特高压换流站站用直流系统配置

2010-03-04蒲皓

电力建设 2010年2期

蒲皓

（西南电力设计院，成都市，610021）

0 引言

±800 kV特高压换流站较常规换流站具有工程规模大、占地面积广、接线复杂、运行方式灵活、控制保护设备配置复杂、直流负荷容量大并且相对分散等特点[1-10]。为保证特高压换流站控制、保护、监视设备在正常情况下和事故情况下的正确动作，站用直流系统的设计必须可靠，资源利用最有效，设备配置及布置应合理优化。

本文以±800 kV复龙换流站和楚雄换流站站用直流系统为例，对特高压换流站站用直流系统方案进行详细的论述。

1 工程概况

1.1 工程规模和接线

复龙换流站和楚雄换流站的建设规模均为1回±800 kV直流出线，采用双极接线。与常规换流站相比，其接线的最大特点在于每极采用2个12脉动阀组串联接线，阀组的电压按“400 kV+400 kV”配置，每个阀组装设旁路断路器及隔离开关回路。

1.2 直流控制保护设备配置

复龙换流站和楚雄换流站分别采用南瑞继保公司和许继公司成套提供的满足特高压直流输电工程要求的控制保护系统。两站控制保护系统均以阀组作为最基本的控制保护对象，按双极、极、阀组分别配置主机。以每个阀组作为基本单元进行配置，可使各阀组控制功能和保护配置保持最大程度的独立，以利于可以单独退出1个阀组而不影响其他设备的正常运行。同时，直流控制保护系统均按双重化或多重化原则冗余配置。

1.3 二次设备布置

复龙换流站的阀厅及换流变采用“面对面”布置，控制楼采用“一主两辅”布置方案。在极1、极2的低压阀厅端设有主控楼，在极1高压阀厅端设有极1辅控楼，在极2高压阀厅端设有极2辅控楼。在主控楼中布置有各极及其低压阀组的控制保护设备，在各极辅控楼中分别布置有各极高压阀组的控制保护设备。

楚雄换流站的阀厅及换流变采用“一字型”布置，控制楼采用“一主一辅”布置方案。在极2的2个阀厅间设有主控楼，在极1的2个阀厅间设有辅控楼。在主控楼中布置有极2及其高、低压阀组的控制保护设备，在辅控楼中布置有极1及其高、低压阀组的控制保护设备。

2 站用直流系统

2.1 站用直流系统的电压等级

换流站站用直流系统一般采用控制负荷和动力负荷合并供电，根据DL/T 5044－2004《电力工程直流系统设计技术规程》的规定，系统标称电压可采用110 V或220 V。2种电压等级在技术上各有优缺点，且在国内已投运的换流站中均有成熟的运行经验。根据运行习惯，复龙换流站选用110 V电压等级，楚雄换流站选用220V电压等级。

在相同操作功率和供电距离情况下，采用220 V电压时流经电缆的电流比采用110 V小1倍，特别是在远距离供电时，电缆截面的减小将非常显著。就特高压换流站来说，其工程规模大，占地面积广，直流电源供电距离相对更远，采用220 V电压等级在电缆截面选择上的优势更为突出。

对于控制保护设备所需的24 V直流电源，可通过110 V（220 V）/24 V直流电源变换器获得，不设置单独的24V直流系统。

2.2 站用直流系统方案配置

一般常规±500 kV换流站站用直流系统均采用按极设置方式，即极1、极2、站公用设备、交流场就地继电器室分别设置1套独立的直流系统。对±800 kV特高压换流站来说，站公用直流系统和交流场直流系统的设置与常规换流站相同。针对特高压换流站每极采用2个阀组串联，全站共4个阀组的接线方案，其极用直流系统可采用2种不同的配置方案。

2.2.1 按阀组配置直流系统

复龙换流站采用按阀组配置直流系统的方案。全站共设4套阀组用直流系统，用于为各阀组的控制保护设备、阀厅事故照明以及各阀组的断路器和隔离开关的直流电机等供电。极1、极2高压阀组直流系统的设备分别布置在极1、极2辅控楼内。极1、极2低压阀组直流系统的设备分别布置在主控楼内各极低压阀组辅助设备室内。

对于各极控制保护设备以及各极的断路器和隔离开关的直流电机等负荷，设置直流分柜供电。各极直流分柜的电源由高、低压阀组直流系统分别取1回直流电源并通过切换得到。极1如图1所示，极2同理。

该配置方案与全站控制保护系统按阀组为基本单元独立配置和站用交流系统按阀组设置站用变是对应一致的，可提高供电可靠性，方便运行人员在阀组检修时可以同时退出该阀组直流电源检修而不影响其他设备的正常运行。当某阀组直流系统的一组蓄电池故障退出时，阀组负荷可通过切换母线联络开关用另一组蓄电池带全部负荷，极控制保护负荷可通过极用直流分柜电源进线切换开关自动切换到另一阀组直流系统（双套蓄电池组）供电。这样在故障检修期间将只降低对应阀组的安全运行可靠性，对整个极的可靠性影响不大。

