王麗杰，許 斌，楊金根

(中南電力設(shè)計(jì)院，湖北 武漢 430071)

±800kV普洱換流站電氣設(shè)計(jì)特點(diǎn)

王麗杰，許 斌，楊金根

(中南電力設(shè)計(jì)院，湖北 武漢 430071)

糯扎渡電站送電廣東±800kV直流輸電工程(以下簡(jiǎn)稱糯扎渡直流工程)是南方電網(wǎng)公司繼云廣特高壓直流工程成功投運(yùn)之后又一個(gè)同電壓等級(jí)、同容量的直流輸電工程。普洱換流站是糯扎渡直流輸電工程的送端換流站。基于云廣工程設(shè)計(jì)及建設(shè)經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，介紹普洱換流站工程電氣設(shè)計(jì)特點(diǎn)、設(shè)計(jì)創(chuàng)新及經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，以期為今后同類特高壓直流換流站工程提供借鑒和參考。

特高壓直流輸電；普洱換流站；電氣設(shè)計(jì)。

1　工程概況

糯扎渡直流工程屬國(guó)家“十二五”西電東送重大能源建設(shè)項(xiàng)目和自主化示范工程，是繼云廣特高壓工程之后南方電網(wǎng)公司建設(shè)的第二個(gè)特高壓直流輸電工程。相比云廣特高壓工程，糯扎渡直流工程性能更加優(yōu)化，經(jīng)濟(jì)性更好，同時(shí)自主化程度、國(guó)產(chǎn)化設(shè)備比例進(jìn)一步提高。

糯扎渡直流工程送端普洱換流站位于云南省普洱市思茅區(qū)，直流額定電壓±800kV，直流出線1回，直流輸送功率5000MW。閥組采用雙極配置，每極2個(gè)12脈動(dòng)換流閥組串聯(lián)(400kV+400kV)接線。每極裝設(shè)1組TT12/24/45直流濾波器，并預(yù)留1組直流濾波器的位置。全站采用高低端閥廳“面對(duì)面”布置。500kV交流配電裝置采用戶外GIS設(shè)備一個(gè)半斷路器接線方式，全站4大組共18小組交流濾波器和并聯(lián)電容器分組，每小組容量160 Mvar，交流濾波器大組作為一個(gè)電氣元件接入交流500kV配電裝置。

2　電氣設(shè)計(jì)特點(diǎn)及創(chuàng)新

在總結(jié)云廣工程經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，結(jié)合普洱換流站工程情況，(設(shè)計(jì))在設(shè)備選型、平面布置、噪聲控制、換流變現(xiàn)場(chǎng)檢修試驗(yàn)方案等多方面做了大量?jī)?yōu)化創(chuàng)新設(shè)計(jì)工作。

2.1站內(nèi)設(shè)置多功能換流變現(xiàn)場(chǎng)廠房

普洱換流站高端HY換流變壓器采用的是閥側(cè)引線外置結(jié)構(gòu)，現(xiàn)場(chǎng)需設(shè)置廠房用于高端HY換流變壓器閥側(cè)外引線組裝。同時(shí)考慮到普洱換流站換流變壓器若運(yùn)行中出現(xiàn)故障返廠檢修實(shí)施難度大、周期長(zhǎng)、費(fèi)用高，綜合考慮各方面因素，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置多功能綜合性廠房，廠房在施工期間用于高端HY換流變閥側(cè)外引線組裝，換流站投運(yùn)后若出現(xiàn)換流變故障，可在廠房?jī)?nèi)實(shí)現(xiàn)解體檢修及檢修后的戶內(nèi)試驗(yàn)。

為了節(jié)省占地，節(jié)省工程造價(jià)，本工程提出了一種兼具檢修和試驗(yàn)功能的換流變壓器現(xiàn)場(chǎng)廠房設(shè)計(jì)技術(shù)方案，與分開建設(shè)檢修廠房和試驗(yàn)大廳相比，節(jié)省占地，節(jié)約工程造價(jià)。

首先，根據(jù)換流變壓器解體檢修設(shè)備及工藝流程進(jìn)行檢修廠房布置設(shè)計(jì)。對(duì)換流變壓器檢修環(huán)境要求較高、需大型修復(fù)設(shè)備的換流變壓器故障檢修工作在廠房?jī)?nèi)進(jìn)行，這類故障主要是針對(duì)需要進(jìn)箱檢查或吊罩吊芯等檢修工作。換流變解體檢修設(shè)備在廠房?jī)?nèi)布置見圖1。廠房分為主廠房和副廠房，副廠房布置氣相干燥室、空壓站、配電室、控制室、消防泵間等。

