換流站站用電系統(tǒng)設計

孫曉明，信 珂，周志勇

（山東電力工程咨詢院有限公司，山東 濟南 250013）

0 引言

交流站用電源系統(tǒng)包括站用變壓器、站用高低壓開關柜/設備及其控制保護系統(tǒng)。高壓直流輸電換流站的站用電系統(tǒng)與交流超高壓變電站的所用電系統(tǒng)有相似之處，但由于換流站內(nèi)的閥冷卻系統(tǒng)主循環(huán)泵、換流變和平波電抗器的冷卻系統(tǒng)以及直流保護、極控等二次系統(tǒng)要求不間斷運行，否則將會引起直流系統(tǒng)跳閘，直接影響到高壓直流輸電系統(tǒng)及其所連接的交流系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行[1-4]，所以應保證交流站用電系統(tǒng)的可靠性，換流站比普通的變電站對站用電的要求更高。

1 換流站站用電系統(tǒng)設計原則

換流站的交流站用電系統(tǒng)一般采用三回獨立電源供電，三路站用電源中，一般兩回電源為工作電源，一回電源為備用電源，即“兩運一備”的運行方式。換流站對站用電源的供電可靠性要求很高，每回站用電源應滿足獨立承擔雙極直流送電時的站用負荷。

保證站用電系統(tǒng)在故障時具有的性能。一回站用電源或一臺變壓器或一條母線故障時，不減少直流輸送功率，并保持冗余，即有100%的備用可用于以后的故障；兩回站用電源或兩臺變壓器故障，不減少直流輸送功率，但對以后的故障則無冗余。

對裝設具有100%冗余的設備（如2臺100%額定容量的泵），則每臺設備應有一個獨立的400 V母線供電。

對具有一個N+1冗余度的設備，除了提供兩回獨立的400 V電源外，還應帶有一個切換系統(tǒng)。

由于高壓直流輸電系統(tǒng)一般為雙極系統(tǒng)，每一極都可以單獨運行，所以在考慮其供電系統(tǒng)時應盡量遵守與每一極對應的原則，以避免一極的停運而引起另一極的停運。

2 換流站站用電典型接線方式

換流站站用電系統(tǒng)的典型接線如圖1所示。

1）直流換流站站用電系統(tǒng)應配置三路可靠電源。三路站用電電源分列運行，兩主一備，其中第一第三路主用，第二路備用。每路站用電進線設備的容量按全站計算負荷選擇。對于換流容量在1 000 MW及以上的換流站，應至少有一路電源取自站內(nèi)主變壓器或直降變，其它電源可取自站內(nèi)或站外不同電源點。

站用電源的引接考慮以下幾種可能性，并可通過技術(shù)經(jīng)濟比較確定：當站內(nèi)有交流220 kV母線時，可從本站交流220 kV母線引接；當站內(nèi)有降壓變壓器時，可從降壓變壓器第三繞組側(cè)母線引接；從站外可靠性較高的引接35～110 kV線路至換流站。

2）站用電系統(tǒng)應采用與每極相對應的接線方式，以保證每極換流器的站用電負荷供電的相對獨立性和可靠性，避免任一極換流器的站用電裝置故障或檢修時而影響另一極的安全運行。據(jù)此，站用電系統(tǒng)一般可采用下述接線方式。

圖1 換流站站用電系統(tǒng)典型接線

站內(nèi)設置三段10 kV高壓站用電母線段，其中兩個工作母線段（第I、III段）、一個備用母線段（第II段），每段均由獨立的電源供電，工作母線與備用母線之間通過10 kV聯(lián)絡開關連接，兩個工作母線段均可從備用母線段取得備用電源。各10 kV開關的容量按全站計算負荷選擇。

每個10 kV母線段各接兩臺10/0.4 kV的低壓站用變壓器，兩兩分列運行，分別對兩個極的站用電負荷供電。每臺低壓站用電變壓器容量按每極站用負荷工作容量的100%考慮。

（3）站用400 V系統(tǒng)采用單母線，400 V母線分四段。一、二段為極1站用電提供電源，三、四段為極2站用電提供電源，一、二段之間，三、四段之間設置聯(lián)絡開關。各400V開關的容量按400V母線聯(lián)絡后的計算負荷選擇。設4個動力中心（PC）；每極 2個動力中心（PC），互為備用。在動力中心（PC）下一層設多個電動機控制中心（MCC），以作為閥冷卻負荷，換流變負荷，就地繼電器室負荷等各級負荷的饋電電源。兩直流極的負荷饋電電源應相互獨立，取自不同的MCC及PC。

3 換流站站用電系統(tǒng)的控制系統(tǒng)

交流站用電源的控制包括交流站用變壓器、交流站用電源開關的控制及監(jiān)視以及工作/備用交流站用電源的自動投切和聯(lián)鎖。交流站用電源控制系統(tǒng)包含在站控系統(tǒng)中，按進線間隔獨立配置雙重化的控制柜用于站用電系統(tǒng)設備的控制和監(jiān)視。配置雙重化的站用電備自投設備，10 kV與400 V系統(tǒng)應獨立配置。

3.1 換流站站用電系統(tǒng)的備自投設計

站用電備用自動投入裝置是指通過監(jiān)視進線電壓、控制聯(lián)絡開關和進線開關的分合，來實現(xiàn)站用電源的自動切換，提高站用電的可靠性的裝置，簡稱備自投。換流站站用電10 kV系統(tǒng)與400 V系統(tǒng)均應配置備自投裝置，實現(xiàn)雙重備自投，其中10 kV備自投為一主一備電源的備自投，400 V備自投為兩路電源分列運行的備自投。

