±800kV換流站換流變組裝場(chǎng)地優(yōu)化

種芝藝，黃 杰，徐昌云，胡文華

(1.國(guó)家電網(wǎng)直流建設(shè)有限公司，北京市，100005；2.華東電力設(shè)計(jì)院，上海市，200063)

0 引言

±800kV特高壓直流換流站總平面布置和總占地大小，直接關(guān)系到工程投資、設(shè)備與人員安全、設(shè)備運(yùn)行維護(hù)等，是換流站設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容。而特高壓換流站總平面布置和總占地與換流變組裝場(chǎng)地的大小有十分密切的關(guān)系，因而進(jìn)行換流變組裝場(chǎng)地的優(yōu)化研究，減小特高壓換流站總占地，保障特高壓直流工程的順利建設(shè)，具有十分重要的工程價(jià)值。

換流變組裝場(chǎng)地通常指換流站內(nèi)為換流變的組裝、檢修、更換所設(shè)置的一塊專(zhuān)用場(chǎng)地。由于換流變形體較大，故該組裝場(chǎng)地通常較大，是換流站內(nèi)最大的一塊空地，占全站總占地面積的6%～12%。

換流變組裝場(chǎng)地的確定涉及到換流變壓器外形尺寸、換流變安裝組織原則、換流變布置方式等內(nèi)容。本文在對(duì)換流變安裝組織原則和布置方式等關(guān)鍵因素進(jìn)行分析優(yōu)化的基礎(chǔ)上，提出±800kV特高壓換流站中換流變組裝場(chǎng)地的基本確定原則，并應(yīng)用在我國(guó)特高壓直流輸電項(xiàng)目中，獲得了較好的工程應(yīng)用價(jià)值。

1 ±500kV換流站換流變組裝場(chǎng)地確定經(jīng)驗(yàn)

±500kV換流站中換流變通常采用一字型布置方式，即全站的所有工作換流變成一列式緊靠著閥廳布置。據(jù)此，±500kV換流站中換流變組裝場(chǎng)地寬度通常指從閥廳防火墻至組裝場(chǎng)地運(yùn)輸?shù)缆分行木€的距離，組裝場(chǎng)地長(zhǎng)度則由閥廳布置所需尺寸控制。

由于換流變匯流配電裝置、換流變類(lèi)型等的不同，我國(guó)現(xiàn)有的±500kV直流工程中換流變組裝場(chǎng)地寬度而有所不同，大多控制在45～50 m。在三滬直流工程中，華新?lián)Q流站換流變采用BOX-IN形式，其換流變交流側(cè)匯流母線采用架空導(dǎo)線。按照“換流變組裝、檢修時(shí)后端應(yīng)留有其他換流變通過(guò)的空間”的原則，華新站換流變組裝場(chǎng)地寬度確定要點(diǎn)如下：

（1）工程換流變防火墻的長(zhǎng)度為17.5 m，換流變本體（包括套管，不包括冷卻器）的長(zhǎng)度約為18 m；

（2）換流變組裝時(shí)，其套管對(duì)防火墻至少需保證3 m的凈距以利于套管的安裝；

（3）換流變的運(yùn)輸通道按6 m考慮；

則所需的最小場(chǎng)地尺寸為44.5 m，結(jié)合總布置，本工程該區(qū)域按45 m設(shè)計(jì)。

2 ±800kV換流站組裝場(chǎng)地確定的關(guān)鍵影響因素

換流變組裝場(chǎng)地的確定涉及到換流變外形尺寸、換流變布置方式、換流變安裝組織原則、換流變匯流母線、周?chē)ǎ?gòu)）筑物分布等，換流變安裝組裝原則是其中最關(guān)鍵的因素。

2.1 換流變形體尺寸

換流變壓器外形尺寸是影響組裝場(chǎng)地確定的基本因素，主要包括直流側(cè)套管長(zhǎng)度變化和換流變冷卻器等附件的布置位置影響。ABB技術(shù)的換流變閥側(cè)套管大多采用水平布置方式（略有傾斜），而SIEMENS技術(shù)的換流變則大多采用垂直布置方式。由于在吊裝套管時(shí)，SIEMENS換流變的閥側(cè)套管可深入換流變防火墻空間內(nèi)，因而可降低對(duì)組裝場(chǎng)地寬度的要求。BOX-IN形式的換流變，其冷卻器（風(fēng)扇）隨換流變本體一起移動(dòng)；而非BOX-IN形式的換流變，其冷卻器（風(fēng)扇）在換流變移動(dòng)時(shí)是拆卸的，因而換流變總長(zhǎng)有所減小，從而對(duì)組裝場(chǎng)地寬度的要求也有所降低。

