論特高壓直流換流站電氣設(shè)計的主要特點

郎作云

摘要：我國社會整體發(fā)展在經(jīng)濟不斷增長的帶動下，已經(jīng)呈現(xiàn)出勢如破竹的狀態(tài)，每一個體系在社會形態(tài)多元化發(fā)展的影響下，都出現(xiàn)了翻天覆地的變化。人們在溫飽問題得到解決以后，逐漸對能夠影響民生大計的行業(yè)越來越關(guān)注，特別是對特高壓直流換流站電氣設(shè)計的主要特點方面的關(guān)注程度逐漸加深。本文針對我國特高壓直流換流站電氣設(shè)計的主要特點，展開詳細的分析，為今后專業(yè)人士進行相關(guān)研究，提供正確的依據(jù)。

關(guān)鍵詞：特高壓;直流換流站;電氣設(shè)計

引言：特高壓直流換流站在電壓等級和輸送容量普遍提升的環(huán)境下，對電氣進行設(shè)計時，主要從電氣主要接線方式、過電壓保護和絕緣配合、外絕緣特性、設(shè)備型號選擇、平面布局等方面著手，提升特高壓直流換流站電氣的作用。本文針對每一個方面中的一個具體設(shè)計，為大家說明。特高壓直流換流站電氣具有消耗電能源少、輸送電能容量大，輸送距離較遠的特點，被普遍使用。因此，不斷深入研究、改革創(chuàng)新特高壓直流換流站電氣的技術(shù)水平，為我國電力行業(yè)的發(fā)展提供動力。

一、電氣換流閥組主接線

對于我國大部分特高壓直流換流站電氣輸電工程而言，主要使用的使500千瓦的直流輸電工程，這種工程所使用的脈動閥組接線的大小為12，數(shù)量為2個。二巴西伊泰的直流輸電工程為單戶輸送量3150千瓦，工程所使用的脈動閥組接線的大小為12，數(shù)量為2個。針對我國具體環(huán)境所設(shè)計的高壓直流換流站電氣輸電工程將5000千瓦-6400千瓦作為額定功率輸出量，將3125安-4000安作為額定直流電流量，工程所使用的脈動閥組接線的大小為12，數(shù)量為1個。這樣的高壓直流換流站電氣設(shè)計模式，具有簡便的接線方式、低廉的設(shè)備價格。但是，由于工程所使用的脈動閥組接線的大小為12，數(shù)量為1個，模式為單相雙繞組型式，每一臺變壓器的容量在500千伏安-644千伏安之間，因此，制造設(shè)備的困難程度和大件物品的運輸難度都比較高。針對這個問題，將工程所使用的脈動閥組接線的大小為12，數(shù)量改為2個，就能夠?qū)⑼ㄟ^單個環(huán)流單元的電流量有效降低。但是當工程所使用的脈動閥組接線的大小為12，數(shù)量為2個時，接線模式為并聯(lián)比較復(fù)雜、運行過程也變得復(fù)雜、控制保護系統(tǒng)復(fù)雜，高壓絕緣變壓器的定數(shù)量和單閥數(shù)量都增加，從而，提高了成本投資。針對這個問題，將工程所使用的脈動閥組接線的大小為12，數(shù)量為2個的特高壓直流換流站電氣的接下模式改為串聯(lián)，按照±800千伏進行配置，運用單相雙繞組型式對交流變壓器進行設(shè)計，使換流器數(shù)為4個。

二、換流閥組避雷器配置方案

在經(jīng)過大量的實際研究后，特高壓直流換流站電氣技術(shù)經(jīng)過改變，成為串聯(lián)模式的單極雙十二脈動閥組，結(jié)合設(shè)計情況對其安裝避雷器，形成了兩組模式，根據(jù)實際的保護效果，方案一配置的A2避雷器直接保護高端Yy變壓器閥側(cè)，其持續(xù)運行電壓峰值（CCOV）為880千伏，操作沖擊保護水平1344千伏，而方案二中高端Yy變壓器閥側(cè)由V2+MH避雷器串聯(lián)保護，操作沖擊保護水平1386千伏。對換流閥800千伏極線側(cè)，方案一采用C1+C2避雷器串聯(lián)保護，操作沖擊保護水平1344千伏，方案二采用CBH避雷器保護，操作沖擊保護水平1385千伏。由此可見，兩種配置方案的最高絕緣水平相當，均滿足操作沖擊耐受水平1600千伏的要求，都是可行的。進一步比較可以看出，對換流站設(shè)計和造價影響較大的換流閥，其保護水平基本相當。方案一將A2避雷器直接接于高端換流變閥側(cè)，對高端換流變保護較為直觀，但每個換流站需多設(shè)置4臺特高壓避雷器，方案二則具有相反的特點。

