牛從直流輸電系統(tǒng)中性母線三種電氣連接方案優(yōu)越性淺析

李本毓

摘要：文章以牛從直流輸電系統(tǒng)為例，對兩回直流線路同塔架設(shè)、換流閥組同址建設(shè)直流輸電系統(tǒng)的中性母線三種接線方案進(jìn)行了運行性能和經(jīng)濟性的對比分析，最后得出了較優(yōu)方案，為系統(tǒng)設(shè)計提供選擇。

關(guān)鍵詞：中性母線；基本接線方式；跨聯(lián)接線方式；環(huán)形接線方式

中圖分類號：TM721 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）08-0128-03

溪洛渡右岸電站送電廣東±500kV同塔雙回直流輸電工程（以下簡稱牛從直流輸電系統(tǒng)），是國內(nèi)第一個兩回直流線路同塔架設(shè)、換流閥組同址建設(shè)的直流輸電工程，本文在常規(guī)換流站直流場電氣接線基礎(chǔ)上，結(jié)合牛從直流輸電系統(tǒng)兩回直流合建、各側(cè)共用接地極的特點，針對中性母線的電氣連接提出了基本直流接線方案、環(huán)形接線方案以及跨聯(lián)接線方案三種接線方案，本文通過對三種接線方案的技術(shù)性、經(jīng)濟性進(jìn)行比較，提出最優(yōu)方案，并對最優(yōu)接線方案的前景進(jìn)行展望。

1 中性母線三種電氣連接方案

牛從直流輸電系統(tǒng)送受兩端換流站均采用共用接地極方案，換流站內(nèi)的4個閥組布置緊湊，因此，通過直流開關(guān)可以實現(xiàn)4個閥組中性母線與高壓極母線之間的靈活連接，可以提高高壓直流輸電系統(tǒng)的可靠性與靈活性。下面對三種接線方案進(jìn)行闡述。

1.1 基本接線方案

基本接線方案就是按照常規(guī)換流站那樣，各回直流采用獨立的中性母線接線方式，各回直流中性母線間無任何電氣連接，運行方式上互不影響。

1.2 環(huán)形接線方案

如圖1所示，環(huán)形接線方案對于單極金屬回線方式，每回直流極線將分別通過一組高壓隔離開關(guān)與中性母線網(wǎng)絡(luò)連接。任意兩個極性相反的換流閥組均可以組成一個完整雙極對運行，例如“PosP1”與“NegP1”（或“PosP2”與“NegP2”）。

為了確保各個直流開關(guān)在任意組合狀態(tài)下，所有的換流閥組低壓端都可以實現(xiàn)快速的接地操作，應(yīng)在每個換流閥組低壓端裝設(shè)1只高速接地開關(guān)。當(dāng)某一雙極因故障進(jìn)入單極大地回線運行，另一雙極正常運行時，應(yīng)在站內(nèi)通過快速直流開關(guān)實現(xiàn)兩回直流接地極線路的隔離，以保證健全雙極中性母線的零電壓。

1.3 跨聯(lián)接線方案

跨聯(lián)接線方案如圖2所示。該方案每個雙極都有一個獨立的典型中性母線接線網(wǎng)絡(luò)。但是，兩個雙極的接地極線路在換流站內(nèi)通過一個大地回線轉(zhuǎn)換開關(guān)連接。在兩回直流都處于雙極平衡運行的正常工作方式下，這個大地回線轉(zhuǎn)換開關(guān)處于斷開狀態(tài)?？缏?lián)接線方案將兩回直流的接地極線路在站內(nèi)終端通過大地回線轉(zhuǎn)換開關(guān)互聯(lián)，提高同塔雙回直流輸電系統(tǒng)在極端故障情況下的運行可靠性，即兩回雙極中不同極性的單極同時不可用時，健全的兩個單極可以組成一個完整雙極平衡運行。兩極之間的電流直接通過跨聯(lián)的大地回線轉(zhuǎn)換開關(guān)聯(lián)通，電流通路避免了在2×147km接地極引線的迂回，既減少了接地引線上的電流損耗，也減少了故障的幾率。

2 三種方案比較分析

三種接線方案在實際運行中，各有優(yōu)缺點，下面分別從運行性能和經(jīng)濟性對中性母線的三種接線方式進(jìn)行比較分析。

2.1 三種接線方式運行性能比較分析

牛從直流輸電系統(tǒng)采用的是兩回直流合建，在送受兩端兩回直流分別共用接地極，每回直流擁有相互獨立的接地極線路?？紤]降壓運行情況，經(jīng)統(tǒng)計后，牛從直流對稱運行方式與不對稱運行方式共有61種運行方式。本文主要考慮以下六種特殊情況下的運行方式：