2.2 換流變布置方式

換流變布置方式（包括閥廳布置方式）是影響組裝場(chǎng)地的重要因素。在±800kV換流站中，全站共有4個(gè)閥廳和多個(gè)控制樓，閥廳、換流變布置方式多樣。采用閥廳、換流變一字型布置方式時(shí)，組裝場(chǎng)地寬度較小，但長(zhǎng)度為4個(gè)閥廳長(zhǎng)度的總和，組裝場(chǎng)地呈狹長(zhǎng)形；采用閥廳、換流變面對(duì)面布置時(shí)，組裝場(chǎng)地寬度有所加大，但長(zhǎng)度僅為1個(gè)閥廳的長(zhǎng)度，有利于全站總布置的優(yōu)化。

2.3 換流變安裝組織原則

換流變安裝組織原則是確定組裝場(chǎng)地的主要因素。換流變安裝組織原則應(yīng)結(jié)合換流變生產(chǎn)交貨進(jìn)度、工程建設(shè)工期要求、現(xiàn)場(chǎng)施工組織管理、場(chǎng)地實(shí)際受限情況等最終確定。不同的換流變安裝組織原則對(duì)組裝場(chǎng)地的大小要求有非常大的不同，尤其是在特高壓直流換流站中，全站共有24臺(tái)工作換流變和4臺(tái)備用換流變，科學(xué)的安裝組織原則將大大提高組裝場(chǎng)地利用效率和換流變安裝施工效率，為加快工程進(jìn)度和減小換流站占地提供技術(shù)保證。

2.4 建（構(gòu)）筑物等的限制

在確定換流變組裝場(chǎng)地時(shí)，還應(yīng)考慮場(chǎng)地周?chē)慕ǎ?gòu)）筑物等的限制。當(dāng)某些建（構(gòu)）筑物的基礎(chǔ)或結(jié)構(gòu)件放置在該區(qū)域影響了換流變的組裝、檢修時(shí)，應(yīng)結(jié)合經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較，通過(guò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化、布置調(diào)整等措施減小建（構(gòu)）筑物的影響，否則應(yīng)適當(dāng)加大組裝場(chǎng)地。如換流變匯流母線采用支持管母方案布置在防火墻外側(cè)時(shí)，其對(duì)組裝場(chǎng)地要求將大大增大，此時(shí)應(yīng)考慮是否可以改為架空母線方案。

3 特高壓換流站換流變組裝場(chǎng)地的優(yōu)化

3.1 換流變布置方式的確定

我國(guó)的直流特高壓輸電工程額定輸送功率達(dá)6400～7200MW，換流閥采用每極2個(gè)12脈動(dòng)閥組串聯(lián)的接線方式，換流變壓器采用單相雙繞組變壓器，故每站共設(shè)4個(gè)閥廳、共需24臺(tái)工作換流變（另設(shè)4臺(tái)備用換流變）。閥廳和換流變采用高、低端閥廳面對(duì)面布置方式，每個(gè)閥廳對(duì)應(yīng)的6臺(tái)換流變一字排開(kāi)布置于閥廳同一側(cè)，如圖1所示。

換流變組裝場(chǎng)地指同一極的高、低端閥廳間的布置空間，包括換流變防火墻長(zhǎng)度。由圖1可知，換流變組裝場(chǎng)地共有2塊，每塊組裝場(chǎng)地內(nèi)布置有12臺(tái)工作換流變。換流變匯流母線設(shè)置于換流變上方，通過(guò)架空軟導(dǎo)線接入500kV配電裝置。

3.2 換流變組裝原則的確定

換流變組裝場(chǎng)地是進(jìn)行換流變安裝、試驗(yàn)、維護(hù)、檢修、更換的重要場(chǎng)所，也是影響換流站總占地的重要因素。不同安裝、施工、檢修原則，其場(chǎng)地要求各不相同，因而對(duì)組裝原則進(jìn)行充分、整體的考慮和討論十分必要。

