±800kV换流站换流变组装场地优化

种芝艺，黄 杰，徐昌云，胡文华

(1.国家电网直流建设有限公司，北京市，100005；2.华东电力设计院，上海市，200063)

0 引言

±800kV特高压直流换流站总平面布置和总占地大小，直接关系到工程投资、设备与人员安全、设备运行维护等，是换流站设计的主要内容。而特高压换流站总平面布置和总占地与换流变组装场地的大小有十分密切的关系，因而进行换流变组装场地的优化研究，减小特高压换流站总占地，保障特高压直流工程的顺利建设，具有十分重要的工程价值。

换流变组装场地通常指换流站内为换流变的组装、检修、更换所设置的一块专用场地。由于换流变形体较大，故该组装场地通常较大，是换流站内最大的一块空地，占全站总占地面积的6%～12%。

换流变组装场地的确定涉及到换流变压器外形尺寸、换流变安装组织原则、换流变布置方式等内容。本文在对换流变安装组织原则和布置方式等关键因素进行分析优化的基础上，提出±800kV特高压换流站中换流变组装场地的基本确定原则，并应用在我国特高压直流输电项目中，获得了较好的工程应用价值。

1 ±500kV换流站换流变组装场地确定经验

±500kV换流站中换流变通常采用一字型布置方式，即全站的所有工作换流变成一列式紧靠着阀厅布置。据此，±500kV换流站中换流变组装场地宽度通常指从阀厅防火墙至组装场地运输道路中心线的距离，组装场地长度则由阀厅布置所需尺寸控制。

由于换流变汇流配电装置、换流变类型等的不同，我国现有的±500kV直流工程中换流变组装场地宽度而有所不同，大多控制在45～50 m。在三沪直流工程中，华新换流站换流变采用BOX-IN形式，其换流变交流侧汇流母线采用架空导线。按照“换流变组装、检修时后端应留有其他换流变通过的空间”的原则，华新站换流变组装场地宽度确定要点如下：

（1）工程换流变防火墙的长度为17.5 m，换流变本体（包括套管，不包括冷却器）的长度约为18 m；

（2）换流变组装时，其套管对防火墙至少需保证3 m的净距以利于套管的安装；

（3）换流变的运输通道按6 m考虑；

则所需的最小场地尺寸为44.5 m，结合总布置，本工程该区域按45 m设计。

2 ±800kV换流站组装场地确定的关键影响因素

换流变组装场地的确定涉及到换流变外形尺寸、换流变布置方式、换流变安装组织原则、换流变汇流母线、周围建（构）筑物分布等，换流变安装组装原则是其中最关键的因素。

2.1 换流变形体尺寸

换流变压器外形尺寸是影响组装场地确定的基本因素，主要包括直流侧套管长度变化和换流变冷却器等附件的布置位置影响。ABB技术的换流变阀侧套管大多采用水平布置方式（略有倾斜），而SIEMENS技术的换流变则大多采用垂直布置方式。由于在吊装套管时，SIEMENS换流变的阀侧套管可深入换流变防火墙空间内，因而可降低对组装场地宽度的要求。BOX-IN形式的换流变，其冷却器（风扇）随换流变本体一起移动；而非BOX-IN形式的换流变，其冷却器（风扇）在换流变移动时是拆卸的，因而换流变总长有所减小，从而对组装场地宽度的要求也有所降低。

2.2 换流变布置方式

换流变布置方式（包括阀厅布置方式）是影响组装场地的重要因素。在±800kV换流站中，全站共有4个阀厅和多个控制楼，阀厅、换流变布置方式多样。采用阀厅、换流变一字型布置方式时，组装场地宽度较小，但长度为4个阀厅长度的总和，组装场地呈狭长形；采用阀厅、换流变面对面布置时，组装场地宽度有所加大，但长度仅为1个阀厅的长度，有利于全站总布置的优化。

2.3 换流变安装组织原则

换流变安装组织原则是确定组装场地的主要因素。换流变安装组织原则应结合换流变生产交货进度、工程建设工期要求、现场施工组织管理、场地实际受限情况等最终确定。不同的换流变安装组织原则对组装场地的大小要求有非常大的不同，尤其是在特高压直流换流站中，全站共有24台工作换流变和4台备用换流变，科学的安装组织原则将大大提高组装场地利用效率和换流变安装施工效率，为加快工程进度和减小换流站占地提供技术保证。

