入1 000 kV和500 kV系統(tǒng)，并與智圣500 kV變電站合建，且其生產(chǎn)系統(tǒng)（包括交流開關(guān)場、直流開關(guān)場及交直流濾波器等）和輔助生產(chǎn)系統(tǒng)（包括冷卻系統(tǒng)和空調(diào)系統(tǒng)等）復(fù)雜，站用電系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)顯得尤為重要。針對臨沂±800 kV換流站的接入特點(diǎn)，重點(diǎn)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(tǒng)接線、站用電源容量選擇、站用電系統(tǒng)保護(hù)等。

1 站用電系統(tǒng)接線

1.1 站用電源引接方案

根據(jù)直流換流站設(shè)計(jì)規(guī)范，站用電源宜按3回相對獨(dú)立電源設(shè)置，且至少有一回電源應(yīng)從站內(nèi)交流系統(tǒng)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(shè)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(nèi)引接，方案2從智圣站主變壓器35 kV低壓側(cè)引接，與智圣站站用電系統(tǒng)統(tǒng)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(shè)備費(fèi)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(nèi)GIS方案，GIS室建筑體量也會相應(yīng)增加。

考慮到臨沂換流站與智圣變電站合址建設(shè)，推薦站用電源統(tǒng)籌考慮。全站設(shè)計(jì)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(cè)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(tǒng)接線原則

臨沂±800 kV換流站直流系統(tǒng)額定容量10 000 MVA，交流側(cè)采用分層接入1 000 kV和 500 kV系統(tǒng)的方式，具有占地面積大、站用電負(fù)荷重的特點(diǎn)。如采用35 kV電源直降至400 V的單級系統(tǒng)供電方式，將面臨低壓設(shè)備及導(dǎo)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(tǒng)

35 kV進(jìn)線系統(tǒng)不設(shè)置母線，每路35 kV電源進(jìn)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(shè)置2個工作段和1個備用段；全站共設(shè)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(jīng)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(jīng)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(shè)置分段開關(guān)，當(dāng)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(tǒng)具體接線

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

初始階段其一般接線。智圣站2組主變壓器35 kV側(cè)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(nèi)，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(nèi)交流電源，接線如圖1所示。

圖1 智圣站獨(dú)用站用電接線

考慮合建后，智圣站2組主變壓器35 kV側(cè)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(nèi)，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(cè)各通過電纜引至臨沂換流站內(nèi)10 kV母線，臨沂站內(nèi)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(nèi)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(tǒng)接線

1.2.3 過渡方案建議

在臨沂換流站開始建設(shè)未正式投運(yùn)前，就需引入站用電源供施工、調(diào)試?？紤]到智圣站處于正常運(yùn)行狀態(tài)，臨沂換流站的建設(shè)、調(diào)試用電應(yīng)在盡量減少對智圣站正常運(yùn)行造成影響的前提下，并盡可能減少工程費(fèi)用，建議站用電系統(tǒng)按如下步驟進(jìn)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(diào)試需求。但取電費(fèi)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(fèi)用。

3）臨沂站投運(yùn)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(yùn)前獨(dú)立運(yùn)行，不受臨沂站施工調(diào)試的影響，大幅度減少因臨沂站建設(shè)而對智圣站站用電系統(tǒng)造成不利的可能性。

2 換流站負(fù)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(lián)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(nèi)，每極設(shè)高、低端2個閥廳，全站共設(shè)置4個閥廳。根據(jù)換流站閥組的運(yùn)行方式，換流站的站用電系統(tǒng)按閥組配置、閥組負(fù)荷與公用負(fù)荷分開的原則設(shè)計(jì)，以保證各種運(yùn)行方式下站用電的可靠性及靈性活。

全站的站用電負(fù)荷大致分為以下2類：第1類為各極閥組的輔助設(shè)備電源，這些負(fù)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(jī)組、閥冷卻設(shè)備等；第2類是公用負(fù)荷，不按極劃分，如繼電器室負(fù)荷、消防水泵、場地照明等。

因此，臨沂換流站全站設(shè)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(fù)荷中心。為保證每個12脈動換流閥組站用負(fù)荷供電的相對獨(dú)立性和可靠性，400 V站用電系統(tǒng)采用與每個閥廳相對應(yīng)的接線方式；公用負(fù)荷與閥組負(fù)荷分開，單獨(dú)設(shè)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(jìn)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(shè)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(yīng)每個12脈動閥組負(fù)荷；2個工作段對應(yīng)公用負(fù)荷，互為備用。

通過對臨沂換流站站用電負(fù)荷的統(tǒng)計(jì)匯總，負(fù)荷計(jì)算采用換算系數(shù)法，全站負(fù)荷總?cè)萘坎怀^10 000 kVA?？紤]一定的裕度，各負(fù)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(shè)計(jì)。

3 站用電系統(tǒng)控制保護(hù)配置方案

3.1 站用電的控制保護(hù)總體方案

特高壓換流站的站用電的控制系統(tǒng)與保護(hù)裝置為分別配置，不共用I/O數(shù)據(jù)采集單元。換流站的站用電監(jiān)控系統(tǒng)配置單獨(dú)的主機(jī)，雙重化設(shè)計(jì)。站用電保護(hù)按各保護(hù)區(qū)域單獨(dú)組屏。35 kV站用變保護(hù)按元件單獨(dú)配置，單重化設(shè)計(jì)；10 kV系統(tǒng)按母線和出線單重化配置保護(hù)裝置，與10 kV開關(guān)柜共同組屏。