結(jié)合±500kV換流站換流變安裝組織工程經(jīng)驗(yàn)，可以得到±800kV換流站中可采用幾種換流變組裝原則。

組裝原則1：允許同一場(chǎng)地內(nèi)的換流變同時(shí)進(jìn)行組裝，并留有其他換流變的運(yùn)輸通道。在組裝原則1下，12臺(tái)換流變可在組裝場(chǎng)地上同時(shí)進(jìn)行安裝、濾油、試驗(yàn)等工作；同時(shí)，12臺(tái)換流變的到貨順序與布置位置無(wú)關(guān)，這樣就減小了對(duì)變壓器制造、運(yùn)輸、組裝等外圍條件的限制，在人力不受限制的情況下，可最大程度地加快工程建設(shè)進(jìn)度，避免安裝施工過(guò)程中換流變故障、不按期到貨等不確定因素對(duì)工程工期的影響。但是，在該原則下，組裝場(chǎng)地面積將增大約50%，尤其是在工程建設(shè)完成后，該場(chǎng)地僅在更換換流變時(shí)才使用，在大部分的時(shí)間內(nèi)均空置，造成較大的土地資源浪費(fèi)。

組裝原則2：允許布置在同一側(cè)的換流變同時(shí)進(jìn)行組裝，并留有其他換流變的運(yùn)輸通道。在組裝原則2下，要求同時(shí)進(jìn)場(chǎng)的換流變?yōu)橥婚y組單元的換流變，如6臺(tái)高端換流變（或低端換流變），待其組裝完畢后統(tǒng)一推入安裝位置，然后才允許另外的6臺(tái)低端換流變（或高端換流變）進(jìn)入組裝場(chǎng)地。因考慮設(shè)置了其他換流變的運(yùn)輸通道，故同一閥組單元的6臺(tái)換流變的到貨先后順序與布置位置無(wú)關(guān)，無(wú)嚴(yán)格要求。顯然，該組裝原則下同一極的12臺(tái)換流變安裝周期將比組裝原則1下的長(zhǎng)，但減小了組裝場(chǎng)地和換流站總占地面積，節(jié)約了國(guó)家土地資源。

組裝原則3：允許布置在同一側(cè)的換流變同時(shí)進(jìn)行組裝，但不考慮其他換流變的運(yùn)輸通道。組裝原則3是在組裝原則2的基礎(chǔ)上，取消了運(yùn)輸通道，進(jìn)一步減小了組裝場(chǎng)地占地面積，但也因此對(duì)換流變到貨順序和施工組織有嚴(yán)格的要求。在組裝原則3下，除對(duì)不同閥組單元的換流變有到貨順序要求外，對(duì)同一閥組單元的6臺(tái)換流變的到貨順序也有嚴(yán)格要求，其到貨順序與布置位置有關(guān)，即要求同一閥組單元的6臺(tái)換流變中，遠(yuǎn)離主運(yùn)輸?shù)缆返膿Q流變（如HY或LY）先到并先進(jìn)入組裝位置，靠近主運(yùn)輸?shù)缆返膿Q流變（如HD或LD）后到并后進(jìn)入組裝位置。

綜合對(duì)比各組裝原則特點(diǎn)，考慮到要盡量節(jié)省國(guó)家土地資源、減小±800kV換流站占地，以及±800kV換流站建設(shè)中換流變?cè)O(shè)計(jì)、制造難度和其他不確定性因素，為降低現(xiàn)場(chǎng)施工組織要求，保證工程的順利實(shí)施，建議±800kV換流站換流變組裝采用組裝原則2進(jìn)行，即允許布置在同一側(cè)的換流變同時(shí)進(jìn)行組裝，并留有其他換流變的運(yùn)輸通道。

3.3 ±800kV換流站組裝場(chǎng)地的確定

±800kV換流站中換流變組裝場(chǎng)地的確定，即閥廳間間距的確定，需綜合考慮換流變組裝時(shí)的用地要求和更換時(shí)的檢修占地要求。

3.3.1 換流變安裝時(shí)的場(chǎng)地要求

在±800kV換流站中，換流變從大件運(yùn)輸碼頭上岸后通過(guò)大件運(yùn)輸平板車(chē)運(yùn)至站內(nèi)，并直接運(yùn)至組裝基礎(chǔ)附近就地卸貨，避免了換流變?cè)诮M裝完成后再進(jìn)行長(zhǎng)距離的移位。換流變?cè)诎惭b位置就位后，要求其后側(cè)留有其他換流變的運(yùn)輸通道。