同时，该方案比较适合全站“一主两辅”的控制楼布置方式，每一极的高、低压阀组的控制保护设备分别布置在不同的控制楼中，而且2个控制楼之间的距离较远，按阀组配置直流系统可有效地减少直流电缆长度，是比较合理的一种方案。

图1 按阀组配置直流系统示意图Fig.1 DC system configuration based on valves

2.2.2 按极配置直流系统

楚雄换流站采用按极配置直流系统的方案。全站共设2套极用直流系统，用于为各极及其高、低压阀组的控制保护设备、阀厅事故照明等负荷供电。

极1直流系统的直流主柜布置在辅控楼极1控制保护设备室内，极2直流系统的直流主柜布置在主控楼极2直流屏室内。各极控制保护设备的直流负荷由直流主柜供电。同时在各极高、低压阀组控制保护室均设置直流分柜为各阀组的控制保护设备、阀厅事故照明供电。极1配置如图2所示，极2同理。

该配置方案沿用了常规换流站站用直流系统的配置方案，设备相对较少，接线简单，运行维护工作量小。但对1套极用直流系统来说，其同时对极和2个阀组的控制保护设备供电，只有在整个单极停运时，才能退出整套直流系统进行检修，运行维护相对不便。当某组蓄电池故障退出时，运行人员可通过联络开关用另一组蓄电池带全部负荷，这样在故障检修期间将可能降低整个极的安全运行可靠性。

同时，该方案也符合全站“一主一辅”的控制楼布置方式，同一极所有的控制保护设备均设置在同一控制楼中，考虑到设备及布置的经济性，采用按极配置直流系统的方案同样是经济合理可行的。

2.3 站用直流系统的接线

考虑到特高压换流站站用直流系统的用电负荷极为重要，对直流系统的可靠性要求亦非常之高，每套直流系统均设置2组蓄电池和3套充电装置。直流母线采用单母线接线，每段母线接1组蓄电池和1套充电装置，同容量公共备用充电装置通过双投开关可对2组蓄电池进行充电。2段母线之间设有联络用刀开关。直流网络采用辐射状供电方式，根据负荷分布情况，设置直流分柜，以简化供电网络、减少馈线电缆。

2.3.1 复龙换流站直流系统接线

复龙换流站每套直流系统的接线保持了国网换流站工程的习惯，均设3段母线馈电柜，其中A、B段母线分别接入2组蓄电池，C段母线由A、B段母线切换而来，切换为自动切换，由直流接触器实现，并装设于C段馈电柜内。直流控制保护设备的双路工作电源和双重化的保护装置及断路器跳闸线圈的电源分别由A、B段直流母线供电；对单电源供电要求的负荷（如断路器保护、隔离开关控制电源、事故照明等）由C段直流母线供电。

图2 按极配置直流系统示意图Fig.2 DC system configuration based on poles

C段母线的设置提高了单电源负荷供电的可靠性，满足了控制保护设备的供电要求，但也使得站用直流系统接线更为复杂，故障的几率加大。站用直流系统不仅分直流主柜和分柜，而且采用A、B、C段母线，其中C段母线由A、B段母线自动切换而来。也就是说，直流主柜的A、B段为一级供电，C段为二级供电；直流分柜的A、B段为二级供电，C段为三级供电。这样的多级供电方式增加了级差配合难度，在设计中应密切注意馈线开关的保护动作电流和动作时间的上、下级差的配合，保证它们之间的电流级差不小于4级，且应有足够的灵敏系数。

2.3.2 楚雄换流站直流系统接线

楚雄换流站每套直流系统的接线沿用了南网换流站工程习惯，采用2段母线接线，每段母线接入1组蓄电池，正常时2段母线独立运行，在2段母线切换过程中允许2组蓄电池短时并列运行。直流控制保护设备的双路工作电源和双重化的保护装置及断路器跳闸线圈的电源分别由2段直流母线供电；对其他单电源供电要求的负荷（如断路器保护、事故照明等）则按其容量平均分接在2段直流母线上。

楚雄站站用直流系统虽然未设2段切换后的C段电源，但对站内重要的单电源负荷，如隔离开关的控制电源，采用了由控制柜的2路工作电源切换后供电的方式，也就是将电源切换回路下放到下一级设备中。对断路器保护、事故照明等单电源回路，采用按容量均分在2段直流母线上的供电，当1组蓄电池故障时，可以通过联络开关手动切换至另1组蓄电池供电。

楚雄站站用直流系统的接线与南网常规换流站、变电站以及特高压变电站的供电方式是一致的，符合设计习惯，有良好的运行经验。