2.4 建（构）筑物等的限制

在确定换流变组装场地时，还应考虑场地周围的建（构）筑物等的限制。当某些建（构）筑物的基础或结构件放置在该区域影响了换流变的组装、检修时，应结合经济技术比较，通过结构优化、布置调整等措施减小建（构）筑物的影响，否则应适当加大组装场地。如换流变汇流母线采用支持管母方案布置在防火墙外侧时，其对组装场地要求将大大增大，此时应考虑是否可以改为架空母线方案。

3 特高压换流站换流变组装场地的优化

3.1 换流变布置方式的确定

我国的直流特高压输电工程额定输送功率达6400～7200MW，换流阀采用每极2个12脉动阀组串联的接线方式，换流变压器采用单相双绕组变压器，故每站共设4个阀厅、共需24台工作换流变（另设4台备用换流变）。阀厅和换流变采用高、低端阀厅面对面布置方式，每个阀厅对应的6台换流变一字排开布置于阀厅同一侧，如图1所示。

换流变组装场地指同一极的高、低端阀厅间的布置空间，包括换流变防火墙长度。由图1可知，换流变组装场地共有2块，每块组装场地内布置有12台工作换流变。换流变汇流母线设置于换流变上方，通过架空软导线接入500kV配电装置。

3.2 换流变组装原则的确定

换流变组装场地是进行换流变安装、试验、维护、检修、更换的重要场所，也是影响换流站总占地的重要因素。不同安装、施工、检修原则，其场地要求各不相同，因而对组装原则进行充分、整体的考虑和讨论十分必要。

结合±500kV换流站换流变安装组织工程经验，可以得到±800kV换流站中可采用几种换流变组装原则。

组装原则1：允许同一场地内的换流变同时进行组装，并留有其他换流变的运输通道。在组装原则1下，12台换流变可在组装场地上同时进行安装、滤油、试验等工作；同时，12台换流变的到货顺序与布置位置无关，这样就减小了对变压器制造、运输、组装等外围条件的限制，在人力不受限制的情况下，可最大程度地加快工程建设进度，避免安装施工过程中换流变故障、不按期到货等不确定因素对工程工期的影响。但是，在该原则下，组装场地面积将增大约50%，尤其是在工程建设完成后，该场地仅在更换换流变时才使用，在大部分的时间内均空置，造成较大的土地资源浪费。

组装原则2：允许布置在同一侧的换流变同时进行组装，并留有其他换流变的运输通道。在组装原则2下，要求同时进场的换流变为同一阀组单元的换流变，如6台高端换流变（或低端换流变），待其组装完毕后统一推入安装位置，然后才允许另外的6台低端换流变（或高端换流变）进入组装场地。因考虑设置了其他换流变的运输通道，故同一阀组单元的6台换流变的到货先后顺序与布置位置无关，无严格要求。显然，该组装原则下同一极的12台换流变安装周期将比组装原则1下的长，但减小了组装场地和换流站总占地面积，节约了国家土地资源。

组装原则3：允许布置在同一侧的换流变同时进行组装，但不考虑其他换流变的运输通道。组装原则3是在组装原则2的基础上，取消了运输通道，进一步减小了组装场地占地面积，但也因此对换流变到货顺序和施工组织有严格的要求。在组装原则3下，除对不同阀组单元的换流变有到货顺序要求外，对同一阀组单元的6台换流变的到货顺序也有严格要求，其到货顺序与布置位置有关，即要求同一阀组单元的6台换流变中，远离主运输道路的换流变（如HY或LY）先到并先进入组装位置，靠近主运输道路的换流变（如HD或LD）后到并后进入组装位置。

综合对比各组装原则特点，考虑到要尽量节省国家土地资源、减小±800kV换流站占地，以及±800kV换流站建设中换流变设计、制造难度和其他不确定性因素，为降低现场施工组织要求，保证工程的顺利实施，建议±800kV换流站换流变组装采用组装原则2进行，即允许布置在同一侧的换流变同时进行组装，并留有其他换流变的运输通道。

3.3 ±800kV换流站组装场地的确定

±800kV换流站中换流变组装场地的确定，即阀厅间间距的确定，需综合考虑换流变组装时的用地要求和更换时的检修占地要求。

3.3.1 换流变安装时的场地要求

在±800kV换流站中，换流变从大件运输码头上岸后通过大件运输平板车运至站内，并直接运至组装基础附近就地卸货，避免了换流变在组装完成后再进行长距离的移位。换流变在安装位置就位后，要求其后侧留有其他换流变的运输通道。

