±800 kV特高壓換流站交流濾波場新型布置方案研究

季 方，周志超

（浙江省電力設計院，杭州 310012）

0 引言

交流濾波器組是特高壓換流站中重要的組成部分[1-4]，國內(nèi)已建和在建的±800 kV換流站，視無功補償總?cè)萘坎煌?，交流濾波場占地一般為4～5 hm2，為全站占地面積的30%左右，是換流站中占地最大的區(qū)域。交流濾波場的布置優(yōu)化，直接影響總平面的布置，從而直接關系到工程投資、設備與人員安全、運行維護等許多關鍵要素。因此，進行交流濾波場布置的優(yōu)化設計及研究，對于減少特高壓換流站總占地、減少投資、保障特高壓直流工程的順利開展，具有重要的工程價值和研究意義。

交流濾波場的平面布置由交流濾波器小組圍欄內(nèi)區(qū)域和圍欄外區(qū)域組成。圍欄內(nèi)占地主要由交流濾波器小組的容量及濾波器特征參數(shù)決定，由成套設計單位負責優(yōu)化；圍欄外尺寸主要指交流濾波器小組圍欄與隔離開關之間的區(qū)域，目前投產(chǎn)和正在建設的特高壓換流站多采用“田”字型布置型式，圍欄外區(qū)域占到交流濾波場總占地的2/3左右，是控制交流濾波場占地面積的決定性因素。所以合理優(yōu)化交流濾波場布置，首要是優(yōu)化交流濾波場圍欄外區(qū)域布置。

1 現(xiàn)有的換流站交流濾波場布置方案

1.1 特高壓換流站交流濾波器場

目前換流站交流濾波場的布置由若干個大組排列而成，主要分兩種，“一”字型布置[5]和“田”字型布置[6]。

±800 kV特高壓換流站容性無功補償設備布置一般以4～5大組、16～20小組考慮，其中交流濾波器和并聯(lián)電容器數(shù)量各半。各小組內(nèi)交流濾波器和并聯(lián)電容器分別接至一段獨立的濾波器單母線，構(gòu)成1個交流濾波器大組，每個大組再作為1個電氣元件接入交流3/2斷路器接線串中。以下以1個無功補償規(guī)模為4大組，16小組的特高壓換流站交流濾波場為例進行討論研究，并聯(lián)電容器圍欄內(nèi)尺寸統(tǒng)一為27 m×28 m，交流濾波器圍欄內(nèi)尺寸統(tǒng)一為34 m×28 m。

1.2 “田”字型布置

“田”字型布置的特點是大組中4個小組布置在分居大組匯流母線的兩側(cè)，構(gòu)成一個“田”字。其優(yōu)點有：

（1）由于交流濾波器組和并聯(lián)電容器組圍欄縱向尺寸不同，“田”字形將交流濾波器組和并聯(lián)電容器組分列布置，并聯(lián)電容器組列的縱向尺寸有所減少，從而壓縮了整體尺寸。

（2）由于母線兩側(cè)均要接交流濾波器組或并聯(lián)電容器組，采用雙柱單接地水平開啟式隔離開關，母線接地開關可用每一小組中雙柱隔離開關的母線側(cè)接地開關替代。將每組母線下的電容式電壓互感器同時用于母線引下的過渡接線，從而節(jié)省了支持絕緣子的用量，母線也相應地改用軟母線。

（3）雖然將垂直開啟式隔離開關更改為雙柱單接地水平開啟式隔離開關，增加了小組的縱向尺寸，但由于匯流母線為雙列共用，結(jié)合氣體絕緣金屬封閉管道母線（GIL）引接方案，總體上整個交流濾波器場的橫向尺寸大大減少，且不增加縱向的寬度。當換流站大組數(shù)量較多時，更有優(yōu)勢。

國家電網(wǎng)公司向家壩—上海、錦屏—蘇南特高壓直流輸電工程均采用此方案。交流濾波場“田”字型布置的平斷面圖詳見圖1和圖2，其占地為309 m×146 m。

但“田”字形布置仍存在著以下不足：

（1）由平面圖中直觀可見，圍欄外的占地仍占相當?shù)牟糠?，由于圍欄?nèi)尺寸調(diào)整裕度不大，可考慮進一步優(yōu)化圍欄外占地。

圖1 交流濾波場“田”字型布置平面圖

圖2 交流濾波場“田”字型布置的典型斷面圖

（2）采用“田”字形布置后，濾波器大組母線仍然通過GIL管道母線引接，且總的GIL管道母線長度還有所增加。

（3）交流濾波場場地很大，部分設備較高，僅在兩小組之間有構(gòu)架，為了解決防雷問題，要在場地兩側(cè)和中間增加避雷線桿塔，對交流濾波器場進行防雷保護，無形中又增加了整個場地的占地面積。

