±800 kV特高壓直流換流站交流濾波器場地布置優(yōu)化

盧敬軍，樂黨救

（華東電力設(shè)計院，上海市，200063）

0 引言

交流濾波器組是特高壓換流站中重要的組成部分[1-10]。交流濾波器場地約占整個特高壓換流站場地的1/4～1/3，交流濾波器場地的布置優(yōu)化，直接影響總平面的布置，從而直接關(guān)系到工程投資、設(shè)備與人員安全、運行維護等許多工程的關(guān)鍵要素。因此，進行濾波器場地布置的優(yōu)化設(shè)計及研究，對于減少特高壓換流站總占地、減少投資、保障特高壓直流工程的順利開展，具有非常重要的工程價值和研究意義。以±800 kV特高壓奉賢換流站工程為例進行討論研究。

1 交流濾波器組接線及配置

1.1 無功補償及交流濾波器接線

根據(jù)系統(tǒng)研究和無功補償計算初步結(jié)果，以換流站容性無功補償總?cè)萘?900 Mvar考慮。交流濾波器和并聯(lián)電容器共分成15小組，4大組，小組容量初步考慮為260 Mvar。本階段暫考慮其中9組為濾波器，6組為補償電容器，分別接至一段獨立的濾波器單母線上。每個大組作為1個電氣元件接入交流3/2斷路器接線串中。圖1為一大組交流濾波器接線示意圖。

1.2 交流濾波器區(qū)域設(shè)備初步選型結(jié)果

該區(qū)域均采用敞開式設(shè)備，具體如表1所示。

表1 交流濾波器組主要設(shè)備選型表Tab.1 AC filter bank main device model selection

2 目前±500 kV換流站普遍采用的濾波器組布置方案

2.1 交流濾波器母線的選擇

目前，國內(nèi)換流站500 kV交流濾波器采用的母線型式不盡相同。三常工程交流濾波器母線采用了大小跨支持管母線；三廣工程交流濾波器母線采用了軟母線；三滬工程交流濾波器母線采用了懸吊式管母線。

2.2 交流濾波器及電容器小組圍欄內(nèi)尺寸

龍政工程中政平換流站的濾波器為12/24次，電容器為單塔布置，交流濾波器小組圍欄內(nèi)的尺寸為36.5 m（包括了圍欄內(nèi)的支持過道路母線的500 kV支柱絕緣子）；三滬工程中交流濾波器的高、低壓電容器均為國內(nèi)供貨，單組容量為210 Mvar，高壓電容器均為雙塔布置，其中HP12/24濾波器的圍欄內(nèi)尺寸為36 m，圍欄內(nèi)布置場地較寬敞。并聯(lián)電容器組圍欄內(nèi)尺寸為30.5 m。

2.3 交流濾波器大組的布置方式

三常直流工程和三廣直流工程：3大組共11小組交流濾波器及并聯(lián)電容器組；間隔縱向無相間道路，只在靠近濾波器組前后兩側(cè)各設(shè)置1條檢修、搬運及巡視道路；小組間隔寬度為28 m。

三滬工程：3大組共9小組交流濾波器及并聯(lián)電容器組；間隔縱向設(shè)有3 m相間道路；小組間隔寬度為28～30 m；3大組在站區(qū)北側(cè)一字形排列，并將其中2大組的母線背靠背布置。

3 現(xiàn)有±800 kV換流站濾波器組布置方案

3.1 交流濾波器母線的選擇

根據(jù)以往常規(guī)換流站的經(jīng)驗，考慮采用懸吊式管母線，其原因為：

（1）與軟母線相比，配合使用單柱折臂伸縮垂直開斷式隔離開關(guān)，可大大減少占地，沿設(shè)備布置方向至少可減少4.5 m；

（2）交流濾波器母線跨距較大，達28 m，若采用支持式管母線，則母線的撓度偏大；

（3）可以減少架構(gòu)受力和鋼材量。

3.2 交流濾波器小組圍欄內(nèi)尺寸的確定

交流濾波器的單組按容量260 Mvar考慮，單元按國內(nèi)供貨考慮，雙塔布置，與三滬工程相比僅容量有所增加，可增加電容器塔的層數(shù)。本階段圍欄長度按36 m考慮；并聯(lián)電容器組圍欄長度按30 m考慮。