此時(shí)，換流變安裝時(shí)的場(chǎng)地寬度為

式中：W1為換流變安裝時(shí)組裝場(chǎng)地寬度，m；LF1為高端換流變防火墻長(zhǎng)度，m；LF2為低端換流變防火墻長(zhǎng)度，m；LT1為高端換流變總長(zhǎng)度，m；LT11為高端換流變箱體中心至閥側(cè)套管的長(zhǎng)度，m；LT12為低端換流變箱體中心至閥側(cè)套管的長(zhǎng)度，m；WT為預(yù)留的運(yùn)輸通道寬度，一般按6 m考慮；M1為各部件對(duì)安裝空間的其他要求，如套管與防火墻間的安裝空間，按2 m考慮。

針對(duì) ABB換流變壓器，LF1=17.5 m，LF2=16 m，LT1=25 m，LT11=16 m，LT12=12.5 m，則 ABB 換流變安裝時(shí)要求的組裝場(chǎng)地寬度為W1=66.5 m。

ABB和SIEMENS換流變安裝時(shí)的組裝場(chǎng)地要求分別如圖2、3所示。

3.3.2 換流變檢修更換時(shí)的場(chǎng)地要求

特高壓直流換流站中，同一極的高、低端閥廳采用面對(duì)面布置方式，同一極的高、低端換流變的布置角度為反向（套管朝向相反），不同極的高端（或低端）換流變布置角度也為反向，這種特點(diǎn)使得在換流變檢修更換時(shí)，備用換流變不論采用何種布置角度，其進(jìn)入極1組裝場(chǎng)地或極2組裝場(chǎng)地時(shí)，必然需要進(jìn)行換流變本體轉(zhuǎn)向。因而，換流變檢修更換時(shí)如何實(shí)現(xiàn)換流變的轉(zhuǎn)向是影響組裝場(chǎng)地的重要因素之一。

換流變的轉(zhuǎn)向方式可分為專(zhuān)用場(chǎng)地轉(zhuǎn)向方式和組裝場(chǎng)地轉(zhuǎn)向方式2種，其中，專(zhuān)用場(chǎng)地轉(zhuǎn)向方式需單獨(dú)設(shè)置一塊場(chǎng)地用于換流變本體轉(zhuǎn)向，而組裝場(chǎng)地轉(zhuǎn)向方式時(shí)，換流變的轉(zhuǎn)向在組裝場(chǎng)地內(nèi)完成，不需要額外設(shè)置場(chǎng)地。采用何種方式應(yīng)結(jié)合備用變布置位置進(jìn)行具體分析決定。

（1）專(zhuān)用場(chǎng)地轉(zhuǎn)向方式。當(dāng)備用變?cè)趯?zhuān)用場(chǎng)地進(jìn)行轉(zhuǎn)向后再進(jìn)入組裝場(chǎng)地，其所需空間與換流變安裝時(shí)的基本相同，需要考慮換流變安裝空間和過(guò)車(chē)通道。唯一不同的是，對(duì)于SIEMENS換流變，換流變?cè)谲壍郎弦苿?dòng)時(shí)其套管和防火墻間應(yīng)保持一定的安全間隙。因而，參考圖2和圖3，當(dāng)換流變?cè)O(shè)置專(zhuān)用場(chǎng)地轉(zhuǎn)向時(shí)，ABB換流變組裝場(chǎng)地寬度W2=66.5 m，SIEMENS換流變組裝場(chǎng)地寬度W2=76 m。

（2）組裝場(chǎng)地轉(zhuǎn)向方式。當(dāng)備用變保持原方向進(jìn)入組裝場(chǎng)地后再進(jìn)行本體轉(zhuǎn)向，則組裝場(chǎng)地所需空間有所增大，此時(shí)，組裝場(chǎng)地可按公式2計(jì)算：

ABB和SIEMENS換流變更換時(shí)的組裝場(chǎng)地要求分別如圖4、5所示，可以看出ABB換流變更換時(shí)組裝場(chǎng)地最小寬度為W3=69.5 m，SIEMENS換流變更換時(shí)組裝場(chǎng)地最小寬度為W3=82 m。

3.3.3 組裝場(chǎng)地要求

在組織原則2下，±800kV換流站中換流變?cè)诟鞣N工況時(shí)對(duì)組裝場(chǎng)地的要求如表1所示。

在實(shí)際工程中，換流變組裝場(chǎng)地尺寸應(yīng)取安裝時(shí)和更換時(shí)數(shù)值中的較大者，并考慮一定的工程裕度。

我國(guó)現(xiàn)有的向家壩—上?！?00kV特高壓直流輸電示范工程奉賢換流站中，閥廳、換流變區(qū)域布置和備用換流變布置位置如圖6所示。

表1 ±800kV換流站組裝場(chǎng)地要求Tab.1 Yard requirements for±800kV converter station assembling m

