兴安直流工程换流站设计和自主化特点

李标俊，李其书，杨跃辉，方 野

（中国南方电网超高压输电公司天生桥局，贵州省兴义市，562400）

0 引言

兴仁换流站为兴安直流工程送端换流站，由中南设计院、许继—西门子联合体、南网研究中心联合设计。本工程建设以“以我为主、联合设计、自主生产”为指导原则，对推动关键设备国产化、掌握核心技术、提高国内设备制造水平有极其重要的意义。现将本工程设计和自主化特点总结成文，供设计、建设、施工及运行部门参考[1]。

1 工程概况

贵州－广东第2回±500kV直流输电工程（简称“兴安直流工程”）是我国±500kV直流输电工程自主化依托项目，同时也是中国南方电网实施“西电东送”的骨干工程。该工程西起贵州兴仁换流站，东至广东深圳宝安换流站，输送容量为3 GW，电压为±500kV，线路总长为1194.5 km。双极于2007年12月正式投入商业运行[2]。

2 设计特点

兴仁换流站设计分为成套设计和工程设计2部分。成套设计主要包括系统研究、成套设计规范书、成套设计施工图，由中南电力设计院、南网研究中心与直流承包商许继—西门子共同设计完成。工程设计包括初步设计、第3部分设备采购规范书以及施工图，由中南电力设计院负责设计[3]。

2.1 设计原则

（1）直流系统设计由中标的中外联合体完成。

（2）换流阀采用中外联合体投标模式，国内生产可控硅元件及有关零部件的比例按50%考虑，1个极全进口，1个极全国产。

（3）换流变及平波电抗器采用中外联合体投标模式，换流变和平波电抗器按1个极全进口，1个极全国产考虑。

（4）直流控制保护：直流控制保护采用中外联合体投标模式，在确保工程质量和工期的前提下，采用在外方指导下的硬软件联合设计，软件方案由双方共同制定，软件编程由中方实施，所有的硬件设备（屏、柜）由国内生产。

（5）交、直流滤波器：设备参数的成套设计由中外联合体完成，由外方负责校核，国内制造厂家提供交流滤波器组和高压并联电容器组中的电容器，其余元件国外采购。

（6）直流开关场设备由外方供货。

（7）交流开关场设备由中方自行采购。

（8）阀冷却水系统由外方设计供货。

（9）消防系统、采暖通风及空调系统由国内供货。

（10）换流站的总体建筑设计由中方完成，换流建筑物等关键部位的设计与外方联合进行，材料在国内采购。其他土建及辅助系统设施均由国内提供。

（11）换流阀及换流变区域的布置由外方设计。

（12）直流场布置由外方设计。

（13）交流开关场、交流滤波器场布置由中方负责设计。

2.2 电气主接线和布置

500kV交流侧主接线采用一个半断路器接线方式，如图1所示。

直流侧采用双极每个极1个12脉动阀组接线，按极装设平波电抗器、直流滤波器和直流电压电流测量装置等。

换流变网侧套管在网侧接成Y0接线与交流系统直接相连，阀侧套管在阀侧按顺序完成Y/△连接后与12脉动阀组相连，换流变三相接线组分别采用YNy0接线及YNd11接线。

直流接线方式有：单极大地回线运行方式、单极金属回线运行方式、双极运行方式、空载加压试验运行方式。

2.3 阀厅及换流变布置

兴仁换流站每极1个12脉动阀组由2个6脉动阀串联组成，1个6脉动阀每相由2个换流阀臂串联组成。每相4个阀臂紧密串联在1个阀塔上组成四重阀，每极12脉动阀组三相共3个四重阀布置在1个阀厅内，即三相四重阀。阀塔采用顶部悬挂式设计，塔顶部电压两极均为0 kV，底部电压极Ⅰ为+500kV，极Ⅱ为-500kV。

换流变进线处设置独立过渡母线，过渡母线布置在换流变的正上方，将Y型和△型换流变进线L1、L2、L3三相分别连接起来。换流变阀侧套管全部插入阀厅布置。

平波电抗器布置在阀厅的直流出线侧，阀侧套管插入阀厅布置。

2.4 直流场布置

直流场设备按两极对称格局布置，直流极母线设备布置于直流场的两侧，直流中性母线设备布置于直流场的中央，在直流每极的极母线和中性母线之间布置2组直流滤波器。直流滤波器设备均采用低位支持式布置方案，四周用围栏围起。为防止围栏内杂草生长影响设备安全运行，围栏内采用碎水泥地面。

