2.7 混合三端直流方案電氣主接線

2.7.1 昆北換流站電氣主接線

1.建設規模

昆北換流站建設規模如下。

1）直流建設規模：直流輸電系統額定容量為雙極8000MW/單極4000MW；直流輸電系統額定電壓為±800kV，直流輸電系統額定電流為5000A。

2）500kV出線規模：規劃出線10回，分別至烏東德3回、龍開口1回、魯地拉2回、仁和2回、銅都2回，本期一次性建成。

3）高壓無功補償設備：本期裝設1組線路高壓并聯電抗器（簡稱“高抗”）及中性點小電抗、1組母線高抗。換流站裝設低壓電抗器。

2.交流濾波器接線

交流濾波器接線一般有大組交流濾波器組進串、小組濾波器直接接500kV交流母線、兩大組交流濾波器組與換流變壓器進線T接三種主要接線方式，其中兩大組交流濾波器組與換流變壓器進線T接這種接線方式因濾波器互換性差一般不予考慮。小組濾波器直接接500kV交流母線方式與大組交流濾波器組進串接線方式相比，雖然能節省投資，但可靠性低。因此我國近幾年已建成的直流工程，如天廣、三廣、三滬、貴廣一回、貴廣二回、牛從，經比較論證均采用大組交流濾波器組進串的接線方式。特高壓直流換流站對交流濾波器接線的可靠性要求更高，且小組濾波器的數量較多，故本工程采用大組交流濾波器進串接線方式。

3.交流場接線

（1）500kV交流配電裝置接線

昆北換流站500kV本期及遠期10回出線、4組換流變壓器進線、4大組濾波器進線、2回500kV站用變壓器進線，1組母線高抗，進出線元件總計達到21回。

根據系統對500kV運行要求，昆北換流站采用一個半斷路器接線，組成10個完整串，1個單斷路器單元，共裝設31臺斷路器。昆北換流站交流配電裝置示意圖如圖2.54所示。

（2）500kV交流濾波器接線

昆北換流站交流無功補償和交流濾波器設置原則如下：

1）無功分層分區就地平衡，不考慮遠距離輸送。

2）換流站的無功補償總容量原則上按照直流系統全電壓輸送額定功率時的無功消耗計算；直流過負荷所需額外增加的無功補償容量由換流站備用補償分組容量來平衡。

3）滿足交流系統電壓控制要求。網絡中任一點運行電壓，在任何情況下嚴禁超過網絡最高運行電壓，正常情況下不應低于網絡額定電壓的0.95～1.00倍；需說明的是，對于本方案系統調壓手段主要依靠調整發電機勵磁。

4）考慮系統發電機無功出力控制要求。發電機最大無功出力控制運行功率以不低于額定功率為限，最小無功出力對于汽輪發電機，控制其功率因數不高于0.95，水輪發電機則以不進相為限。發電機機端電壓水平控制在額定電壓的1.05～0.95倍。

5）換流站所裝設的無功補償裝置一般與交流濾波器合并考慮。在直流小方式運行時，為滿足濾波要求，需投入一定數量的濾波器，使換流站容性無功過剩。因此，要求交流系統或換流站有吸收一定容性無功的能力。

通常在換流站交流側濾波器設計中，應盡量減少交流濾波器的類型。

（3）其余無功設備及35kV配電裝置接線

35kV配電裝置采用單母線接線，暫按裝設進線斷路器，共裝設8臺斷路器。

500kV母線高抗通過一個斷路器單元接于500kV GIS母線。

4.換流閥接線

現代高壓直流工程中均采用12脈動換流器作為基本換流單元，以減少換流站所設置的特征諧波濾波器。在滿足設備制造能力、運輸能力及系統要求的前提下，閥組接線應盡量簡單。大容量直流輸電工程可能的接線方式通常有以下三種方案。

方案一：每極1個12脈動閥。

方案二：每極多個12脈動閥組串聯。

方案三：每極多個12脈動閥組并聯。

以上三種方案的基本特點及應用實例詳見2.2節，此處不再贅述。考慮到換流變制造和運輸條件，推薦昆北換流站采用每極2個12脈動閥組串聯接線方式。高端12脈動閥組和低端12脈動閥組電壓組合為±（400+400）kV，兩個12脈動閥組的接線方式相同。昆北換流站換流閥接線如圖2.55所示。