此时，换流变安装时的场地宽度为

式中：W1为换流变安装时组装场地宽度，m；LF1为高端换流变防火墙长度，m；LF2为低端换流变防火墙长度，m；LT1为高端换流变总长度，m；LT11为高端换流变箱体中心至阀侧套管的长度，m；LT12为低端换流变箱体中心至阀侧套管的长度，m；WT为预留的运输通道宽度，一般按6 m考虑；M1为各部件对安装空间的其他要求，如套管与防火墙间的安装空间，按2 m考虑。

针对 ABB换流变压器，LF1=17.5 m，LF2=16 m，LT1=25 m，LT11=16 m，LT12=12.5 m，则 ABB 换流变安装时要求的组装场地宽度为W1=66.5 m。

ABB和SIEMENS换流变安装时的组装场地要求分别如图2、3所示。

3.3.2 换流变检修更换时的场地要求

特高压直流换流站中，同一极的高、低端阀厅采用面对面布置方式，同一极的高、低端换流变的布置角度为反向（套管朝向相反），不同极的高端（或低端）换流变布置角度也为反向，这种特点使得在换流变检修更换时，备用换流变不论采用何种布置角度，其进入极1组装场地或极2组装场地时，必然需要进行换流变本体转向。因而，换流变检修更换时如何实现换流变的转向是影响组装场地的重要因素之一。

换流变的转向方式可分为专用场地转向方式和组装场地转向方式2种，其中，专用场地转向方式需单独设置一块场地用于换流变本体转向，而组装场地转向方式时，换流变的转向在组装场地内完成，不需要额外设置场地。采用何种方式应结合备用变布置位置进行具体分析决定。

（1）专用场地转向方式。当备用变在专用场地进行转向后再进入组装场地，其所需空间与换流变安装时的基本相同，需要考虑换流变安装空间和过车通道。唯一不同的是，对于SIEMENS换流变，换流变在轨道上移动时其套管和防火墙间应保持一定的安全间隙。因而，参考图2和图3，当换流变设置专用场地转向时，ABB换流变组装场地宽度W2=66.5 m，SIEMENS换流变组装场地宽度W2=76 m。

（2）组装场地转向方式。当备用变保持原方向进入组装场地后再进行本体转向，则组装场地所需空间有所增大，此时，组装场地可按公式2计算：

ABB和SIEMENS换流变更换时的组装场地要求分别如图4、5所示，可以看出ABB换流变更换时组装场地最小宽度为W3=69.5 m，SIEMENS换流变更换时组装场地最小宽度为W3=82 m。

3.3.3 组装场地要求

在组织原则2下，±800kV换流站中换流变在各种工况时对组装场地的要求如表1所示。

在实际工程中，换流变组装场地尺寸应取安装时和更换时数值中的较大者，并考虑一定的工程裕度。

我国现有的向家坝—上海±800kV特高压直流输电示范工程奉贤换流站中，阀厅、换流变区域布置和备用换流变布置位置如图6所示。

表1 ±800kV换流站组装场地要求Tab.1 Yard requirements for±800kV converter station assembling m

在奉贤换流站中，4台备用换流变分散布置在直流场和交流场。由图6可知，在靠近交流场的轨道交界处，该区域周围比较空旷，可以满足换流变转向的要求，因而将该区域作为专用转向场地，所有的备用变均在该位置完成转向后再推入合适的安装位置，从而一定程度上减小了占地。根据表1可知，对于ABB换流变组装场地W=66.5 m，SIEMENS换流变W=76 m，即可满足工程建设需要。在实际工程中，奉贤换流站组装场地按77 m进行设计。

4 结论

±800kV换流站中换流变组装场地的确定需综合考虑换流变、防火墙、换流变组装原则、换流变安装与更换的差异性等多种因素的影响，其中换流变组装原则是确定组装场地的关键因素。

在±800kV换流站中，为尽量节省国家土地资源，建议换流变组装按照“允许布置在同一侧的换流变同时进行组装，并留有其他换流变的运输通道”的原则进行，则综合考虑换流变安装和检修、更换时的场地需要，±800kV换流站组装场地可按77 m设计。

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