为了满足设备运输和运行检修的要求，在平波电抗器出线侧、直流线路出线侧、极母线设备外侧以及极母线设备和中性母线设备之间设置搬运及检修道路，在每极2组直流滤波器之间设置1条巡视小道。

2.5 交流滤波器布置

10个小组500kV滤波器分为3个大组，每个大组分别接入500kV交流场第1、第2、第3串中。同一交流滤波器大组设备采用集中布置方式，每个交流滤波器小组的间隔度为29 m。交流滤波器大组采用悬吊式管型母线配垂直伸缩式隔离开关，可减少纵向尺寸，节省占地面积。交流滤波器设备均采用低位支持式布置方案。交流滤波器分组结构见图2[4—5]。

在靠近滤波器围栏前后两侧各设置1条搬运及巡视检修道路，在每个交流滤波器小组之间设置1条巡视小道。

2.6 500kV交流场交流配电装置

兴仁换流站500kV交流场采用屋外常规敞开式设备，3/2断路器接线，500kV配电装置交流进出线间隔布置呈东西方向排列，由南北方向进出线，换流变采用高架进线分别接入第1串、第2串。

断路器采用三列式布置方式，母线隔离开关采用悬吊式管型母线配单柱垂直开启式且串中采用双静触头三接地隔离开关，线路避雷器及CVT采用常规设备敞开式布置，线路阻波器悬吊在出线架构上，并设置有4个就地继电器室。

2.7 电气总平面布置

兴仁换流站500kV交流场布置在站区的西部，500kV交流滤波器场分散布置在500kV交流场的南北两侧，阀厅及换流变区域布置在500kV交流场东侧，500kV直流场布置在阀厅及换流变区域的东侧，站用变区域布置在站区的西南部，站前区布置在站区的东南部。

2.8 监控及保护系统

2.8.1 控制保护系统配置

兴仁换流站的控制保护系统主要包括直流控制保护系统、运行人员控制和站SCADA系统、调度自动化和直流远动系统、能量计费系统、直流线路故障定位系统、暂态故障录波系统、交流保护系统、阀冷却控制保护系统、站用电控制保护系统、火灾探测报警系统、换流站安全监视系统（CCTV）、站用110 V和24 V直流系统、交流不停电电源系统等。

兴仁换流站控制和保护系统按冗余原则设计。所有主要控制保护的硬件及软件均为双重化或多重化设计，任何单一的软件或硬件故障都不会引起直流系统的停运。直流保护系统采用三重化配置，出口逻辑为三取二[6]。

2.8.2 二次设备的布置

2个极的控制保护设备和站公用设备布置在主控楼内，500kV第1、3串及第1、3大组交流滤波器对应的二次控制保护屏柜等设备布置在500kV 1号继电器室；500kV第2、4串及第2大组交流滤波器对应的二次控制保护屏柜等设备布置在500kV 2号继电器室；第5、6串对应的二次控制保护屏柜等设备及母差保护布置在500kV 3号继电器室；第7、8、9串对应的二次控制保护屏柜等设备布置在500kV 4号继电器室。

2.9 站用电系统

兴仁换流站采用3回独立电源供电，其中2回为工作电源，1回为备用电源。1回电源取自站内装设1组500kV/10 kV站用变压器，其他2回取自站外，分别从站外引接。

兴仁换流站采用的3回电源分别通过500kV/10 kV、110 kV/10 kV、35 kV/10 kV站用变降压后接入站10 kV系统。

站用10 kV系统采用单母线，设2个工作段，每段各由1回独立电源供电，另设1个备用段。每个工作段均可从备用母线段取得备用电源，每个10 kV工作段各接2台10 kV/0.4 kV，2500kVA低压站用变压器，对全站的站用负荷供电。

3 自主化特点

3.1 创立了“贵二模式”

南网研究中心通过全过程参与贵广二回直流工程的系统研究、设计、安装和调试，创立了“贵二模式”，掌握了高压直流输电工程核心关键技术，提高了核心竞争力，成为了一个“合格的供货商”，为更大范围参与竞争创造条件。贵二模式特点见表1。