5.換流變接線

換流變壓器的功能是將交流母線電壓變換為符合要求的換流器輸入電壓。換流變壓器的接線需根據換流器的接線方式確定。換流變壓器的型式直接影響到換流變壓器與換流閥組的接線和布置，換流變壓器的型式選擇應結合制造水平、運輸條件、國產化能力及投資等多方面因素綜合考慮。

根據換流變壓器設備的制造能力以及大件運輸的尺寸和重量限制，烏東德工程換流變壓器型式推薦采用單相雙繞組變壓器，換流器采用單極兩個12脈動閥組接線方式。換流變壓器接線方案與已經投運的±800kV特高壓直流工程相同，即換流變壓器網側套管在網側接成Y0接線與交流系統直接相連，閥側套管在閥側按順序完成Y、d連接后與12脈動閥組相連。換流變壓器三相采用YNy0聯結及YNd11聯結。

6.直流場接線

昆北換流站直流場接線方式應能夠滿足下列運行方式：

1）雙極平衡運行。

2）1/2雙極平衡運行。

3）一極完整、一極1/2不平衡運行。

4）完整單極大地回線運行。

5）完整單極金屬回線運行。

6）1/2單極大地回線運行。

7）1/2單極金屬回線運行。

為滿足上述運行方式要求，直流側電氣主接線應具有如下功能：

1）為檢修而對換流站內直流系統的某一個12脈動閥組或某一個單極進行隔離及接地時，不中斷或降低健全閥組或健全極的直流輸送功率。

2）為檢修而對某一極直流線路進行隔離及接地，不中斷或降低健全線路的直流輸送功率。

3）為檢修而對任一組直流濾波器進行隔離及接地，不中斷或降低直流輸送功率。

4）在單極或1/2單極金屬回線運行方式下，為檢修而對直流系統一端或兩端接地極及其引線進行隔離及接地，不中斷或降低直流輸送功率。

5）在雙極或1/2雙極平衡運行方式下，為檢修而對直流系統一端或兩端接地極及其引線進行隔離及接地，不中斷或降低直流輸送功率。

6）任一極單極運行從大地回線切換到金屬回線或從金屬回線切換到大地回線，不中斷或降低直流輸送功率。

昆北換流站直流場接線與兩端±800kV特高壓直流工程基本相同，換流站直流側按極對稱裝設有直流電抗器、直流電壓測量裝置、直流電流測量裝置、直流隔離開關、中性母線高高速開關（HSNBS）、中性點設備及過電壓保護設備等考慮。

7.測點要求

昆北測點布置及性能要求與現有特高壓常規直流輸電系統保持一致。主要區別在于建議增加高低閥組連接處電流測量點，以提高高低閥組故障的選擇性。

2.7.2 柳北換流站電氣主接線

1.建設規模

柳北換流站建設規模見表2.17。

2.交流側接線

（1）500kV電氣接線

柳北換流站500kV配電裝置采用一個半斷路器接線。本期4回交流線路出線（至桂南變電站2回、至柳東變電站2回）、4回柔直變壓器進線、1回500/35kV降壓變壓器進線、1回500/10kV高壓站用變壓器進線共10個電氣元件接入串中，組成4個完整串和2個不完整串，本期安裝16臺斷路器。

（2）220kV電氣接線

本期暫不建設。

（3）35kV配電裝置接線

35kV配電裝置采用單母線接線。融冰裝置暫按引自500/35kV降壓變壓器的35kV側母線，本期安裝1臺斷路器，具體方案此處不再詳述。

3.換流閥接線

柔性直流換流器采用MMC作為柔性直流輸電的主換流器。MMC的基本電路單元為功率模塊，各相橋臂均通過一定量的具有相同結構的子模塊和一個橋臂電抗器串聯構成。

在直流系統采用對稱雙極接線方案的前提下，柔性直流換流器單元接線主要有單閥組和高低閥組串聯兩種方式。若采用單閥組接線方式，每相變壓器的容量將超過500MV·A，結合廠家調研結論，柔直變壓器的制造難度較大，無法整體運輸到現場，宜采取每相兩臺柔直變壓器并聯的方式。因此，就烏東德工程而言，采用單閥組的接線方式和高低閥組串聯接線方式相比，柔直變壓器的數量相當。