對于站用電監(jiān)控系統(tǒng)硬件的問題，采取如下應(yīng)對措施：控制、保護(hù)系統(tǒng)分離，防止單一元件故障造成保護(hù)誤動；加強(qiáng)測量、數(shù)據(jù)傳輸通道、處理器死機(jī)的監(jiān)視，監(jiān)視測量信號的有效性。

3.2 35 kV、10 kV站用變壓器保護(hù)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(hù)裝置，主要包括以下保護(hù)功能：差動保護(hù)、高壓側(cè)過流保護(hù)、低壓側(cè)過流保護(hù)、過負(fù)荷保護(hù)、零序電流保護(hù)及非電量保護(hù)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(hù)裝置，但保護(hù)裝置的低壓側(cè)電流需改接至10 kV進(jìn)線開關(guān)柜。

對于10 kV/400 V站用變壓器，各配置1套主后備保護(hù)裝置，分散放置于各10 kV開關(guān)柜內(nèi)，主要包括以下保護(hù)功能：差動保護(hù)、過流保護(hù)、過負(fù)荷保護(hù)、零序過流保護(hù)及非電量保護(hù)等。

10 kV開關(guān)柜內(nèi)其他保護(hù)按常規(guī)直流工程的模式配置。10 kV母線設(shè)備保護(hù)裝置分散放置于各10 kV母線開關(guān)柜內(nèi)，包含有：電流速斷、過電流、低電壓等保護(hù)功能。10 kV分段保護(hù)裝置分散放置于各10 kV分段柜內(nèi)，含過電流保護(hù)等保護(hù)功能。10 kV進(jìn)線開關(guān)柜保護(hù)分散放置于各10 kV進(jìn)線柜內(nèi)，包含電流速斷保護(hù)等保護(hù)功能。

3.3 站用電控制方案

初始階段，在智圣站內(nèi)配置站用電系統(tǒng)測控裝置，接入變電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對智圣站站用電系統(tǒng)的控制、測量及監(jiān)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(shè)備在智圣500 kV變電站中建設(shè)。

最終階段，換流站內(nèi)直流控制保護(hù)系統(tǒng)采用站控層、控制層和就地層3層結(jié)構(gòu)，控制層和就地層設(shè)備完全雙重化配置。

站用變系統(tǒng)設(shè)備的控制采用雙重化的站用電控制柜實(shí)現(xiàn)，包括站用變壓器35 kV側(cè)進(jìn)線開關(guān)的切換控制、站用變壓器的分接頭控制、10 kV側(cè)進(jìn)線開關(guān)的切換控制、400 V側(cè)進(jìn)線開關(guān)的切換控制等。

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

兩站合建后，35 kV站用變及進(jìn)線考慮納入換流站的控制范圍，換流站內(nèi)雙重化配置35 kV站用變壓器高壓側(cè)接口柜，相關(guān)保護(hù)動作、站用變分接頭位置、開關(guān)位置等信號接入換流站監(jiān)控系統(tǒng)。因換流站的站用變壓器接口設(shè)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(hù)、35 kV站用變壓器及進(jìn)線開關(guān)等一次設(shè)備需要考慮并預(yù)留足夠的信號接口。

對于10 kV開關(guān)柜及換流站內(nèi)的各套400 V站用電系統(tǒng)，仍按常規(guī)特高壓直流工程的模式配置接口設(shè)備。10 kV開關(guān)柜接口設(shè)備按母線段配置及組屏，400 V系統(tǒng)接口設(shè)備按各套閥組及站公用400 V站用電系統(tǒng)分別配置及組屏。

4 結(jié)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(tǒng)采用合建方案；對合建站用電系統(tǒng)的初始和最終狀態(tài)接線進(jìn)行了描述，并結(jié)合兩站建設(shè)的先后順序提出了推薦的過渡接線方案。同時，對臨沂站內(nèi)部站用電系統(tǒng)的負(fù)荷、設(shè)備選型進(jìn)行研究，對各電壓等級站用變的控制和保護(hù)方案進(jìn)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(tǒng)合建；合建后的站用電系統(tǒng)設(shè)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(cè)，1路備用電源取自220 kV庫溝變電站；站用電系統(tǒng)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(shè)置2個工作段和1個備用段；根據(jù)工程建設(shè)時序，在智圣站運(yùn)行、臨沂站建設(shè)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(shè)的干擾；臨沂換流站站用電負(fù)荷總?cè)萘坎怀^ 10 000 kVA，全站設(shè)置5個負(fù)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(tǒng)與保護(hù)裝置為分別配置，不共用I/O數(shù)據(jù)采集單元。換流站的站用電監(jiān)控系統(tǒng)配置單獨(dú)的主機(jī)，雙重化設(shè)計(jì)。站用電保護(hù)按各保護(hù)區(qū)域單獨(dú)組屏，35 kV站用變壓器保護(hù)按元件單獨(dú)配置，單重化設(shè)計(jì)，10 kV系統(tǒng)按母線和出線單重化配置保護(hù)裝置，與10 kV開關(guān)柜共同組屏。