蒲皓

（西南電力設(shè)計(jì)院，成都市，610021）

0 引言

±800 kV特高壓換流站較常規(guī)換流站具有工程規(guī)模大、占地面積廣、接線復(fù)雜、運(yùn)行方式靈活、控制保護(hù)設(shè)備配置復(fù)雜、直流負(fù)荷容量大并且相對分散等特點(diǎn)[1-10]。為保證特高壓換流站控制、保護(hù)、監(jiān)視設(shè)備在正常情況下和事故情況下的正確動作，站用直流系統(tǒng)的設(shè)計(jì)必須可靠，資源利用最有效，設(shè)備配置及布置應(yīng)合理優(yōu)化。

本文以±800 kV復(fù)龍換流站和楚雄換流站站用直流系統(tǒng)為例，對特高壓換流站站用直流系統(tǒng)方案進(jìn)行詳細(xì)的論述。

1 工程概況

1.1 工程規(guī)模和接線

復(fù)龍換流站和楚雄換流站的建設(shè)規(guī)模均為1回±800 kV直流出線，采用雙極接線。與常規(guī)換流站相比，其接線的最大特點(diǎn)在于每極采用2個(gè)12脈動閥組串聯(lián)接線，閥組的電壓按“400 kV+400 kV”配置，每個(gè)閥組裝設(shè)旁路斷路器及隔離開關(guān)回路。

1.2 直流控制保護(hù)設(shè)備配置

復(fù)龍換流站和楚雄換流站分別采用南瑞繼保公司和許繼公司成套提供的滿足特高壓直流輸電工程要求的控制保護(hù)系統(tǒng)。兩站控制保護(hù)系統(tǒng)均以閥組作為最基本的控制保護(hù)對象，按雙極、極、閥組分別配置主機(jī)。以每個(gè)閥組作為基本單元進(jìn)行配置，可使各閥組控制功能和保護(hù)配置保持最大程度的獨(dú)立，以利于可以單獨(dú)退出1個(gè)閥組而不影響其他設(shè)備的正常運(yùn)行。同時(shí)，直流控制保護(hù)系統(tǒng)均按雙重化或多重化原則冗余配置。

1.3 二次設(shè)備布置

復(fù)龍換流站的閥廳及換流變采用“面對面”布置，控制樓采用“一主兩輔”布置方案。在極1、極2的低壓閥廳端設(shè)有主控樓，在極1高壓閥廳端設(shè)有極1輔控樓，在極2高壓閥廳端設(shè)有極2輔控樓。在主控樓中布置有各極及其低壓閥組的控制保護(hù)設(shè)備，在各極輔控樓中分別布置有各極高壓閥組的控制保護(hù)設(shè)備。

楚雄換流站的閥廳及換流變采用“一字型”布置，控制樓采用“一主一輔”布置方案。在極2的2個(gè)閥廳間設(shè)有主控樓，在極1的2個(gè)閥廳間設(shè)有輔控樓。在主控樓中布置有極2及其高、低壓閥組的控制保護(hù)設(shè)備，在輔控樓中布置有極1及其高、低壓閥組的控制保護(hù)設(shè)備。

2 站用直流系統(tǒng)

2.1 站用直流系統(tǒng)的電壓等級

換流站站用直流系統(tǒng)一般采用控制負(fù)荷和動力負(fù)荷合并供電，根據(jù)DL/T 5044－2004《電力工程直流系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》的規(guī)定，系統(tǒng)標(biāo)稱電壓可采用110 V或220 V。2種電壓等級在技術(shù)上各有優(yōu)缺點(diǎn)，且在國內(nèi)已投運(yùn)的換流站中均有成熟的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。根據(jù)運(yùn)行習(xí)慣，復(fù)龍換流站選用110 V電壓等級，楚雄換流站選用220V電壓等級。

在相同操作功率和供電距離情況下，采用220 V電壓時(shí)流經(jīng)電纜的電流比采用110 V小1倍，特別是在遠(yuǎn)距離供電時(shí)，電纜截面的減小將非常顯著。就特高壓換流站來說，其工程規(guī)模大，占地面積廣，直流電源供電距離相對更遠(yuǎn)，采用220 V電壓等級在電纜截面選擇上的優(yōu)勢更為突出。

對于控制保護(hù)設(shè)備所需的24 V直流電源，可通過110 V（220 V）/24 V直流電源變換器獲得，不設(shè)置單獨(dú)的24V直流系統(tǒng)。