圖1　換流變壓器現(xiàn)場(chǎng)廠房?jī)?nèi)檢修設(shè)備平面布置圖

其次，根據(jù)換流變壓器試驗(yàn)項(xiàng)目方案及試驗(yàn)設(shè)備、空氣凈距等進(jìn)行試驗(yàn)大廳布置設(shè)計(jì)。試驗(yàn)設(shè)備采用移動(dòng)式或者通過氣墊車轉(zhuǎn)運(yùn)至相應(yīng)位置。試驗(yàn)大廳的設(shè)計(jì)尺寸除了要考慮各項(xiàng)試驗(yàn)布置接線和安全距離外，還要兼顧某項(xiàng)試驗(yàn)過程中，該試驗(yàn)項(xiàng)目不使用的其他大型試驗(yàn)設(shè)備儀器的擺放位置。以換流變壓器直流耐壓試驗(yàn)為例，試驗(yàn)期間廠房布置見圖2。

最后，基于不同功能分時(shí)錯(cuò)用使用原則(檢修時(shí)將試驗(yàn)設(shè)備移出廠房，試驗(yàn)時(shí)將檢修設(shè)備移出廠房)，綜合檢修廠房和試驗(yàn)大廳功能需求，設(shè)計(jì)同時(shí)滿足換流變壓器檢修和試驗(yàn)功能的換流變壓器現(xiàn)場(chǎng)廠房，設(shè)計(jì)尺寸75 m×39 m(長(zhǎng)×寬)。

圖2　換流變壓器直流耐壓試驗(yàn)平面布置圖

在換流站現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置具備換流變壓器解體檢修和戶內(nèi)試驗(yàn)的多功能廠房在國(guó)內(nèi)尚屬首次，為今后工程積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

2.2換流變壓器結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

普洱換流站換流變壓器采用移動(dòng)式BOXIN降噪設(shè)施，這也是首次在南網(wǎng)直流輸電工程中采用BOX-IN降噪設(shè)施。與聲屏障相比，BOX-IN可以更加有效降低換流變壓器噪聲對(duì)周圍環(huán)境的影響，同時(shí)移動(dòng)式BOX-IN更便于備用換流變更換，節(jié)省更換周期。但移動(dòng)式BOXIN對(duì)換流變壓器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有特殊接口要求，普洱換流站換流變壓器采用的是與云廣工程相同的西門子技術(shù)路線，為配合加裝移動(dòng)式BOXIN降噪設(shè)施，在云廣工程換流變壓器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，通過與廠家密切配合進(jìn)行了相應(yīng)的改進(jìn)措施，具體包括：

(1) 高端HY換流變冷卻器由云廣工程中布置在油箱上改為布置在油箱尾部；

(2) 換流變壓器油箱(頂部和側(cè)面)預(yù)留了BOX-IN降噪設(shè)施的安裝接口；

(3) 網(wǎng)側(cè)套管升高座抬高，以增大BOX-IN降噪設(shè)施與換流變本體頂部之間的空間高度，滿足運(yùn)行檢修維護(hù)的空間需求。

2.3電氣總平面布置優(yōu)化設(shè)計(jì)

在云廣工程經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，通過對(duì)各區(qū)域的平面布置優(yōu)化設(shè)計(jì)，普洱換流站實(shí)現(xiàn)了在有限的占地范圍內(nèi)的電氣布置，整個(gè)工程布置緊湊合理，節(jié)省了土地資源。

(1)直流極線出線構(gòu)架與直流濾波器高壓電容器懸吊構(gòu)架共用優(yōu)化設(shè)計(jì)。

普洱換流站站直流濾波器高壓電容器采用懸吊式安裝，每極直流濾波器高壓電容器需設(shè)懸吊構(gòu)架1榀，同時(shí)每極800kV直流出線需設(shè)構(gòu)架1榀。經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì)，將每極直流極線出線構(gòu)架與直流濾波器高壓電容器懸吊構(gòu)架共用，全站可節(jié)省2榀構(gòu)架，并節(jié)省占地面積，提高工程的經(jīng)濟(jì)性。