3.3 交流濾波器大組的布置方式

與配電裝置的間隔寬度一致，濾波器的間隔寬度取28～30 m。交流濾波器大組布置方案中應(yīng)考慮：

（1）濾波器大組引線方便；

（2）濾波器的噪聲源（電抗器）應(yīng)該盡量遠離圍墻；

（3）運行、維護方便。

交流濾波器組一般按照遠離居民區(qū)的位置布置，以奉賢換流站為例，由于站址北側(cè)和西側(cè)均較空曠，距離居民區(qū)較遠，西側(cè)為直流進線方向，為減少濾波器電抗器產(chǎn)生的噪聲對站內(nèi)運行人員和站外居民的影響，4大組交流濾波器全部布置于站區(qū)北側(cè)，

500 kV交流濾波器場地與交流500 kV配合裝置及直流開關(guān)場之間經(jīng)環(huán)行道路分隔，以實現(xiàn)分區(qū)。濾波器場地的500 kV設(shè)備間設(shè)相間道路；濾波器小組圍欄四周設(shè)置檢修、搬運及巡視道路，在相鄰的濾波器小組間設(shè)置了1條2m寬的巡視小道，兼作電纜溝。

此方案的布置圖如圖2～3所示，4大組交流濾波器及電容器組一字形排列于站區(qū)北側(cè)，其中1號、2號大組背靠背布置，占地為380 m×143.5 m。

4 ±800 kV換流站濾波器組優(yōu)化后布置方案

為進一步減少占地，節(jié)省總體投資，對上述方案進行了進一步的優(yōu)化。根據(jù)目前的工程經(jīng)驗，因圍欄內(nèi)尺寸調(diào)整裕度不大，應(yīng)從整體布局上進行調(diào)整。

由于濾波器組和電容器組圍欄縱向尺寸不同，以往方案由于大組同列布置，大組縱向尺寸不能縮減，而本次的新方案將濾波器組和電容器組分列布置，電容器組列的縱向尺寸有所減少，從而壓縮了整體尺寸。

新方案將4大組交流濾波器及電容器組田字形布置，即每大組的4小組（其中1小組仍考慮站用變回路）兩兩背靠背布置于母線兩側(cè)。將同一大組的濾波器組與電容器組分開于母線的兩側(cè)，并與另一大組的濾波器組及電容器組同類的放于同側(cè)，避免了以往將濾波器小組和電容器小組放在同一側(cè)造成的縱向?qū)挾鹊睦速M。

由于母線兩側(cè)均要接濾波器或電容器組，故取消原來的單柱單接地隔離開關(guān)，改用雙柱單接地隔離開關(guān)。母線也相應(yīng)地使用軟導線，可選用雙分裂LGKK-600導線，相間距離為6.5 m。構(gòu)架寬度不變，仍為24 m。

取消母線接地開關(guān)，將其用每大組中一小組的雙柱隔離開關(guān)的母線側(cè)地刀替代。將每組母線下的電容式電壓互感器同時用于母線引下的過渡接線，從而節(jié)省了支持絕緣子的用量。

雖然將單柱單接地隔離開關(guān)更改為雙柱單接地隔離開關(guān)，增加了小組的縱向尺寸，但從總體上來說，整個交流濾波器場的橫向尺寸大大減少，且不增加縱向的寬度。優(yōu)化后的交流濾波器場占地為328 m×143.5 m。橫向尺寸對比原方案節(jié)省了52 m。優(yōu)化后的占地面積為原方案的86.3%。優(yōu)化后的交流濾波器場地布置如圖4～5所示。

