高壓直流輸電系統(tǒng)多端化改造關(guān)鍵技術(shù)探究

菅亮亮　張震

摘? 要：高壓直流輸電系統(tǒng)由于其技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上的特殊優(yōu)越性，在中國遠(yuǎn)距離大容量輸電系統(tǒng)和大區(qū)網(wǎng)絡(luò)中的使用非常普遍，高壓直流輸電系統(tǒng)的故障和非正常操作會(huì)引起一系列的嚴(yán)重后果，最直接的影響就是對(duì)電氣設(shè)備產(chǎn)生了不可逆的傷害，甚至有可能造成了直流系統(tǒng)單極或雙極閉鎖事件，因此，研究高壓直流輸電系統(tǒng)多端化改造關(guān)鍵技術(shù)具有重要意義。下面筆者就對(duì)此展開探討。

關(guān)鍵詞：高壓;直流輸電系統(tǒng);改造;關(guān)鍵技術(shù)

1多端直流系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功率傳輸模式

目前國內(nèi)外進(jìn)入工程應(yīng)用的高壓大容量多端直流輸電系統(tǒng)均采用并聯(lián)型拓?fù)浣泳€。并聯(lián)型多端直流輸電系統(tǒng)的特點(diǎn)是各換流站均在一個(gè)基本相同的直流電壓下運(yùn)行，直流電壓由其中一個(gè)換流站控制，換流站間有功功率的分配和調(diào)整主要通過改變換流站的直流電流來實(shí)現(xiàn)。已有換流站A和B構(gòu)成的雙端直流輸電系統(tǒng)，新建換流站C以及相應(yīng)直流線路，可以形成三端并聯(lián)型直流系統(tǒng)，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。這樣換流站A、C之間輸送功率時(shí)，可以利用原有的A、B直流通道。

2基于直流高速開關(guān)的中間站改造

2.1接線與功能

我省A站作為三端直流匯流站，直流出線2回，分別至云南B站和廣東C站。為了實(shí)現(xiàn)直流系統(tǒng)的第三站在線投退及直流線路故障隔離，提高整個(gè)直流系統(tǒng)的可靠性和可用率，A站的直流雙極極母線 至肇慶祿勸出線側(cè)均配備裝設(shè)了500kV直流高速開關(guān)（HSS）。

根據(jù)實(shí)際工程需要，改造后的三端直流存在“云南和貴州向廣東送電（ 二送一） ”、“云南向貴州和廣東送電（ 一送二） ”運(yùn)行模式?？梢?，A站既可以作為送端整流站，也可以作為受端逆變站，由于電流方向不變，要通過控制直流電壓的極性來控制功率流向，因此在該站要設(shè)置直流極性轉(zhuǎn)換開關(guān)。

綜上，A站直流場(chǎng)需新增6臺(tái)500kV直流高速開關(guān)和18臺(tái)500kV直流隔離開關(guān)等高壓直流電氣設(shè)備改造后A站直流場(chǎng)電氣接線如圖2所示。

其中，直流高速開關(guān)主要有以下3個(gè)方面作用：1） 直流系統(tǒng)運(yùn)行于三端模式，需要進(jìn)行檢修或站內(nèi)發(fā)生故障等情況下，退出對(duì)應(yīng)端換流站，直流系統(tǒng)轉(zhuǎn)為兩端模式;2）直流系統(tǒng)運(yùn)行于兩端模式，需要將已退出的換流站重新投入運(yùn)行，直流系統(tǒng)轉(zhuǎn)為三端模式;3）發(fā)生直流線路永久故障或檢修，送端換流站快速移 相 直流線路電流降為零后，通過斷開HSS1和HSS3實(shí)現(xiàn)直流線路故障隔離。

2.2設(shè)備研發(fā)

直流高速開關(guān)是在直流550kV電壓等級(jí)直流母線快速開關(guān)的基礎(chǔ)上進(jìn)行研制的，填補(bǔ)了國內(nèi)空白，每臺(tái)開關(guān)為雙斷口結(jié)構(gòu)，包括滅弧室、均壓電容、軀殼均壓環(huán)支柱、機(jī)構(gòu)、二次控制柜，開關(guān)每極配用一臺(tái)液壓碟簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)，每臺(tái)開關(guān)配用一個(gè)控制柜。

3場(chǎng)地受限的直流場(chǎng)改造改造

改造前A站直流出線1回，直流場(chǎng)采用典型極對(duì)稱接線，每極配置2組直流濾波器、直流場(chǎng)采用中型布置，直流濾波器布置在每極極母線與中性母線之間，改造需要新增大量高壓直流電氣設(shè)備，這些設(shè)備在前期工程設(shè)計(jì)中未預(yù)留位置，按常規(guī)擴(kuò)建思路需要在圍墻外新征用地，但是本站外部沒有擴(kuò)建條件。因此，需重點(diǎn)研究場(chǎng)地受限的直流場(chǎng)改造方案，一方面在滿足安全的條件下對(duì)新增設(shè)備外形尺寸進(jìn)行優(yōu)化，另一方面對(duì)原有設(shè)備配置和布置進(jìn)行合理調(diào)整

