±500 kV團(tuán)林換流站的自主化設(shè)計(jì)

張先偉，馮春業(yè)，鄒榮盛，尹洪江，王幼軍

(中南電力設(shè)計(jì)院，武漢市，430071)

0 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，土地資源日益緊缺，輸電走廊已成為限制電網(wǎng)發(fā)展的重要因素。采用同塔多回、大截面導(dǎo)線等先進(jìn)技術(shù)，對(duì)現(xiàn)有電網(wǎng)進(jìn)行改造，提高單位通道輸電能力，是電力工業(yè)走可持續(xù)發(fā)展道路必須遵循的重要原則，也是國家電網(wǎng)公司貫徹國家提出建設(shè)“資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)”要求的具體體現(xiàn)。

荊門—上?！?00 kV直流工程充分利用葛滬直流線路走廊，采用直流線路同桿并架技術(shù)建設(shè)2回超高壓直流輸電工程，對(duì)保證三峽地下電站電力安全送出，實(shí)現(xiàn)華中、華東電網(wǎng)互補(bǔ)，緩解華東地區(qū)日益緊張的環(huán)保、交通運(yùn)輸、土地供應(yīng)等壓力都具有重要意義。

荊門—上海 ±500 kV直流工程輸電電壓為±500 kV，額定電流為3 kA，雙極額定輸送容量為3 000 MW，直流輸電線路長(zhǎng)度為1 018.393 km，其中915.546 km與葛滬直流工程為同塔雙回架設(shè)。

荊門—上?！?00 kV直流輸電工程的系統(tǒng)研發(fā)、成套設(shè)計(jì)、設(shè)備制造和工程施工調(diào)試全部由國內(nèi)企業(yè)承擔(dān)，交、直流設(shè)備實(shí)現(xiàn)了100％國產(chǎn)化。在工程設(shè)計(jì)、設(shè)備制造、施工調(diào)試中遇到的各種問題及其解決方法，以及工程建設(shè)中的管理經(jīng)驗(yàn)，都為今后直流工程建設(shè)提供了重要參考［1-7］。

1 技術(shù)方案

±500 kV團(tuán)林換流站是荊門—上海±500 kV直流工程的起點(diǎn)，站址位于湖北省荊門市掇刀區(qū)團(tuán)林鎮(zhèn)趙廟村，換流站圍墻內(nèi)占地面積為104 560 m2，團(tuán)林換流站的主要技術(shù)方案如下：輸送容量為3 000 MW，直流電壓為±500 kV，直流電流為3 kA，換流變交流母線電壓為±500 kV；采用12脈動(dòng)換流器，換流閥結(jié)構(gòu)形式為戶內(nèi)式二重閥，電壓為250 kV，電流為3 kA，外冷卻方式為水冷；無功補(bǔ)償容量為1 900 Mvar；交流配電裝置形式為HGIS；直流場(chǎng)類型為戶外式，采用光纖通信。

2 設(shè)計(jì)原則及自主化特點(diǎn)

團(tuán)林換流站設(shè)計(jì)分為成套設(shè)計(jì)和工程設(shè)計(jì)2部分。成套設(shè)計(jì)主要包括系統(tǒng)研究、直流主設(shè)備規(guī)范和閥廳設(shè)計(jì)，由北京網(wǎng)聯(lián)直流工程有限公司完成。工程設(shè)計(jì)包括初步設(shè)計(jì)、常規(guī)交流設(shè)備規(guī)范以及施工圖設(shè)計(jì)，由中南電力設(shè)計(jì)院負(fù)責(zé)完成。

2.1 設(shè)計(jì)原則

(1)500 kV直流采用雙極直流接線，每極使用1個(gè)12脈沖閥組，500 kV交流采用1個(gè)半斷路器接線。交流濾波器采用大組接入1個(gè)半斷路器配電裝置串中。

(2)500 kV交流配電裝置采用HGIS設(shè)備、懸吊管型母線。500 kV交流向東和向西出線，間隔寬度為28 m。

(3)晶閘管換流閥采用光電觸發(fā)、空氣絕緣、水冷卻、戶內(nèi)式、懸吊式安裝。閥冷卻系統(tǒng)的二次冷卻方式采用水冷卻方式。

(4)換流變壓器采用單相雙繞組形式，兩極共設(shè)12+2臺(tái)，其中2臺(tái)為備用相。平波電抗器采用油浸式，每極1臺(tái)，另設(shè)1臺(tái)備用。

(5)直流場(chǎng)采用戶外式布置方式。

(6)交流濾波器為3大組、10小組方案，無功總?cè)萘繛? 900 Mvar；直流濾波器采用無源濾波器，每極各配置1組HP12/24、HP12/36。

(7)采用3回站用電源，其中2回外引，1回由交流500 kV的站內(nèi)高壓站用變引接，該變壓器接入交流濾波器母線。

(8)換流站控制系統(tǒng)采用分層、分布式結(jié)構(gòu)，完全雙重化配置，前置層設(shè)備按間隔配置，輔助系統(tǒng)的控制采用單獨(dú)主機(jī)。在交流500 kV配電裝置區(qū)設(shè)置就地繼電器室。