圖3　直流濾波器電容器懸吊構(gòu)架和直流極線出線構(gòu)架共用

(2)換流變壓器現(xiàn)場(chǎng)廠房在總平面上的布置設(shè)計(jì)。

換流變壓器現(xiàn)場(chǎng)廠房兼具換流變壓器解體檢修和戶內(nèi)試驗(yàn)的功能，廠房尺寸75 m×39 m×40 m(長(zhǎng)×寬×高)，占地面積很大。廠房宜布置在換流變壓器廣場(chǎng)附近，且要考慮搬運(yùn)通道，并設(shè)置搬運(yùn)軌道與換流變廣場(chǎng)搬運(yùn)軌道系統(tǒng)連通，以便于換流變壓器搬運(yùn)進(jìn)出廠房。結(jié)合站址電氣總平面布置，經(jīng)優(yōu)化后將廠房布置在500kV交流配電裝置區(qū)域南側(cè)、極1高端閥廳對(duì)面，廠房與閥廳換流變區(qū)域之間設(shè)有大件運(yùn)輸通道。受搬運(yùn)通道限制，換流變壓器橫向(閥側(cè)套管平行廠房大門方向)進(jìn)出廠房，搬運(yùn)大門尺寸按高端HY換流變壓器本體外形尺寸并考慮適當(dāng)預(yù)度，取17 m寬、8.5 m高。

(3) 500kV交流配電裝置采用GIS設(shè)備，GIL管母跨廠房搬運(yùn)大門優(yōu)化設(shè)計(jì)。

首次在南網(wǎng)直流輸電工程中采用戶外500kV GIS設(shè)備，與云廣工程交流配電裝置采用的敞開式設(shè)備相比，節(jié)省大量占地面積。同時(shí)，由于500kV GIS設(shè)備與布置在南側(cè)的兩大組交流濾波器之間設(shè)置有換流變壓器廠房，交流濾波器大組進(jìn)線的GIL管母線不可避免的要在廠房布置通過，為了不阻礙換流變壓器進(jìn)出廠房，經(jīng)優(yōu)化在廠房搬運(yùn)大門前設(shè)置約18 m寬、10 m高天橋，2回GIL管母線上下2層布置在天橋上跨過廠房搬運(yùn)大門。

(4) 500kV交流濾波器區(qū)域布置優(yōu)化。

對(duì)于500kV交流濾波器小組布置寬度尺寸，將小組間圍欄間距由常規(guī)的2 m優(yōu)化為1 m，圍欄間設(shè)電纜溝兼做巡視走道，全站共18小組交流濾波器，節(jié)省占地面積約1544 m2。

經(jīng)過以上布置優(yōu)化，普洱換流站圍墻內(nèi)布置緊湊，功能分區(qū)明確，呈現(xiàn)直流場(chǎng)－閥廳－交流場(chǎng)的流線型特點(diǎn)，4大組交流濾波器分別布置在南北兩側(cè)，占地小，呈蝶形布置，全站鳥瞰圖見圖4。與云廣直流工程相比，在同等額定直流輸送容量下，普洱換流站圍墻內(nèi)占地約18.844 hm2，約為云廣送端楚雄站的0.89倍，約為云廣受端穗東站的0.88倍。

圖4　普洱換流站鳥瞰圖

2.4換流變廣場(chǎng)軌道優(yōu)化設(shè)計(jì)

換流變的搬運(yùn)采用搬運(yùn)小車，每個(gè)換流變搬運(yùn)小車需要1組(2根)軌道作為其運(yùn)輸通道，每極高、低端12臺(tái)換流變，共需12組(24根)軌道。通過設(shè)計(jì)優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)面對(duì)面布置的高低端換流變1組雙軌共軌，全站共節(jié)省2組軌道，軌道布置系統(tǒng)更加整齊美觀。

2.5換流變壓器廣場(chǎng)區(qū)域電纜溝形式

為便于換流區(qū)域設(shè)備運(yùn)輸及美化該區(qū)域布置，首次在南網(wǎng)直流工程中換流變壓器廣場(chǎng)區(qū)域的電纜溝采用封閉式暗溝設(shè)計(jì)，在電纜溝交叉及轉(zhuǎn)彎處設(shè)置檢修孔便于運(yùn)行檢修，解決該區(qū)域采用常規(guī)電纜溝型式時(shí)溝蓋板過重的問題。為了便于電纜敷設(shè)施工及檢修，該區(qū)域電纜主通道采用1.4 m×1.0 m(寬×高)封閉暗溝，電纜分支通道采用1.0 m×1.0 m(寬×高)封閉暗溝，整個(gè)換流變廣場(chǎng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔明了，簡(jiǎn)單大氣，整體效果好。