結(jié)合站址環(huán)境條件，為節(jié)省布置空間，新增的500kV直流隔離開關(guān)采用雙柱伸縮式、地刀為伸縮式; 直流高速開關(guān)設(shè)備長度由8500mm降為8210mm;結(jié)合直流極線耦合電容器設(shè)備高度由9182mm降為8712mm，均壓環(huán)外徑由3500mm縮小為2600mm;另外，為了給圍墻內(nèi)改建提供有利條件，根據(jù)系統(tǒng)研究結(jié)果，每極拆除一組靠極線側(cè)直流濾波器，其電容器單元串入保留的直流濾波器組C1電容器塔低壓端;接地極監(jiān)視系統(tǒng)改用基于高頻脈沖反射方式的技術(shù)方案，不再采用需增加阻斷濾波器、注入濾波器、注入變壓器等設(shè)備的注入電流方式;將直流極性轉(zhuǎn)換開關(guān)布置在雙極極母線直流高速開關(guān)和金屬回線之間，極性轉(zhuǎn)換回路采用軟導(dǎo)線跨線布置在中性線設(shè)備上方基于上述方法和措施，可以最大程度地提高空間利用率，完成圍墻內(nèi)直流場(chǎng)改造的創(chuàng)舉。

4三維數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)應(yīng)用

當(dāng)建設(shè)項(xiàng)目呈現(xiàn)出復(fù)雜化、集成化、龐大化的特點(diǎn)，三維協(xié)同設(shè)計(jì)、仿真虛擬技術(shù)的應(yīng)用將發(fā)揮重要作用、本項(xiàng)目的研究主要基于Revit 軟件平臺(tái)可高效地結(jié)合三維模型和二維平面，利用共享屬性信息實(shí)現(xiàn)二維標(biāo)注的關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)了模型平面立面、剖面的信息高效聯(lián)動(dòng)，其直觀化、形象化、精確化特點(diǎn)，有助于提高設(shè)計(jì)水平和工作效率。

4.1電氣安全凈距校驗(yàn)

A換流站直流場(chǎng)設(shè)備布置緊湊，存在多處電氣安全凈距控制敏感點(diǎn);比如直流極性轉(zhuǎn)換回路切線和另外一極帶電體之間需滿足11m空氣凈距要求;由于布置空間受限，極線耦合電容器、融冰隔離開關(guān)至周邊設(shè)施之間空氣凈距緊張等、采用三維可視化手段對(duì)帶電設(shè)備及導(dǎo)體開展電氣安全凈距校驗(yàn)，并對(duì)相關(guān)布置進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，提高了設(shè)計(jì)精度和安全性。

4.2綜合碰撞檢查

對(duì)于復(fù)雜的換流站改造項(xiàng)目，對(duì)直流場(chǎng)區(qū)域地下基礎(chǔ) 電纜溝等設(shè)備模型進(jìn)行三維硬碰撞檢查，可以最大程度地降低工程建設(shè)中可能出現(xiàn)的碰撞隱患，直流場(chǎng)改建最大化利用前期電纜溝和道路設(shè)施，采用三維手段校驗(yàn)設(shè)備布置，盡量避免新設(shè)備及架塔基礎(chǔ)開挖過程中對(duì)已有電纜溝及道路設(shè)施造成損壞 由于三維模型的唯一性、可視化、協(xié)同性，實(shí)現(xiàn)各專業(yè)設(shè)計(jì)成果的同步更新與完善，避免施工時(shí)出現(xiàn)設(shè)計(jì)變更及返工，縮短項(xiàng)目周期，降低項(xiàng)目建設(shè)成本。

結(jié)論：

綜上，本文提出了一種基于新型直流高速開關(guān)設(shè)備的中間換流站改造方法。在前期工程無預(yù)留位置、站外無擴(kuò)建條件的約束條件下，通過采取優(yōu)化設(shè)備外形尺寸、配置方案、布置方式等措施，最大程度地提高空間利用率，完成圍墻內(nèi)直流場(chǎng)改造的創(chuàng)舉。另外，研究和設(shè)計(jì)實(shí)踐證實(shí)了在直流系統(tǒng)多端化改造工程中采用三維設(shè)計(jì)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。本研究基于國內(nèi)首個(gè)利用原有直流輸電通道進(jìn)行三端改造的直流輸電工程，其系統(tǒng)設(shè)計(jì)與工程實(shí)踐具有典型意義。

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