(9)換流站閥/極/雙極保護(hù)與控制相對(duì)獨(dú)立，不共用主機(jī)。

(10)換流變壓器保護(hù)、交流濾波器保護(hù)、直流濾波器保護(hù)完全獨(dú)立，雙重化配置。

(11)閥廳采用鋼結(jié)構(gòu)，控制樓、綜合樓采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。就地繼電器室采用框架結(jié)構(gòu)，金屬鋼絲網(wǎng)屏蔽，繼電器室為單層布置。

(12)閥廳、控制樓等建筑物的設(shè)計(jì)充分考慮屏蔽、密封和降噪等方面的要求。

(13)500 kV屋外配電裝置構(gòu)架采用A型鋼管結(jié)構(gòu)，500 kV設(shè)備支架亦采用鋼管結(jié)構(gòu)，與構(gòu)架柱協(xié)調(diào)一致。

(14)換流站工業(yè)及生活用水采用自來水，并在站內(nèi)設(shè)置蓄水池。

(15)全站設(shè)消防和生活2個(gè)供水系統(tǒng)。

(16)換流站噪音控制標(biāo)準(zhǔn)按GB 12348—90《工業(yè)企業(yè)廠界噪聲標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的Ⅱ類執(zhí)行［8-9］。

2.2 自主化設(shè)計(jì)特點(diǎn)

(1)充分應(yīng)用了國家電網(wǎng)公司通用設(shè)計(jì)成果。團(tuán)林換流站500 kV交流場(chǎng)、500 kV交流濾波器場(chǎng)、換流變壓器、閥廳及直流場(chǎng)配電裝置，均采用了國家電網(wǎng)公司輸變電工程通用設(shè)計(jì)的±500 kV、3 000 MW直流換流站相應(yīng)模塊，提高了設(shè)計(jì)質(zhì)量。

(2)500 kV交流場(chǎng)采用HGIS設(shè)備。團(tuán)林換流站采用了可靠性較高、運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用較低、工作量較小、節(jié)約土地資源的500 kV交流HGIS設(shè)備，節(jié)省了大量投資和占地，社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益顯著。

(3)接地網(wǎng)采用陰極保護(hù)，延長(zhǎng)接地網(wǎng)壽命，保證換流站安全穩(wěn)定運(yùn)行。根據(jù)以往工程經(jīng)驗(yàn)，在土壤腐蝕性較高的地區(qū)，鍍鋅扁鋼接地網(wǎng)普遍存在變薄、穿孔，甚至斷裂、沙化等腐蝕現(xiàn)象。換流站投運(yùn)數(shù)年后，接地扁鋼已無法滿足短路電流最小截面的要求，致使換流站安全穩(wěn)定運(yùn)行存在隱患。若不在建設(shè)期間對(duì)接地網(wǎng)采取保護(hù)措施，而是投運(yùn)后再進(jìn)行改造，則代價(jià)較大且難以實(shí)施。

站址區(qū)域土壤平均電阻率約為36.7Ω·m，土壤電阻率較低，屬于土壤腐蝕性較嚴(yán)重的地區(qū)，根據(jù)DL/T 5394—2007規(guī)定，應(yīng)采取防腐措施。團(tuán)林換流站陰極保護(hù)措施為：在全站范圍內(nèi)均布置鎂合金犧牲陽極，并與主接地網(wǎng)相連。

接地網(wǎng)采取上述保護(hù)措施后，理論上可以保證換流站在全壽命期間，接地網(wǎng)截面不減小、不因接地網(wǎng)原因而出現(xiàn)安全隱患。

(4)團(tuán)林換流站接地極采用與龍泉換流站共用接地極的方案。團(tuán)林換流站不新增接地極，而利用龍泉換流站的青臺(tái)接地極。通過初設(shè)階段校核，接地極跨步電壓、接觸電勢(shì)及接地極本體溫升均在安全范圍內(nèi)，因此2站具備共用接地極的條件。由于龍泉換流站導(dǎo)流系統(tǒng)不能滿足2站共用接地極最大6 kA的通流能力，因此團(tuán)林換流站接地極需要重新安裝導(dǎo)流系統(tǒng)。團(tuán)林換流站導(dǎo)流系統(tǒng)主要由直埋電纜組成，與獨(dú)立設(shè)置接地極的方案相比，共用接地極方案僅需增加導(dǎo)流系統(tǒng)，投資較省，施工周期較短。

(5)采用智能照明。團(tuán)林換流站在換流變壓器、平抗及室外配電裝置區(qū)域照明中首次采用了智能照明，即通過觸摸屏的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)這些區(qū)域照明的控制，極大方便了運(yùn)行和控制。

(6)滿足二次設(shè)備的抗干擾要求。由于變電站強(qiáng)電磁場(chǎng)環(huán)境，為了抑制傳導(dǎo)類干擾，統(tǒng)一要求監(jiān)控系統(tǒng)、直流系統(tǒng)、圖像監(jiān)視系統(tǒng)、GPS系統(tǒng)、電能計(jì)費(fèi)系統(tǒng)、保護(hù)等設(shè)備的通信網(wǎng)絡(luò)連線均采用鎧裝光纜。