5 原方案和優(yōu)化方案技術(shù)經(jīng)濟比較

5.1 技術(shù)比較

2個方案均能滿足技術(shù)要求，采用的設(shè)備技術(shù)參數(shù)基本相同，僅在形式與布置上有所區(qū)別。2個方案的技術(shù)要點比較如表2所示。

表2 兩方案技術(shù)比較表Tab.2 Technical comparison of 2 schemes

5.2 經(jīng)濟比較

經(jīng)濟比較的原則是：

（1）2個方案中交流濾波器中的濾波電容器和并聯(lián)電容器等設(shè)備及控制保護設(shè)備等均相同，故不參與比較；

（2）方案比較中主要考慮差異設(shè)備費、安裝費、土建的費用差以及所區(qū)占地、民房拆遷；

（3）站區(qū)征地暫按40萬元/畝計算。

2個方案經(jīng)濟比較如表3所示。

表3 兩方案經(jīng)濟比較表Tab.3 Economical comparison of 2 schemes

6 結(jié)論

（1）2個方案在布置方式及設(shè)備形式上雖有所不同，但均能滿足要求。總體上，優(yōu)化方案布置更加整齊美觀，節(jié)省了濾波器組母線、構(gòu)架及母線接地開關(guān)、支柱絕緣子等設(shè)備費用；占地更小，節(jié)省占地約7200m2。由于布置緊湊，也相應(yīng)節(jié)省了接地、電纜等輔材的消耗量；同時，土建方面的土方量、構(gòu)架、支架、基礎(chǔ)、水工管線數(shù)量均有所減少。優(yōu)化方案比方案1節(jié)省投資約為993萬元。

（2）優(yōu)化方案比原方案所需的GIS分支管線長約90 m。在GIS管線投資上優(yōu)化方案要比原方案多約486萬元。當然，在實際工程應(yīng)用中，可考慮對構(gòu)架進行改造，如采用雙層母線構(gòu)架，從而減小GIS管線長度，降低設(shè)備投資。

綜上所述，優(yōu)化方案比較原方案占地小且更經(jīng)濟（共節(jié)省費用507萬元），故在具體工程實施中可以考慮采用優(yōu)化方案作為濾波器組的布置方案。

本文的數(shù)據(jù)均以向家壩—上海±800 kV特高壓直流換流站工程奉賢換流站為例，對于其他工程需作相關(guān)調(diào)整。

[1]DL/T 5223—2005高壓直流換流站設(shè)計技術(shù)規(guī)定[S].2005.

[2]中國電力工程顧問集團公司技術(shù)標準.高壓直流換流站技術(shù)導則[S].2005.

[3]高壓直流輸電工程及其設(shè)計[R].西門子公司輸電和配電部.

[4]趙畹君.高壓直流輸電工程技術(shù)[M].北京：中國電力出版社，2004.

[5]華東電力設(shè)計院.向家壩—上?！?00 kV特高壓直流輸電工程上海奉賢特高壓換流站預(yù)初步設(shè)計變電部分說明書[R].2006.

[6]華東電力設(shè)計院.±500 kV白鶴（華新）換流站初步設(shè)計變電部分說明書[R].2002.

[7]華東電力設(shè)計院.±500 kV政平換流站初步設(shè)計說明書[R].1999.

[8]楊金根，張凌，鐘偉華.特高壓戶內(nèi)直流場設(shè)計研究[J].電力建設(shè)，2007，28(5)∶1-7.

[9]申衛(wèi)華，胡明，王黎彥，等.特高壓直流換流站直流場型式比較及選擇[J].電力建設(shè)，2007，28(5)∶8-11.

[10]劉澤洪，高理迎，余軍.±800kV特高壓直流輸電技術(shù)研究[J].電力建設(shè)，2007，28(10)∶17-23.