徐海龍 陸琪

摘要：本文從換流站損耗構(gòu)成出發(fā)，分別介紹了站內(nèi)主要損耗設(shè)備及其損耗構(gòu)成，重點分析了影響設(shè)備損耗的因素，并從不同階段及角度提出了降低損耗的措施。

關(guān)鍵詞：換流站、能耗、換流變

0.前言

隨著直流開關(guān)設(shè)備及換流閥技術(shù)的快速發(fā)展，特高壓直流輸電以其輸送容量大、輸送損耗小、不存在同步問題等特點在輸變電領(lǐng)域顯示出越來越明顯的優(yōu)勢。然而由于換流站作為電能分配和電形式轉(zhuǎn)變的電氣設(shè)備集中地，換流站本身不會產(chǎn)生電能，而是消耗電能，因此分析及降低換流站能耗對于特高壓直流輸電有重要意義。

換流站的損耗可以分為生產(chǎn)設(shè)施產(chǎn)生的損耗及輔助生產(chǎn)設(shè)施的損耗。生產(chǎn)設(shè)施設(shè)備類型繁多，主要的耗能設(shè)備有換流變壓器、降壓變壓器、換流閥、平波電抗器、交直流濾波器、通流導(dǎo)線及其金具，其中通流導(dǎo)線及其金具損耗占全站損耗的比例很小，可以忽略不及。輔助生產(chǎn)設(shè)施主要為冷卻設(shè)備、采暖通風設(shè)備以及生產(chǎn)辦公用建筑物等。通常換流站的損耗約為換流站額定功率的0.5%～1% 。其中，換流變壓器和晶閥管換流閥的損耗在換流站總損耗占絕大部分（約71%～88%）。因此，要降低換流站的總損耗以節(jié)省能源，降低換流變壓器和晶閥管換流閥的損耗是關(guān)鍵。圖1-1為某±500kV變電站（送、受端）各主要生產(chǎn)設(shè)備耗損比例。

1.換流站主要設(shè)備損耗分析

1.1變壓器損耗分析

換流變壓器和降壓變壓器的電能損耗主要為空載損耗和負載損耗，按照其它直流工程經(jīng)驗，換流變損耗通常能占到總損耗的50%以上。換流變和降壓變壓器處于熱備用狀態(tài)產(chǎn)生的損耗為空載損耗（鐵耗）;在運行狀態(tài)下，變壓器的運行損耗應(yīng)為激磁損耗（即鐵芯損耗）和由電流大小決定的損耗（負荷損耗）之和。負載狀態(tài)下，諧波電壓將用在換流變上。當變壓器分接頭位置與負荷水平相適應(yīng)，交流系統(tǒng)電壓額定時，可認為負載運行時的鐵芯損耗等十空載損耗。（忽略諧波電壓對激磁電流的影響）

全站共有7 臺工作換流變（另有1 臺備用）、2臺500kV降壓站用變，1臺35kV站用變，為降低電能損耗，在設(shè)備的選擇上，盡可能的降低換流變及交流變壓器的空載損耗（鐵損），適當降低換流變及降壓變壓器的負載損耗（銅損），同時在系統(tǒng)設(shè)計中采用優(yōu)化設(shè)計，使換流變壓器及降壓變壓器的阻抗采用較低的數(shù)值，以減少電能的損失。

1.2 換流閥損耗

每個換流站均包含多個閥，每個換流閥又由多個電壓源換流器閥級構(gòu)成。因此先對每個閥級的損耗進行計算，再加起來得到所有閥的總損耗。換流閥損耗即絕緣柵雙極型晶體管（insulated gate bipolar transistor， IGBT）和二極管（diode）的損耗，包括通態(tài)損耗、開通損耗和關(guān)斷損耗。通態(tài)損耗通過每個器件的通態(tài)壓降、斜率電阻及電流平均和有效值來進行計算。開通損耗是通過定義每個器件在開通時的瞬態(tài)能量來計算的，然后對在每個基頻周期內(nèi)所有次數(shù)的開通能量進行相加得到總的開通損耗。對于關(guān)斷損耗也可采用同樣的方法進行計算，但需要使用瞬態(tài)關(guān)斷能量。此外，換流閥器件損耗還應(yīng)考慮關(guān)斷狀態(tài)下漏電流帶來的損耗，考慮該損耗非常小，一般忽略不計。因此，可得總的換流閥器件損耗主要由以上幾部分構(gòu)成。