(7)全站換流變壓器、平波電抗器配置絕緣油監(jiān)視系統(tǒng)。根據(jù)《國家電網(wǎng)公司十八項(xiàng)電網(wǎng)重大反事故措施》(試行)要求，為了提前發(fā)現(xiàn)換流變壓器故障，以便安排計(jì)劃檢修，全站換流變壓器配置了1套換流變絕緣油監(jiān)視系統(tǒng)。

(8)團(tuán)林換流站至三峽地下電站的500 kV出線距離較遠(yuǎn)且路徑復(fù)雜，巡線困難，為了實(shí)現(xiàn)500 kV線路故障的精確定位，為連接三峽地下電站的3條500 kV線路配置1面故障測(cè)距裝置屏。交流故障測(cè)距屏布置在500 kV第2繼電器小室內(nèi)，硬接點(diǎn)信號(hào)送入小室內(nèi)的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。

團(tuán)林換流站配置1面直流線路故障測(cè)距屏，直流故障測(cè)距屏布置在站控二次設(shè)備室，硬接點(diǎn)信號(hào)送入小室內(nèi)的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。

交直流故障測(cè)距系統(tǒng)均采用雙端檢測(cè)原理，配置光纖對(duì)時(shí)接口，可以與站內(nèi)的統(tǒng)一時(shí)鐘對(duì)時(shí)，如果現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試精度滿足不了測(cè)距要求，可以改用屏內(nèi)自帶的GPS主鐘對(duì)時(shí)。

(9)優(yōu)化通信設(shè)計(jì)。系統(tǒng)通信方案全部采用光纖通信方式，傳輸速率大、可靠性高，易于日常維護(hù)。站內(nèi)綜合樓采用綜合布線方式，電話線和信息網(wǎng)絡(luò)電纜采用統(tǒng)一電纜進(jìn)行敷設(shè)。綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)分為內(nèi)網(wǎng)和外網(wǎng)，2個(gè)網(wǎng)絡(luò)采用完全獨(dú)立的設(shè)備，保證物理上完全隔離。通信光纜或電纜盡可能采用不同路由的電纜通道進(jìn)入通信機(jī)房。配置2套完全獨(dú)立、冗余的－48 V直流電源系統(tǒng)：蓄電池組、高頻開關(guān)電源、直流配電屏等完全獨(dú)立，保證通信設(shè)備供電的可靠性。通信設(shè)備盡量采用2路－48 V直流供電，1路故障時(shí)不影響設(shè)備正常工作。通信設(shè)備故障總告警信號(hào)均接入變電站綜合監(jiān)控系統(tǒng)。

(10)優(yōu)化邊坡和道路設(shè)計(jì)。填方邊坡采用高密度聚乙烯單向土工格柵加筋麻袋反包植草方案，最高邊坡為10.33 m，坡比為1∶0.7。本方案安全可靠、占地面積小，以最少的土地資源達(dá)到換流站建設(shè)的要求，減少了水土流失，增加了工程綠化面積。

站內(nèi)道路墊層換填灰土，灰土內(nèi)鋪加聚丙烯雙向土工格柵，有效防止了膨脹土的影響及混凝土路面的開裂。

(11)認(rèn)真處理建筑與工藝要求、建筑與周圍環(huán)境的關(guān)系。在建筑物防電磁波干擾、建筑物隔聲降噪及建筑物節(jié)能降耗上采取了有效措施：在電磁屏蔽、墻體和門窗隔聲、墻體和門窗保溫、屋面和樓面防水等的構(gòu)造上進(jìn)行了仔細(xì)處理。閥廳墻體和屋面采用超細(xì)玻璃保溫棉氈作為保溫層，控制樓墻體采用加氣混凝土墻體和超細(xì)玻璃保溫棉氈相結(jié)合作為保溫層，以達(dá)到建筑保溫的目的。

(12)全站設(shè)2套生產(chǎn)給水系統(tǒng)。保證了換流站兩極閥外冷卻系統(tǒng)補(bǔ)充水給水系統(tǒng)的設(shè)備和管道均互相獨(dú)立，避免了1極故障或檢修時(shí)影響另1極運(yùn)行［10］。

3 結(jié)語

三峽直流工程中的設(shè)備國產(chǎn)化率為30％ ～70％，系統(tǒng)研究、成套設(shè)計(jì)和工程設(shè)計(jì)以及系統(tǒng)調(diào)試均與外方共同完成。荊門—上海±500 kV直流輸電工程立足于完全國產(chǎn)化的方式建設(shè)，系統(tǒng)研究、成套設(shè)計(jì)制造、工程施工以及系統(tǒng)調(diào)試完全由國內(nèi)單位承擔(dān)，交、直流設(shè)備實(shí)現(xiàn)100％國產(chǎn)化，具有重要的意義。

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