表1 贵二模式特点Tab.1 Charateristics of“GuiⅡ Mode”

3.2 国内设计范围扩大

由于换流站设备国产化的力度有所扩大，国产化是贵广二回最大的特点[7—11]。如极Ⅰ换流变压器从选型、制造，包括全站的布置、施工都是国内独立完成，换流阀、平波电抗器等关键部分，由中方为主的中外联合体供货，整个工程的主要设备有70%实现了国产化；系统研究报告共20项，自主化率100%；成套设计图纸共17项，自主化率100%；成套设计计算书共7项，自主化率100%；成套设计二次施工图纸共321卷册，自主化率100%。

3.3 自主调试

直流输电控制保护系统动态性能试验和功能试验技术是直流工程的一项核心技术，在贵广Ⅰ回直流工程建设中，这项试验完全由外方负责。而在贵广Ⅱ回，控制保护系统试验100%由中方完成，试验共发现和解决了100多项技术难题，还第一次采用由实际控制保护装置和软件构成的平台完成试验，第一次采用全数字式实时仿真进行控制保护性能试验和出厂试验，构建了世界上最大规模的交直流混合实时仿真电网模型，并从南方电网大系统安全稳定的角度进行仿真试验，具有更强的实用价值。

3.4 自主化成果

（1）通过贵广二回直流工程的研究、设计、试验和系统调试，南网研究中心更加了解南方电网，系统研究项目针对性更强，并创新了研究方法、研究内容。

（2）中方承担全部动态性能试验和性能试验。

（3）中方承担全部大型直流输电工程站系统和系统调试。依托技术合作，完成整体试验方案，并对调试方案设计进行优化；首次编制完成了直流工程的调试专用软件，并进行了完整的调试设备研制和试验项目的现场优化组合，成功克服了调试遇到的系统难题。

（4）受端换流站交流滤波器配置采用了中方提出的方案。

（5）交流PLC采用层架式结构电容器。

（6）独立完成了全站控制保护系统的集成、接口设计，二次设计中融入国内成熟经验，如装置电源、接口部分的设计。

（7）站用电源系统备用自投功能采用国内技术，实现了10 kV和400 V两层双向背自投功能，提高了电源可靠性。

（8）创新换流建筑物结构，主控制楼采用混凝土，3层结构，并充分考虑人性化设计，注意主控制室的通风和采光。

（9）主动听取运行部门意见，从而避免重复问题发生。

4 结语

兴安直流工程的按期建设投产，标志着该工程全面实现了直流输电工程系统研究、换流站设备成套设计和直流工程设计自主化和设备制造自主化，综合自主化率达到70%以上。并且在投运后第1年能量可用率达到99.19%的国际领先、国内第一水平，标志着我国电力行业重大技术装备国产化工作取得了重要突破，为实现国家制定的直流输电工程全面自主化的战略目标做出了贡献。

[1]曾静，王伟刚.三沪直流工程换流站设计特点[J].电力建设，2007，28（3）：9-12.

[2]李标俊，蒙建明，郭峰，等.兴仁换流站运行规程[M].兴仁：兴仁换流站，2006.

[3]中南电力设计院.贵广二回直流输电工程初步设计说明书[Z].武汉:中南电力设计院,2005.

[4]Guizhou-Guangdong II Line±500kV DC Transmission Project.Reactive Power Management Study Report[R].China:CSEPDISiemens,2006.

[5]中南电力设计院.贵广二回直流输电工程专题研究报告[R].武汉:中南电力设计院,2004.

[6]Guizhou-Guangdong II Line±500kV DC Transmission Project Control&Protection Design Specifications[R].China:CSEPDISiemens,2005.

[7]李岩，黎小林，饶宏，等.贵广二回直流输电工程自主创新成果[J].南方电网技术，2008，2（6）：36-40.

[8]余建国，彭饱书，Peter Riedeld，等.贵广直流输电工程的设计和实施[J].南方电网技术研究，2005，1（3）：10-14.

[9]黎小林，李岩.我国直流输电工程及设备自主化进程[J].南方电网技术研究，2005，1（4）：17-21.

[10]常浩.我国高压直流输电工程国产化回顾及现状[J].高电压技术，2004，30(11)：3-4,36.

[11]舒印彪.中国直流输电的现状及展望[J].高电压技术，2004，30(11)：1-2，20.