損耗的計算公式涉及到的參數(shù)有運行參數(shù)，如直流電流、交流系統(tǒng)頻率、換流變壓器閥側(cè)空載線電壓以及設(shè)備固有參數(shù)。運行參數(shù)可通過搜集系統(tǒng)在不同運行方式和負荷水平下的運行特性參數(shù)得到，不同運行方式和負荷水平下的運行參數(shù)也互不相同。設(shè)備固有參數(shù)則通過搜集設(shè)備的出廠資料，必要時還需要做相應(yīng)試驗得到，不同運行方式和負荷水平下設(shè)備的固有參數(shù)一般不會變化，或變化的程度對損耗計算結(jié)果的影響可以忽略不計。

1.3平波電抗器損耗分析

平波電抗器中的電流是直流電流，并帶有諧波。平波電抗器損耗的直流分量應(yīng)由工廠試驗得到。諧波電流引起的繞組損耗取決于各負荷水平下的諧波電流幅值和對應(yīng)的諧波電阻值。如果采用鐵芯一-油箱結(jié)構(gòu)，還應(yīng)計算勵磁損耗。總的運行損耗應(yīng)為直流損耗、諧波損耗（及勵磁損耗）之和。

1.4站用電損耗分析

換流站中用電量較大的經(jīng)常性負荷主要有閥冷卻設(shè)備、換流變冷卻風扇、閥廳空調(diào)系統(tǒng)、各繼電器、控制樓和綜合樓空調(diào)用電，戶外端子箱及設(shè)備操作機構(gòu)中的防露干燥加熱，夜間照明用電。換流站中的冷卻設(shè)備較多，如換流變壓器、設(shè)備保溫帶、閥組冷卻設(shè)備及其空調(diào)系統(tǒng)等。通過技術(shù)性能來選擇效率高、能耗低的冷卻設(shè)備。

對閥廳空調(diào)設(shè)備，由于其功率大，且長時間運行，因而用電量較大。結(jié)合室內(nèi)外溫度及運行工況，合理調(diào)節(jié)空調(diào)容量，將有利于減少閥廳空調(diào)系統(tǒng)用電，節(jié)約能源。繼電器、控制室空調(diào)除滿足運行人員工作條件外，主要是為大量微電子設(shè)備提供適合的工作環(huán)境?？紤]目前電子設(shè)備技術(shù)日益成熟，對環(huán)境溫度要求基本能適應(yīng)大多自然溫度條件，運行階段可在事先了解設(shè)備要求后，綜合考慮室內(nèi)環(huán)境溫度控制和因環(huán)境溫度變化引起相對濕度變化對設(shè)備的影響，合理調(diào)節(jié)空調(diào)容量。

對戶內(nèi)安裝電氣設(shè)備，常規(guī)運行條件下一般采用自然對流通風散熱，盡可能減少機械通風，既有利節(jié)能，也能減少維護工作和噪聲污染。

戶外端子箱及設(shè)備操作機構(gòu)中的防露干燥加熱，通常采用溫、濕自動控制以降低經(jīng)常性能耗。

換流站夜間照明一般采用分層照明：正常巡視開低照度道路照明，設(shè)備維護檢修開局部強光照明。運行階段可根據(jù)實際情況調(diào)整照明燈具數(shù)量及照明層次。

2.結(jié)論

本專題從換流站運行中損耗著手，重點分析了換流變壓器、晶閘管、站用電設(shè)備損耗設(shè)備及其損耗來源，并從設(shè)計、設(shè)備選擇、運行等不同方面闡述了降低損耗的措施與建議。

本節(jié)通過分析，建議在設(shè)計伊始就要考慮如何減少損耗，通過利用新技術(shù)、更加合理的結(jié)構(gòu)布局在源頭上做到損耗的降低;其次在設(shè)備的選擇上要重要選擇低能耗產(chǎn)品，杜絕使用國家命令淘汰的產(chǎn)品設(shè)備，在設(shè)備層級保證換流站的綠色運行;投運期間運行人員應(yīng)根據(jù)本站實際情況及、相關(guān)站運行要求以及電網(wǎng)負荷綜合調(diào)整運行方式以達到降低能耗的目的。