3.1.1 10 kV換流站站用電系統(tǒng)備自投邏輯

10 kV一主一備電源的備自投邏輯：

1）當主電源進線失壓且備用電源電壓正常時，備自投裝置自動延時分開主電源進線開關，合上聯(lián)絡開關，投入備用電源；

2）當主電源恢復供電后，備自投裝置自動分開聯(lián)絡開關，合上主電源進線開關；

3）當備用電源進線失壓時，備自投裝置不動作。

備自投充電條件：I、II、III母線至少有兩個三相有壓；三路進線低壓側(cè)開關至少有兩個在合位，兩分段開關至少有一個在分位。同時滿足兩個條件經(jīng)15 s后充電完成。

備自投放電條件：兩分段開關均在合位；I、II、III母至少有兩個均無壓；有外部閉鎖信號；三路進線低壓側(cè)開關的跳位接點異常；母線TV斷線，聯(lián)絡斷路器彈簧未儲能，壓力異常等。滿足任何一個放電條件，閉鎖備自投。

3.1.2 400 V換流站站用電系統(tǒng)備自投邏輯

400 V兩路電源分列運行的備自投邏輯：

1）當一路電源進線失壓且另一路電源電壓正常時，備自投裝置自動分開故障電源進線開關合上聯(lián)絡開關，兩段母線并列運行。

2）當故障電源恢復供電后，備自投裝置自動延時分開母聯(lián)開關再自動合上該路電源進線開關。

換流站各備自投分別監(jiān)視對應進線開關1、進線開關2的三相電壓或者三相電流，當電壓低于欠壓整定值或者電流小于無流整定值時，啟動自動投入邏輯。備自投的電壓監(jiān)視繼電器宜采用三相電壓監(jiān)視繼電器，其欠壓定值宜設置為0.8倍額定電壓，防止單相故障或電壓過低時主泵工作異常。

備自投充電條件：I、II母線均三相有壓；兩路進線開關在合位，分段開關在分位。同時滿足兩個條件經(jīng)15 s后充電完成。

備自投放電條件：分段開關均在合位；I、II母均無壓；有外部閉鎖信號；兩路進線及分段開關的跳位接點異常；母線TV斷線，聯(lián)絡斷路器彈簧未儲能，壓力異常等。滿足任何一個放電條件，閉鎖備自投。

3.1.3 10 kV備自投與400 V備自投的配合

10 kV備自投優(yōu)先動作，如果10 kV備自投未動作，400 V備自投動作。400 V備自投動作時間必須小于換流閥水冷主泵最大允許失電時間和400 V重要負載電源切換裝置的切換時間。10 kV備自投動作時間應小于400 V備自投動作時間。

當一路10 kV工作電源故障后，10 kV備自投首先動作，若動作不成功則由400 V備自投作為后備動作，如果仍然動作不成功則由電源切換裝置動作。任何一路站用電故障或者站用電回路單一元件故障都不能造成直流停運。

3.2 換流站站用電系統(tǒng)的監(jiān)視和控制

對站用電源系統(tǒng)的監(jiān)視范圍：站用變壓器高壓側(cè)電流、電壓；站用變壓器低壓側(cè)電流、電壓；站用變壓器高壓側(cè)有功；10 kV母線電壓；380 V母線電壓；站用變壓器溫度、分接頭狀態(tài)、高低壓側(cè)開關狀態(tài)；10 kV母線開關及分段開關狀態(tài)；380 V母線開關及分段開關狀態(tài)?？紤]到交流站用電系統(tǒng)對換流站安全穩(wěn)定運行的重要性，應對380 V站用電屏上重要負荷回路的空開跳閘信號進行采集。

對站用電源系統(tǒng)的控制：站用變壓器高壓側(cè)開關；站用變壓器分接頭；10 kV母線開關及分段開關狀態(tài)；380 V母線開關及分段開關狀態(tài)。

4 換流站站用電系統(tǒng)的保護及其他二次設計

4.1 交流站用電源保護系統(tǒng)

35 kV及10 kV站用變壓器配置差動保護、過電流保護、過負荷保護、本體及調(diào)壓開關瓦斯保護等。

10 kV分段斷路器應配置獨立保護，分段保護帶有二段時限的過流及零序過流保護功能。具有充電保護功能，向故障母線充電時，跳開本斷路器。

4.2 站用電系統(tǒng)的聯(lián)鎖

換流站站用電的控制系統(tǒng)應根據(jù)換流站最終交流站用電源接線提供聯(lián)鎖功能，除此之外，應對站用電10 kV及380 V系統(tǒng)進行相關的電氣聯(lián)鎖設計。特別由于換流站要求站用電系統(tǒng)在三路進線電源N-2故障時仍然保證換流站的穩(wěn)定運行，10 kV系統(tǒng)的電氣聯(lián)鎖設計應與10 kV備自投動作邏輯相適應。

4.3 站用電系統(tǒng)與火災報警系統(tǒng)的聯(lián)動

換流站站用電系統(tǒng)與火災報警系統(tǒng)應設計有火災聯(lián)動，當發(fā)生火災時，為防止火災蔓延，火災報警系統(tǒng)應切除風機、空調(diào)等負荷，因此要求此類負荷站用電屏電源回路開關配置分勵脫扣器，并應設計相關二次接線。

5 結(jié)語

作為直流輸電的重要組成部分，站用電源系統(tǒng)的可靠性直接關系到直流輸電的安全，本文提出的換流站站用電源系統(tǒng)設計方案有利于提高站用電源的可靠性，可供同類工程參考借鑒。