2.2 站用直流系統(tǒng)方案配置

一般常規(guī)±500 kV換流站站用直流系統(tǒng)均采用按極設(shè)置方式，即極1、極2、站公用設(shè)備、交流場就地繼電器室分別設(shè)置1套獨(dú)立的直流系統(tǒng)。對±800 kV特高壓換流站來說，站公用直流系統(tǒng)和交流場直流系統(tǒng)的設(shè)置與常規(guī)換流站相同。針對特高壓換流站每極采用2個(gè)閥組串聯(lián)，全站共4個(gè)閥組的接線方案，其極用直流系統(tǒng)可采用2種不同的配置方案。

2.2.1 按閥組配置直流系統(tǒng)

復(fù)龍換流站采用按閥組配置直流系統(tǒng)的方案。全站共設(shè)4套閥組用直流系統(tǒng)，用于為各閥組的控制保護(hù)設(shè)備、閥廳事故照明以及各閥組的斷路器和隔離開關(guān)的直流電機(jī)等供電。極1、極2高壓閥組直流系統(tǒng)的設(shè)備分別布置在極1、極2輔控樓內(nèi)。極1、極2低壓閥組直流系統(tǒng)的設(shè)備分別布置在主控樓內(nèi)各極低壓閥組輔助設(shè)備室內(nèi)。

對于各極控制保護(hù)設(shè)備以及各極的斷路器和隔離開關(guān)的直流電機(jī)等負(fù)荷，設(shè)置直流分柜供電。各極直流分柜的電源由高、低壓閥組直流系統(tǒng)分別取1回直流電源并通過切換得到。極1如圖1所示，極2同理。

該配置方案與全站控制保護(hù)系統(tǒng)按閥組為基本單元獨(dú)立配置和站用交流系統(tǒng)按閥組設(shè)置站用變是對應(yīng)一致的，可提高供電可靠性，方便運(yùn)行人員在閥組檢修時(shí)可以同時(shí)退出該閥組直流電源檢修而不影響其他設(shè)備的正常運(yùn)行。當(dāng)某閥組直流系統(tǒng)的一組蓄電池故障退出時(shí)，閥組負(fù)荷可通過切換母線聯(lián)絡(luò)開關(guān)用另一組蓄電池帶全部負(fù)荷，極控制保護(hù)負(fù)荷可通過極用直流分柜電源進(jìn)線切換開關(guān)自動切換到另一閥組直流系統(tǒng)（雙套蓄電池組）供電。這樣在故障檢修期間將只降低對應(yīng)閥組的安全運(yùn)行可靠性，對整個(gè)極的可靠性影響不大。

同時(shí)，該方案比較適合全站“一主兩輔”的控制樓布置方式，每一極的高、低壓閥組的控制保護(hù)設(shè)備分別布置在不同的控制樓中，而且2個(gè)控制樓之間的距離較遠(yuǎn)，按閥組配置直流系統(tǒng)可有效地減少直流電纜長度，是比較合理的一種方案。

圖1 按閥組配置直流系統(tǒng)示意圖Fig.1 DC system configuration based on valves

2.2.2 按極配置直流系統(tǒng)

楚雄換流站采用按極配置直流系統(tǒng)的方案。全站共設(shè)2套極用直流系統(tǒng)，用于為各極及其高、低壓閥組的控制保護(hù)設(shè)備、閥廳事故照明等負(fù)荷供電。

極1直流系統(tǒng)的直流主柜布置在輔控樓極1控制保護(hù)設(shè)備室內(nèi)，極2直流系統(tǒng)的直流主柜布置在主控樓極2直流屏室內(nèi)。各極控制保護(hù)設(shè)備的直流負(fù)荷由直流主柜供電。同時(shí)在各極高、低壓閥組控制保護(hù)室均設(shè)置直流分柜為各閥組的控制保護(hù)設(shè)備、閥廳事故照明供電。極1配置如圖2所示，極2同理。

該配置方案沿用了常規(guī)換流站站用直流系統(tǒng)的配置方案，設(shè)備相對較少，接線簡單，運(yùn)行維護(hù)工作量小。但對1套極用直流系統(tǒng)來說，其同時(shí)對極和2個(gè)閥組的控制保護(hù)設(shè)備供電，只有在整個(gè)單極停運(yùn)時(shí)，才能退出整套直流系統(tǒng)進(jìn)行檢修，運(yùn)行維護(hù)相對不便。當(dāng)某組蓄電池故障退出時(shí)，運(yùn)行人員可通過聯(lián)絡(luò)開關(guān)用另一組蓄電池帶全部負(fù)荷，這樣在故障檢修期間將可能降低整個(gè)極的安全運(yùn)行可靠性。

同時(shí)，該方案也符合全站“一主一輔”的控制樓布置方式，同一極所有的控制保護(hù)設(shè)備均設(shè)置在同一控制樓中，考慮到設(shè)備及布置的經(jīng)濟(jì)性，采用按極配置直流系統(tǒng)的方案同樣是經(jīng)濟(jì)合理可行的。