在奉賢換流站中，4臺(tái)備用換流變分散布置在直流場(chǎng)和交流場(chǎng)。由圖6可知，在靠近交流場(chǎng)的軌道交界處，該區(qū)域周?chē)容^空曠，可以滿足換流變轉(zhuǎn)向的要求，因而將該區(qū)域作為專(zhuān)用轉(zhuǎn)向場(chǎng)地，所有的備用變均在該位置完成轉(zhuǎn)向后再推入合適的安裝位置，從而一定程度上減小了占地。根據(jù)表1可知，對(duì)于ABB換流變組裝場(chǎng)地W=66.5 m，SIEMENS換流變W=76 m，即可滿足工程建設(shè)需要。在實(shí)際工程中，奉賢換流站組裝場(chǎng)地按77 m進(jìn)行設(shè)計(jì)。

4 結(jié)論

±800kV換流站中換流變組裝場(chǎng)地的確定需綜合考慮換流變、防火墻、換流變組裝原則、換流變安裝與更換的差異性等多種因素的影響，其中換流變組裝原則是確定組裝場(chǎng)地的關(guān)鍵因素。

在±800kV換流站中，為盡量節(jié)省國(guó)家土地資源，建議換流變組裝按照“允許布置在同一側(cè)的換流變同時(shí)進(jìn)行組裝，并留有其他換流變的運(yùn)輸通道”的原則進(jìn)行，則綜合考慮換流變安裝和檢修、更換時(shí)的場(chǎng)地需要，±800kV換流站組裝場(chǎng)地可按77 m設(shè)計(jì)。

[1]北京網(wǎng)聯(lián)直流工程技術(shù)有限公司.向家壩—上?！?00kV特高壓直流輸電工程功能規(guī)范書(shū)[R].2006.

[2]DL/T 5223—2005高壓直流換流站設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定[S].

[3]中國(guó)電力工程顧問(wèn)集團(tuán)公司，華東電力設(shè)計(jì)院.向家壩－上?！?00kV特高壓直流輸電示范工程初步設(shè)計(jì)：第六卷專(zhuān)題報(bào)告[R].2007.

[4]劉振亞.特高壓直流輸電技術(shù)研究成果專(zhuān)輯(2005)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2006.

[5]劉振亞.特高壓直流輸電技術(shù)研究成果專(zhuān)輯(2006)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2008.

[6]陳國(guó)榮.換流站選站與換流變運(yùn)輸?shù)年P(guān)系[J].南方電網(wǎng)技術(shù)研究，2006，2（4）：58-60.

[7]孫優(yōu)良，王清璞，李文平，等.±800kV直流輸電工程用換流變壓器的研發(fā)[J].電力設(shè)備，2006，7(11):17-20.

[8]林永生.南橋500kV超高壓直流換流站的建設(shè)[J].電力建設(shè)，1990，11(8):28-32.

[9]張勁松.高壓直流換流站噪聲綜合治理研究[J].電力建設(shè)，2007，28(8):14-16.

[10]申衛(wèi)華，胡明，王黎彥，等.特高壓直流換流站直流場(chǎng)型式比較及選擇[J].電力建設(shè)，2007，28(5):8-11.

[11]宿志一,范建斌,谷琛,等.高壓直流換流站污穢水平預(yù)測(cè)方法研究[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào),2007,27(13):1-5.

[12]汲勝昌,寇小括,李彥明.換流站中電容器裝置噪聲水平計(jì)算方法的研究[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào),2006,26(3):112-118.

[13]韓輝,吳桂芳,陸家榆.±800kV換流站閥廳與換流變壓器采用一字形或面對(duì)面布置的噪聲分析[J].電網(wǎng)技術(shù),2008,32(9):1-5.

[14]馬為民,聶定珍,曹燕明.向家壩-上海±800kV特高壓直流工程中的關(guān)鍵技術(shù)方案[J].電網(wǎng)技術(shù),2007(11).

[15]崔明德,劉連光,孫中明.溪洛渡和向家壩特高壓直流輸電換流站接地極型式的研究[J].電網(wǎng)技術(shù),2007,31(10):17-21.

[16]宋書(shū)才,王建民,張喜樂(lè),等.特高壓換流變壓器電磁場(chǎng)特性的數(shù)值應(yīng)用研究[J].電力建設(shè),2007,28(7):14-18.