三、空氣間隙

對于我國大部分換氣站而言，大部分設(shè)備的帶電導(dǎo)體，電極均為固定形式。所以，主要產(chǎn)生空氣間隙的因素，為操作沖擊和雷電效果所導(dǎo)致。在對空氣間隙進行設(shè)計時，需要對操作波放電電壓具有的特性曲線、各種多元化的換流站真型雷電波等因素進行綜合考慮，將空氣間隙的取值范圍控制在即可以保證設(shè)備正常運行，又可以保證空氣間隙最小值之間，使直流開關(guān)場和閥廳的設(shè)計位置，得到進一步優(yōu)化。在我國±800千伏特高壓直流換流站電氣工程普遍開展的情況下，很多專業(yè)的科研單位，在此領(lǐng)域投入了大量的人力財力，但是，由于直流開關(guān)場和閥廳具有多元化的空氣間隙形狀和種類，因此，要將這一問題妥善解決，還需要各方面專業(yè)人士的努力配合。目前對空氣間隙的具體數(shù)值，根據(jù)國際大電網(wǎng)會議推薦公式，展開詳細計算。下面，將直流開關(guān)場極母線對地具有的最小空氣間隙為例，根據(jù)實際的計算數(shù)值，將其最小空氣間隙數(shù)值通過裕度計算后，設(shè)定為7650毫米，如表一所示[1]。

四、換流閥

由于我國大部分特高壓直流換流站電氣的額定輸送壓為5000MW，因此，將直徑為5英寸的換流閥應(yīng)用在電力輸出工程中，并為其配備5英寸的水冷卻晶閘管、5英寸的空氣絕緣、5英寸的光電觸發(fā)等設(shè)備。當電流的輸送容量為6400千瓦時，此時的額定輸送電流為4000安，這時，直徑為5英寸的晶閘管就無法滿足特高壓直流換流站電氣的運行需求，必須將晶閘管的直徑改為6英寸，目前大部分供應(yīng)商所提供的晶閘管尺寸為6英寸，晶閘管所采用的技術(shù)為光電觸發(fā)技術(shù)。從換流閥本身的結(jié)構(gòu)來看，采用二重閥或者四重閥均是可行的，沒有明顯的技術(shù)經(jīng)濟差異，采用四重閥可在一定程度上節(jié)約閥廳的投資和運行費用，但換流站總體占地面積較大，考慮到土地為不可再生的寶貴資源，目前各工程均推薦采用二重閥結(jié)構(gòu)的換流閥[2]。

五、換流變壓器及閥廳布置

兩個方案在閥廳、控制樓的造價上沒有明顯的區(qū)別，“背靠背”方案可聽噪聲控制效果略佳，“背靠背”方案運行維護條件略好。方案的最終取舍應(yīng)當根據(jù)總平面布置格局的總體合理性，考慮地形地貌、地質(zhì)條件、噪音敏感點方位等因素，經(jīng)綜合技術(shù)經(jīng)濟比較確定[3]。

結(jié)束語：通過以上對特高壓直流換流站電氣的設(shè)計要點展開的詳細分析，我們能夠知道，特高壓直流換流站在電壓等級和輸送容量普遍提升的環(huán)境下，對電氣進行設(shè)計時，主要從電氣主要接線方式、過電壓保護和絕緣配合、外絕緣特性、設(shè)備型號選擇、平面布局等方面著手，提升特高壓直流換流站電氣的作用。因此，在社會形態(tài)不斷多元化發(fā)展的同時，將更多新型的科技技術(shù)運用到特高壓直流換流站電氣的技術(shù)改革中，為我國電力行業(yè)的發(fā)展，奠定堅實的基礎(chǔ)。

參考文獻：

[1]張欣欣，李天樂.特高壓直流輸電工程可行性研究主要技術(shù)原則[J].中國電力，2018，，（14）：57-61.

[2]王海霞，趙國平.中國電力工程顧問集團公司，西南電力設(shè)計院，廣東省電力設(shè)計研究院.云廣±800千瓦特高壓直流輸電工程可行性研究報告[J].北京：中國電力工程顧問集團公司，2017，（12）：252-256.

[3]王鷗，李翔，胡月.中國電力工程顧問集團公司，金沙江一期溪洛渡、向家壩水電站送電華東、華中±800千瓦特高壓直流輸電工程可行性研究報告[J].北京：中國電力工程顧問集團公司，2018，（09）：142-146.