2 新型換流站交流濾波場布置方案

為進一步減少占地，節(jié)省總體投資，對上述方案進行了進一步的優(yōu)化。根據(jù)目前的工程經(jīng)驗，因圍欄內(nèi)尺寸調(diào)整裕度不大，可從整體布局上進行調(diào)整。

將500 kV敞開式配電裝置的高架橫穿概念引入交流濾波場設計，提出了基于母線分流方式的“工”字型新型交流濾波場布置方案。

基于母線分流方式的“工”字型交流濾波場布置中，把所有交流濾波器組和并聯(lián)電容器組布置成2列，每2組背靠背布置，即將交流濾波場中圍欄較大的交流濾波器小組置于1列，圍欄較小的并聯(lián)電容器小組置于1列。將每個交流濾波器大組通過2組平行低層跨線和1組高層跨線組成的匯流母線連接到交流開關場設備（GIS）串內(nèi)，這3組跨線呈“工”字型。其核心思路是將匯流母線布置于濾波器設備上方，大幅減少了交流濾波場占地。

引入500 kV敞開式配電裝置中的高架橫穿概念，通過跨線引接方便地完成小組和大組的組合。利用交流濾波場本身固有的環(huán)形道路，引接相間道路至交流濾波器和并聯(lián)電容器小組圍欄前；在交流濾波器小組和并聯(lián)電容器小組之間設置1條檢修道路，可方便地完成小組圍欄尾部設備的檢修、搬運和巡視；在相鄰交流濾波器小組之間設置1條2 m寬的巡視小道，兼作電纜溝。交流濾波場“工”字型布置的平斷面圖詳見圖3和圖4，其占地為307 m×119 m。

此布置方式的優(yōu)勢如下：

（1）“工”字型布置交流濾波器大組均采用高層跨線連接到GIS，改變了“田”字型布置中濾波器大組主要用GIL管道母線連接的方法，大幅減少GIL管道長度，與現(xiàn)有布置方案相比（以交流濾波場之內(nèi)的GIL管道為計算依據(jù)），減少GIL管道約1 400相·m。

（2）這種布置濾波小組的隔離開關采用垂直開啟式，一字型布置，圍欄與隔離開關之間的區(qū)域達到了最小，結(jié)合圍欄與環(huán)線道路的相對位置，采用局部相間道路來滿足濾波小組的運行、檢修和維護要求，從而進一步取消了圍欄前的專用檢修道路。

（3）綜合考慮了噪聲影響，將交流濾波器區(qū)域中的主要噪聲源（交流濾波電容器組和電抗器）遠離圍墻布置，噪聲源離圍墻的最小距離由“田”字型布置的19 m增加至“工”字型布置的31 m，有利于控制站界處的噪聲。

圖3 交流濾波場“工”字型布置平面圖

（4）可以通過構(gòu)架上設置避雷線柱解決交流濾波場的防雷問題，不需設置獨立的避雷線柱。

3 新型布置方案與“田”字型布置方案的比較

3.1 技術比較

2種方案均能滿足技術要求，采用的設備技術參數(shù)基本相同，僅在形式和布置上有所區(qū)別，“工”字型布置方案與“田”字型布置方案的技術比較見表1。

3.2 經(jīng)濟比較

經(jīng)濟比較的原則是：

（1）2個方案中，交流濾波器的濾波電容器和并聯(lián)電容器等設備及控制保護設備均相同，故不參與比較。

（2）方案比較中主要考慮設備費、安裝費、土建的費用差以及所區(qū)占地、民房拆遷等費用。

（3）站區(qū)征地按450元/m2計算。

（4）GIL 管道母線按 1.8萬元/（相·m）計算。

“工”字型布置與“田”字型布置方案的經(jīng)濟比較見表2。

圖4 交流濾波場“工”字型布置的典型斷面圖

表1 2種布置方案的主要區(qū)別

表2 2種布置方案的經(jīng)濟性比較

4 結(jié)論

（1）“工”字型布置與“田”字型布置方案在布置方式，設備型式上雖有所不同，但均能滿足要求?！肮ぁ弊中筒贾秒m然增加了用鋼量指標，但節(jié)省了占地約8 500 m2。由于布置緊湊，也相應節(jié)省了接地、電纜等輔材的消耗量。綜合比較后，“工”字形布置方案比“田”字形布置方案節(jié)省投資約2 752萬元。

（2）“工”字型布置交流濾波器大組均采用高層跨線連接到GIS，改變了“田”字型布置中濾波器大組主要用GIL管道母線連接的局面，大幅減少GIL管道長度。

（3）“工”字型布置在站界噪聲控制，防直擊雷方面更有優(yōu)勢。

綜上所述，“工”字型布置比“田”字型布置方案占地更小且更經(jīng)濟。但在實際應用中，應根據(jù)具體情況對絕緣配合以及跨線的感應電流進行計算校核。

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