盡管高低閥組串聯的接線方式會增加旁路開關設備，但在送端昆北換流站采用每極雙12脈動的前提下，采用高低閥組的方案與送端傳統直流的匹配度更高，靈活性更好。綜合以上分析，烏東德工程直流輸電系統推薦采用雙極、每極高低閥組串聯接線方案，本站共設4個柔性直流換流器單元。為減少單個閥組故障引起直流系統單極停運的概率，提高直流輸電系統的可利用率，每個閥組直流側按裝設旁路開關考慮。閥組電壓按±（400 +400）kV分配。

4.柔直變壓器接線

結合烏東德工程柔直變壓器容量和電壓等級，由于直流系統采用對稱雙極的接線方式，直流中性點電壓鉗位在接地極實現，無須在柔直變壓器閥側設置接地點。綜合考慮降低變壓器的制造難度，推薦采用YNy聯結。每個換流器單元3臺柔直變壓器的網側套管在網側接成Y0聯結與交流系統直接相連，閥側套管在閥側接成Y聯結，與換流閥的三相分別連接。

5.直流場接線

柳北換流站直流側接線按滿足系統運行方式的要求進行設計：

1）三端雙極全電壓運行。

2）三端雙極半電壓運行。

3）三端雙極一極全電壓、一極半電壓運行。

4）三端單極全電壓大地回線運行方式。

5）三端單極全電壓金屬回線運行方式。

6）三端單極半電壓大地回線運行方式。

7）三端單極半電壓金屬回線運行方式。

8）兩端直流運行方式。

9）STATCOM運行方式。

為滿足上述運行方式要求，直流側電氣主接線應具有以下功能：

1）為檢修而對換流站內直流系統的某一個閥組或某一個單極進行隔離及接地，不中斷或降低健全閥組或健全極的直流輸送功率。

2）為檢修而對某一極直流線路進行隔離及接地，不中斷或降低健全線路的直流輸送功率。

3）在單極或1/2單極金屬回線運行方式下，為檢修而對直流系統一端或兩端接地極及其引線進行隔離及接地，不中斷或降低直流輸送功率。

4）在雙極或1/2雙極平衡運行方式下，為檢修而對直流系統一端或兩端接地極及其引線進行隔離及接地，不中斷或降低直流輸送功率。

5）任一極單極運行從大地回線切換到金屬回線或從金屬回線切換到大地回線，不中斷或降低直流輸送功率。

柳北換流站直流場接線與兩端±800kV特高壓直流工程基本相同，換流站直流側按極對稱裝設有直流電抗器、直流電壓測量裝置、直流電流測量裝置、直流隔離開關、中性母線高速開關（HSNBS）、中性點設備及過電壓保護設備等考慮。接地極回路裝設一臺金屬回線轉換斷路器（MRTB），臨時接地回路裝設一臺高速接地開關（HSGS），金屬回線裝設一臺金屬回線轉換開關（GRTS）。不同的是在極線出線側設置單母線，以滿足與昆北換流站和龍門換流站的連接。同時在極線和龍門換流站出線上配有直流高速開關（HSS），以滿足快速隔離站內故障和至龍門換流站故障線路的需求。

為避免±800kV線路交叉，直流出線由西向東分別為“昆北極1、昆北極2、龍門極2、龍門極1”，如圖2.56所示。

6.啟動回路

啟動回路設置在柔直變壓器網側，啟動電阻與交流斷路器并聯后，一端接至500kV配電裝置，另一端與柔直變壓器網側套管相連。

7.測點要求

柳北換流站測點的特點如下：

1）極1和極2的測點對稱。

2）高端閥組和低端閥組的測點對稱。

性能要求如下：直流側電壓、直流側電流、橋臂電流、閥側電流采樣頻率不低于50kHz、額定范圍內測量精度不低于0.2 P。其他測量點采樣頻率不低于10kHz、額定范圍內測量精度不低于0.2P。預充電回路電流測點精度不低于2A。