2.6綠色智能照明設(shè)計(jì)

為貫徹南方電網(wǎng)公司綠色低碳、3CGP規(guī)定，普洱站進(jìn)行了綠色照明設(shè)計(jì)。對(duì)照明時(shí)間長(zhǎng)的主控室、站前區(qū)綜合樓前，選用LED照明燈具，充分利用LED燈具的節(jié)能、長(zhǎng)壽命的優(yōu)點(diǎn)。換流區(qū)域、交流開關(guān)場(chǎng)、直流開關(guān)場(chǎng)、交流濾波器場(chǎng)等設(shè)置投光燈，作為檢修和重點(diǎn)巡視時(shí)的照明，照明箱按區(qū)域分別設(shè)置在就近建筑物內(nèi)，并在主控樓控制室內(nèi)設(shè)置照明智能控制屏進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，極大方便了運(yùn)行使用。

2.7 新型鍍銅鋼接地材料的選用

普洱換流站的主接地網(wǎng)采用新型鍍銅鋼材料。鍍銅鋼接地材料與傳統(tǒng)鍍鋅鋼接地材料相比，電阻率低、耐腐蝕性強(qiáng)，采用放熱焊接連接，可靠性高，使用壽命長(zhǎng)，較純銅接地材料又具有一定的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，滿足換流站全壽命周期管理成本最小化要求。同時(shí)，考慮到本工程交流場(chǎng)GIS設(shè)備為戶外布置，為了快速流散GIS操作時(shí)產(chǎn)生的快速瞬態(tài)電流，GIS區(qū)域設(shè)置專用接地網(wǎng)，專用接地網(wǎng)采用銅導(dǎo)體，主接地網(wǎng)采用鍍銅鋼材料，避免了專用接地網(wǎng)與主接地網(wǎng)采用不同導(dǎo)體材料產(chǎn)生的腐蝕問題。

2.8應(yīng)用三維數(shù)字化技術(shù)設(shè)計(jì)

普洱換流站工程設(shè)計(jì)中應(yīng)用了三維數(shù)字化技術(shù)手段，設(shè)計(jì)準(zhǔn)確、直觀、高效。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作是從三維到二維，再?gòu)亩S到三維，依靠工程師的空間想象力和基本制圖技能完成空間設(shè)計(jì)，帶有局限性和特殊性，在工程進(jìn)度的約束下對(duì)詳細(xì)布置的經(jīng)濟(jì)性和優(yōu)化缺乏控制，效率也比較低。采用多專業(yè)協(xié)同的數(shù)字化三維設(shè)計(jì)方式可為業(yè)主提供高效、高質(zhì)的設(shè)計(jì)成品，為工程順利的開展提供技術(shù)保證。

圖5　應(yīng)用三維技術(shù)設(shè)計(jì)的高端閥廳布置圖

3　經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

3.1站內(nèi)站用電源引接

普洱換流站站內(nèi)設(shè)2臺(tái)500/35kV站用降壓變壓器。由于普洱換流站交流濾波器小組控制保護(hù)策略是按小組投切來(lái)設(shè)置，正常運(yùn)行情況下不會(huì)切除大組濾波器，結(jié)合總平面布置，2臺(tái)500/35kV站用降壓變壓器的高壓側(cè)分別接入兩組交流500kV濾波器ACF2、ACF3的大組母線，低壓側(cè)接35kV并聯(lián)電抗器和35/10kV站用變壓器。運(yùn)行提出，該接線方式下，若小組濾波器失靈而導(dǎo)致大組母線進(jìn)線斷路器器跳閘，會(huì)導(dǎo)致接在該大組母線下的站用電回路失電，雖然小組濾波器斷路器失靈故障為小概率時(shí)間，但仍對(duì)站用電可靠性有影響。鑒于站用電可靠性在換流站工程中的重要性，建議今后工程站內(nèi)站用電源引接優(yōu)先考慮從500kV交流配電裝置母線或串中引接。

3.235kV配電裝置總回路設(shè)置

普洱換流站每臺(tái)500/35kV站用降壓變壓器35kV側(cè)設(shè)2組45 Mvar并聯(lián)電抗器和1臺(tái)35/10kV站用變壓器，35kV采用單母線接線，初設(shè)階段方案中總回路不設(shè)斷路器。經(jīng)征詢運(yùn)行意見，在施工圖設(shè)計(jì)階段加裝總回路斷路器，原因如下：

