論特高壓直流換流站電氣設計的主要特點

郎作云

摘要：我國社會整體發展在經濟不斷增長的帶動下，已經呈現出勢如破竹的狀態，每一個體系在社會形態多元化發展的影響下，都出現了翻天覆地的變化。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越來越關注，特別是對特高壓直流換流站電氣設計的主要特點方面的關注程度逐漸加深。本文針對我國特高壓直流換流站電氣設計的主要特點，展開詳細的分析，為今后專業人士進行相關研究，提供正確的依據。

關鍵詞：特高壓;直流換流站;電氣設計

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境下，對電氣進行設計時，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、改革創新特高壓直流換流站電氣的技術水平，為我國電力行業的發展提供動力。

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，數量為2個。針對我國具體環境所設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，數量為1個。這樣的高壓直流換流站電氣設計模式，具有簡便的接線方式、低廉的設備價格。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，數量改為2個，就能夠將通過單個環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，數量為2個時，接線模式為并聯比較復雜、運行過程也變得復雜、控制保護系統復雜，高壓絕緣變壓器的定數量和單閥數量都增加，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，數量為2個的特高壓直流換流站電氣的接下模式改為串聯，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計，使換流器數為4個。

二、換流閥組避雷器配置方案

在經過大量的實際研究后，特高壓直流換流站電氣技術經過改變，成為串聯模式的單極雙十二脈動閥組，結合設計情況對其安裝避雷器，形成了兩組模式，根據實際的保護效果，方案一配置的A2避雷器直接保護高端Yy變壓器閥側，其持續運行電壓峰值（CCOV）為880千伏，操作沖擊保護水平1344千伏，而方案二中高端Yy變壓器閥側由V2+MH避雷器串聯保護，操作沖擊保護水平1386千伏。對換流閥800千伏極線側，方案一采用C1+C2避雷器串聯保護，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，對高端換流變保護較為直觀，但每個換流站需多設置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，大部分設備的帶電導體，電極均為固定形式。所以，主要產生空氣間隙的因素，為操作沖擊和雷電效果所導致。在對空氣間隙進行設計時，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備正常運行，又可以保證空氣間隙最小值之間，使直流開關場和閥廳的設計位置，得到進一步優化。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，很多專業的科研單位，在此領域投入了大量的人力財力，但是，由于直流開關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，還需要各方面專業人士的努力配合。目前對空氣間隙的具體數值，根據國際大電網會議推薦公式，展開詳細計算。下面，將直流開關場極母線對地具有的最小空氣間隙為例，根據實際的計算數值，將其最小空氣間隙數值通過裕度計算后，設定為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英寸的光電觸發等設備。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，目前大部分供應商所提供的晶閘管尺寸為6英寸，晶閘管所采用的技術為光電觸發技術。從換流閥本身的結構來看，采用二重閥或者四重閥均是可行的，沒有明顯的技術經濟差異，采用四重閥可在一定程度上節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構的換流閥[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。方案的最終取舍應當根據總平面布置格局的總體合理性，考慮地形地貌、地質條件、噪音敏感點方位等因素，經綜合技術經濟比較確定[3]。

結束語：通過以上對特高壓直流換流站電氣的設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境下，對電氣進行設計時，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，在社會形態不斷多元化發展的同時，將更多新型的科技技術運用到特高壓直流換流站電氣的技術改革中，為我國電力行業的發展，奠定堅實的基礎。

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，西南電力設計院，廣東省電力設計研究院.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.