2.3 站用直流系統(tǒng)的接線

考慮到特高壓換流站站用直流系統(tǒng)的用電負(fù)荷極為重要，對直流系統(tǒng)的可靠性要求亦非常之高，每套直流系統(tǒng)均設(shè)置2組蓄電池和3套充電裝置。直流母線采用單母線接線，每段母線接1組蓄電池和1套充電裝置，同容量公共備用充電裝置通過雙投開關(guān)可對2組蓄電池進(jìn)行充電。2段母線之間設(shè)有聯(lián)絡(luò)用刀開關(guān)。直流網(wǎng)絡(luò)采用輻射狀供電方式，根據(jù)負(fù)荷分布情況，設(shè)置直流分柜，以簡化供電網(wǎng)絡(luò)、減少饋線電纜。

2.3.1 復(fù)龍換流站直流系統(tǒng)接線

復(fù)龍換流站每套直流系統(tǒng)的接線保持了國網(wǎng)換流站工程的習(xí)慣，均設(shè)3段母線饋電柜，其中A、B段母線分別接入2組蓄電池，C段母線由A、B段母線切換而來，切換為自動切換，由直流接觸器實(shí)現(xiàn)，并裝設(shè)于C段饋電柜內(nèi)。直流控制保護(hù)設(shè)備的雙路工作電源和雙重化的保護(hù)裝置及斷路器跳閘線圈的電源分別由A、B段直流母線供電；對單電源供電要求的負(fù)荷（如斷路器保護(hù)、隔離開關(guān)控制電源、事故照明等）由C段直流母線供電。

圖2 按極配置直流系統(tǒng)示意圖Fig.2 DC system configuration based on poles

C段母線的設(shè)置提高了單電源負(fù)荷供電的可靠性，滿足了控制保護(hù)設(shè)備的供電要求，但也使得站用直流系統(tǒng)接線更為復(fù)雜，故障的幾率加大。站用直流系統(tǒng)不僅分直流主柜和分柜，而且采用A、B、C段母線，其中C段母線由A、B段母線自動切換而來。也就是說，直流主柜的A、B段為一級供電，C段為二級供電；直流分柜的A、B段為二級供電，C段為三級供電。這樣的多級供電方式增加了級差配合難度，在設(shè)計(jì)中應(yīng)密切注意饋線開關(guān)的保護(hù)動作電流和動作時(shí)間的上、下級差的配合，保證它們之間的電流級差不小于4級，且應(yīng)有足夠的靈敏系數(shù)。

2.3.2 楚雄換流站直流系統(tǒng)接線

楚雄換流站每套直流系統(tǒng)的接線沿用了南網(wǎng)換流站工程習(xí)慣，采用2段母線接線，每段母線接入1組蓄電池，正常時(shí)2段母線獨(dú)立運(yùn)行，在2段母線切換過程中允許2組蓄電池短時(shí)并列運(yùn)行。直流控制保護(hù)設(shè)備的雙路工作電源和雙重化的保護(hù)裝置及斷路器跳閘線圈的電源分別由2段直流母線供電；對其他單電源供電要求的負(fù)荷（如斷路器保護(hù)、事故照明等）則按其容量平均分接在2段直流母線上。

楚雄站站用直流系統(tǒng)雖然未設(shè)2段切換后的C段電源，但對站內(nèi)重要的單電源負(fù)荷，如隔離開關(guān)的控制電源，采用了由控制柜的2路工作電源切換后供電的方式，也就是將電源切換回路下放到下一級設(shè)備中。對斷路器保護(hù)、事故照明等單電源回路，采用按容量均分在2段直流母線上的供電，當(dāng)1組蓄電池故障時(shí)，可以通過聯(lián)絡(luò)開關(guān)手動切換至另1組蓄電池供電。

楚雄站站用直流系統(tǒng)的接線與南網(wǎng)常規(guī)換流站、變電站以及特高壓變電站的供電方式是一致的，符合設(shè)計(jì)習(xí)慣，有良好的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。

3 2種方案比較

綜上所述，復(fù)龍換流站和楚雄換流站站用直流系統(tǒng)的技術(shù)總結(jié)如表1所示。

特高壓換流站站用直流系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)以系統(tǒng)安全穩(wěn)定、方便運(yùn)行維護(hù)、經(jīng)濟(jì)合理為原則。

考慮到±800 kV直流換流站每極采用2個(gè)12脈動換流閥組串聯(lián)接線方案，對于極和閥組用直流系統(tǒng)的設(shè)置可采用“按極配置”和“按閥組配置”2種方案，這2種方案各有優(yōu)缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)可根據(jù)工程的具體情況和運(yùn)行管理要求以及二次設(shè)備的布置等進(jìn)行方案比較予以確定。

表1 2種方案技術(shù)比較Tab.1 Technical comparison of 2 schemes

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