论特高压直流换流站电气设计的主要特点

郎作云

摘要：我国社会整体发展在经济不断增长的带动下，已经呈现出势如破竹的状态，每一个体系在社会形态多元化发展的影响下，都出现了翻天覆地的变化。人们在温饱问题得到解决以后，逐渐对能够影响民生大计的行业越来越关注，特别是对特高压直流换流站电气设计的主要特点方面的关注程度逐渐加深。本文针对我国特高压直流换流站电气设计的主要特点，展开详细的分析，为今后专业人士进行相关研究，提供正确的依据。

关键词：特高压;直流换流站;电气设计

引言：特高压直流换流站在电压等级和输送容量普遍提升的环境下，对电气进行设计时，主要从电气主要接线方式、过电压保护和绝缘配合、外绝缘特性、设备型号选择、平面布局等方面着手，提升特高压直流换流站电气的作用。本文针对每一个方面中的一个具体设计，为大家说明。特高压直流换流站电气具有消耗电能源少、输送电能容量大，输送距离较远的特点，被普遍使用。因此，不断深入研究、改革创新特高压直流换流站电气的技术水平，为我国电力行业的发展提供动力。

一、电气换流阀组主接线

对于我国大部分特高压直流换流站电气输电工程而言，主要使用的使500千瓦的直流输电工程，这种工程所使用的脉动阀组接线的大小为12，数量为2个。二巴西伊泰的直流输电工程为单户输送量3150千瓦，工程所使用的脉动阀组接线的大小为12，数量为2个。针对我国具体环境所设计的高压直流换流站电气输电工程将5000千瓦-6400千瓦作为额定功率输出量，将3125安-4000安作为额定直流电流量，工程所使用的脉动阀组接线的大小为12，数量为1个。这样的高压直流换流站电气设计模式，具有简便的接线方式、低廉的设备价格。但是，由于工程所使用的脉动阀组接线的大小为12，数量为1个，模式为单相双绕组型式，每一台变压器的容量在500千伏安-644千伏安之间，因此，制造设备的困难程度和大件物品的运输难度都比较高。针对这个问题，将工程所使用的脉动阀组接线的大小为12，数量改为2个，就能够将通过单个环流单元的电流量有效降低。但是当工程所使用的脉动阀组接线的大小为12，数量为2个时，接线模式为并联比较复杂、运行过程也变得复杂、控制保护系统复杂，高压绝缘变压器的定数量和单阀数量都增加，从而，提高了成本投资。针对这个问题，将工程所使用的脉动阀组接线的大小为12，数量为2个的特高压直流换流站电气的接下模式改为串联，按照±800千伏进行配置，运用单相双绕组型式对交流变压器进行设计，使换流器数为4个。

二、换流阀组避雷器配置方案

在经过大量的实际研究后，特高压直流换流站电气技术经过改变，成为串联模式的单极双十二脉动阀组，结合设计情况对其安装避雷器，形成了两组模式，根据实际的保护效果，方案一配置的A2避雷器直接保护高端Yy变压器阀侧，其持续运行电压峰值（CCOV）为880千伏，操作冲击保护水平1344千伏，而方案二中高端Yy变压器阀侧由V2+MH避雷器串联保护，操作冲击保护水平1386千伏。对换流阀800千伏极线侧，方案一采用C1+C2避雷器串联保护，操作冲击保护水平1344千伏，方案二采用CBH避雷器保护，操作冲击保护水平1385千伏。由此可见，两种配置方案的最高绝缘水平相當，均满足操作冲击耐受水平1600千伏的要求，都是可行的。进一步比较可以看出，对换流站设计和造价影响较大的换流阀，其保护水平基本相当。方案一将A2避雷器直接接于高端换流变阀侧，对高端换流变保护较为直观，但每个换流站需多设置4台特高压避雷器，方案二则具有相反的特点。

三、空气间隙

对于我国大部分换气站而言，大部分设备的带电导体，电极均为固定形式。所以，主要产生空气间隙的因素，为操作冲击和雷电效果所导致。在对空气间隙进行设计时，需要对操作波放电电压具有的特性曲线、各种多元化的换流站真型雷电波等因素进行综合考虑，将空气间隙的取值范围控制在即可以保证设备正常运行，又可以保证空气间隙最小值之间，使直流开关场和阀厅的设计位置，得到进一步优化。在我国±800千伏特高压直流换流站电气工程普遍开展的情况下，很多专业的科研单位，在此领域投入了大量的人力财力，但是，由于直流开关场和阀厅具有多元化的空气间隙形状和种类，因此，要将这一问题妥善解决，还需要各方面专业人士的努力配合。目前对空气间隙的具体数值，根据国际大电网会议推荐公式，展开详细计算。下面，将直流开关场极母线对地具有的最小空气间隙为例，根据实际的计算数值，将其最小空气间隙数值通过裕度计算后，设定为7650毫米，如表一所示[1]。

四、换流阀

由于我国大部分特高压直流换流站电气的额定输送压为5000MW，因此，将直径为5英寸的换流阀应用在电力输出工程中，并为其配备5英寸的水冷却晶闸管、5英寸的空气绝缘、5英寸的光电触发等设备。当电流的输送容量为6400千瓦时，此时的额定输送电流为4000安，这时，直径为5英寸的晶闸管就无法满足特高压直流换流站电气的运行需求，必须将晶闸管的直径改为6英寸，目前大部分供应商所提供的晶闸管尺寸为6英寸，晶闸管所采用的技术为光电触发技术。从换流阀本身的结构来看，采用二重阀或者四重阀均是可行的，没有明显的技术经济差异，采用四重阀可在一定程度上节约阀厅的投资和运行费用，但换流站总体占地面积较大，考虑到土地为不可再生的宝贵资源，目前各工程均推荐采用二重阀结构的换流阀[2]。

五、换流变压器及阀厅布置

两个方案在阀厅、控制楼的造价上没有明显的区别，“背靠背”方案可听噪声控制效果略佳，“背靠背”方案运行维护条件略好。方案的最终取舍应当根据总平面布置格局的总体合理性，考虑地形地貌、地质条件、噪音敏感点方位等因素，经综合技术经济比较确定[3]。

结束语：通过以上对特高压直流换流站电气的设计要点展开的详细分析，我们能够知道，特高压直流换流站在电压等级和输送容量普遍提升的环境下，对电气进行设计时，主要从电气主要接线方式、过电压保护和绝缘配合、外绝缘特性、设备型号选择、平面布局等方面着手，提升特高压直流换流站电气的作用。因此，在社会形态不断多元化发展的同时，将更多新型的科技技术运用到特高压直流换流站电气的技术改革中，为我国电力行业的发展，奠定坚实的基础。

参考文献：

[1]张欣欣，李天乐.特高压直流输电工程可行性研究主要技术原则[J].中国电力，2018，，（14）：57-61.

[2]王海霞，赵国平.中国电力工程顾问集团公司，西南电力设计院，广东省电力设计研究院.云广±800千瓦特高压直流输电工程可行性研究报告[J].北京：中国电力工程顾问集团公司，2017，（12）：252-256.

[3]王鸥，李翔，胡月.中国电力工程顾问集团公司，金沙江一期溪洛渡、向家坝水电站送电华东、华中±800千瓦特高压直流输电工程可行性研究报告[J].北京：中国电力工程顾问集团公司，2018，（09）：142-146.