(1)若35kV側(cè)沒有總出口斷路器，一旦35kV母線故障將直接造成500kV側(cè)跳閘，導(dǎo)致該500/35kV站用降壓變壓器失電，站用電失壓系統(tǒng)影響面擴(kuò)大，復(fù)電時(shí)又需要對(duì)變壓器進(jìn)行充電，操作繁瑣并且不利于變壓器的運(yùn)行，同時(shí)由于變壓器充電對(duì)低壓站用電系統(tǒng)造成沖擊，不利于設(shè)備的運(yùn)行和使用壽命；

(2)由于35kV側(cè)沒有設(shè)斷路器和隔離開關(guān)，35kV母線無(wú)法單獨(dú)開展檢修，同時(shí)由于沒有分級(jí)隔離，不便于設(shè)備故障排查。

3.3500kV GIS設(shè)備SF6氣體壓力表設(shè)置

SF6氣體泄漏是GIS設(shè)備最常見的故障類型，給GIS設(shè)備安全運(yùn)行帶來(lái)的很大的隱患，且SF6氣體泄漏故障持續(xù)周期長(zhǎng)，不易發(fā)現(xiàn)。因此，需要運(yùn)行人員加強(qiáng)對(duì)SF6氣壓的監(jiān)測(cè)和記錄。但在實(shí)際情況中，部分SF6氣體壓力表計(jì)設(shè)置位置較高、距離巡視走道較遠(yuǎn)，有的表計(jì)被其他零部件遮擋，給運(yùn)行抄錄帶來(lái)困難。今后工程中應(yīng)注意細(xì)節(jié)和人性化設(shè)計(jì)，表計(jì)配置安裝在便于運(yùn)行監(jiān)視的位置。

4　結(jié)語(yǔ)

普洱換流站在總結(jié)云廣工程經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，結(jié)合工程實(shí)際情況和特點(diǎn)，進(jìn)行了大量?jī)?yōu)化設(shè)計(jì)，配電裝置布置緊湊合理，功能分區(qū)清晰明確，節(jié)省了占地面積；大量新技術(shù)、新工藝采用，節(jié)約工程造價(jià)、提供工程可靠性及可用率，效益顯著。在今后工程設(shè)計(jì)中，應(yīng)充分重視運(yùn)行單位要求和建議，注重細(xì)節(jié)和人性化設(shè)計(jì)，進(jìn)一步提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。

[1] 余思遠(yuǎn)，謝超，郝志杰．云廣±800kV直流工程換流變壓器閥側(cè)套管出線裝置的安裝經(jīng)驗(yàn)[J]．南方電網(wǎng)技術(shù)，2010，4(4)．

[2] 趙林杰，等．±800kV換流變壓器現(xiàn)場(chǎng)檢修試驗(yàn)廠房的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J]．南方電網(wǎng)技術(shù)，2012，6(6)．

[3] 王麗杰，等．特高壓換流站換流變壓器現(xiàn)場(chǎng)組裝廠房及試驗(yàn)大廳設(shè)計(jì)方案研究 [J]．電力勘測(cè)設(shè)計(jì)，2014，(S2)．

[4] 高湛，李華．換流變移動(dòng)式BOX-IN 設(shè)計(jì)[J]．電力建設(shè)，2010，31(9)．

Electric Design Characteristics of ±800kV Pu'er Converter Station

WANG Li-jie, XYU Bin, YANG Jin-gen
(Central Southern China Electric Power Design Institute, Wuhan 430071, China)

Nuozhadu - Guangdong ±800kV DC transmission project (Nuozhadu - Guangdong UHVDC project) is an other UHVDC project in Southern Power Grid with the same voltage level and the same capacity as Yun-Guang UHVDC project. Pu'er converter station is rectifier station of Nuozhadu - Guangdong UHVDC project. Based on the comparison of Yun-Guang UHVDC project engineering design and construction, the electric design features and innovations in Pu'er converter station are introduced, and the design comparisons are su mmarized, which provides helpful suggestions andd referendce for following-up UHVDC projects.

UHVDC; Pu'er converter station; electric design.

TM63

B

1671-9913(2016)05-0055-06

2015-12-21

王麗杰(1978- )，女，黑龍江佳木斯人，碩士，高級(jí)工程師，從事電氣設(shè)計(jì)及研究工作。