2.1.1 兩回四個極正常運行時，三種接線方式都能

滿足。

2.1.2 一回正極（或負(fù)極）中性母線開關(guān)故障斷開，另一回雙極正常運行，不損失其中任何一個極的功率。環(huán)形接線能滿足。

2.1.3 一回正極（或負(fù)極）中性母線開關(guān)故障斷開，另一回負(fù)極（或正極）中性母線開關(guān)故障斷開，不損失任何一個極的功率。環(huán)形接線能滿足。

2.1.4 一回正極（或負(fù)極）停電，另一回負(fù)極（或正極）停電。三種接線方式都能滿足。

2.1.5 一回接地極線路故障，不損失任何一極的功率。環(huán)形接線，跨聯(lián)接線能滿足。

2.1.6 兩回接地極線路故障，異極性的兩極分別以各回的另一極線路形成金屬回線運行。三種接線方式都能滿足。

綜上所述，在中性母線開關(guān)故障的情況下，環(huán)形接線方案具有更好的優(yōu)越性，在接地極線路故障時，環(huán)形接線、跨聯(lián)接線方案具有更強的優(yōu)越性。

2.2 三種方案經(jīng)濟性比較

從表1中可以看出：環(huán)形接線方案需增加3810萬元，跨聯(lián)接線方案是在基本直流接線方案基礎(chǔ)上增加了一個大地回線轉(zhuǎn)換開關(guān)，增加投資1070萬元的投資。

據(jù)相關(guān)統(tǒng)計資料，近年來國內(nèi)和國外遠(yuǎn)距離大容量高壓直流輸電工程的相關(guān)可靠性統(tǒng)計指標(biāo)進(jìn)行綜合統(tǒng)計分析顯示，直流輸電線路依然是影響直流輸電工程可靠性的薄弱環(huán)節(jié)，接地極線路作為直流輸電線路的一部分，起著至關(guān)重要的作用。下面進(jìn)一步對其中一回接地極線路故障后采用另一回的接地極線路輸送能量時產(chǎn)生的經(jīng)濟效益以及雙回直流異極性故障，健全的兩個單極組成一個完整雙極平衡運行產(chǎn)生的經(jīng)濟效益分析進(jìn)行比較。

假設(shè)每度電單價為0.5元，牛從直流輸電系統(tǒng)的單極容量為1600MW，利用單極金屬回線傳輸功率時的損耗為5%。

跨聯(lián)接線方案和環(huán)形接線方案可以實現(xiàn)這種特殊運行方式的運行，那么，當(dāng)某回接地極線路故障，需要利用另一回接地極線路運行，采用跨聯(lián)接線方案時，只需要運行12.73個小時就可以獲得1070萬元的經(jīng)濟效益，即收回跨聯(lián)接線的投資金額；當(dāng)采用環(huán)形接線方式時，只需要運行45.36個小時可以獲得3810萬元的經(jīng)濟效益，即收回環(huán)形接線的投資金額。

3 結(jié)語

綜合來看，環(huán)形接線方案相對于跨聯(lián)接線方案而言，僅在某極中性母線開關(guān)故障斷開時確保不丟失其功率的情況更優(yōu)越，使用環(huán)形接線方案使得直流中性母線接線具有更高的可靠性與靈活性。但就實際運行情況而言，中性母線開關(guān)故障引起極閉鎖導(dǎo)致丟失功率的情況較少，采用環(huán)形接線方案需增加投資3810萬元，經(jīng)濟效益不明顯。建議不采用此方案。

跨聯(lián)接線方案是在基本直流接線方案基礎(chǔ)上，將兩回直流的接地極線路在站內(nèi)終端通過隔離開關(guān)互聯(lián)，實現(xiàn)了兩回直流異極性故障，健全的兩個單極可以組成一個完整雙極平衡運行，并且在一回接地極線路故障時，通過此隔離開關(guān)利用另一回的接地極線路恢復(fù)運行，增加的經(jīng)濟效益非?？捎^，而跨聯(lián)接線方案僅僅只增加兩回雙極中不同極性的單極組成完整雙極運行工況所對應(yīng)的控制保護(hù)策略和需增加設(shè)備投資僅為1070萬元，實現(xiàn)較簡單方便，建議采用跨聯(lián)接線方案。

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（責(zé)任編輯：黃銀芳）