直流電壓和直流電流測量精度見表2.18、表2.19。

2.7.3 龍門換流站電氣主接線

1.建設規模

龍門換流站建設規模見表2.20。

2.交流側接線

（1）500kV電氣接線

龍門換流站500kV交流出線本期6回，柔直變壓器進線4回，500kV自耦變壓器。根據上述配串原則，本站500kV配電裝置，本期建成4個完整串、4個不完整串。交流500kV配電裝置采用戶內GIS布置、1個半斷路器接線。

（2）220kV電氣接線

本期無建設內容。

（3）500kV自耦變壓器及35kV配電裝置接線

500kV自耦變壓器本期暫不建設。

35kV不帶地方負荷，僅接無功補償裝置，無功補償以每臺自耦變壓器平衡為原則。每臺自耦變壓器低壓側最終帶3組并聯電容器組和2組并聯電抗器組，按自動投切設計。35kV每個回路故障，局部地切除部分無功補償設備，對500kV及220kV系統影響不大；故要求35kV的接線清晰、簡單。

35kV配電裝置推薦采用單母線單元接線，每臺自耦變壓器單獨設置35kV母線，設總斷路器，不設母線聯絡開關。

3.換流閥接線

在直流系統采用對稱雙極接線方案的前提下，柔性直流換流器單元接線主要有單閥組和高低閥組串聯兩種方式。

若采用單閥組接線，柔直變壓器容量約為960MV·A，廠家初步提供的運輸尺寸約長15.5m ×寬3.95m ×高5.5m，運輸重量約580t，設備運輸困難；容量的增加，柔直變壓器漏磁控制和局部過熱是設計制造的難點。所以對于單閥組接線的柔直變壓器需要考慮2臺并聯，柔直變壓器的數量與高低閥組的相同，但閥側電壓約為高低閥組的2倍。此外，柔直變壓器閥側相間、閥橋臂間絕緣水平將提高，設備間布置間距將加大。由于送端為雙12脈動接線形式的常規直流，龍門換流站采用單閥組接線與送端接線形式不匹配，若龍門換流站單個閥組故障，將損失1/2容量。若采用高低閥組接線，柔直變壓器容量約為480MV·A，相對單閥組接線，運輸尺寸小，設備重量輕，公路運輸可行；同時接線方式與送端相匹配，運行方式比較靈活。

綜合考慮，本工程采用雙極配置，每極2個閥組串聯接線，2個閥組串聯電壓按（400+400）kV分配的換流器接線方式。為減少單個閥組故障引起直流系統單極停運的概率，提高直流系統的可用率，同時減少對交流系統的沖擊，每個閥組直流側按裝設旁路開關考慮。

4.柔直變壓器接線

結合烏東德工程柔直變壓器容量和電壓等級，全站共設置12臺480MV·A單相雙繞組柔直變壓器，備用柔直變壓器暫按2臺考慮。由于直流系統采用對稱雙極的接線方式，直流中性點電壓鉗位在接地極實現，無須在柔直變壓器閥側設置接地點。綜合考慮降低變壓器的制造難度，推薦采用YNy聯結。每個換流器單元3臺柔直變壓器的網側套管在網側接成Y0聯結與交流系統直接相連，閥側套管在閥側接成Y聯結，與換流閥的三相分別連接。

5.直流場接線

參見2.7.2節。

6.啟動回路

參見2.7.2節。

7.測點要求

參見2.7.2節。

2.7.4 直流線路測量系統布置及性能要求

烏東德工程為特高壓多端系統，在柳北換流站設置直流匯流母線區，需要配置直流線路測量系統，測點布置如圖2.57所示。

圖2.57中，加粗部分為除站內測點外，線路新增測點。

IdL_YN_os性能要求：采樣頻率不低于10kHz、采樣精度不低于0.2 P。

UdL_BUS、IdL_YN_os、UdL_GD_os性能要求：采樣頻率不低于10kHz、采樣精度不低于0.2P。

UdL_GD_other：采樣頻率不低于10kHz、采樣精度不低于0.2 P。