特高压换流站设计方案研究

特高压换流站设计方案研究

摘要：目前，我国已有三十余条直流输电工程建成投运，直流工程运维检修

工作日益繁重，直流输电系统结构及控制保护策略复杂，因此对运行检修人员的

运行操作和检修维护要求也更加专业。为了研究直流系统运行特性与检修维护测试，需要搭建仿真培训系统。直流仿真培训系统一般分为两种：一种由硬件与软

件构成，如由实时数字仿真（realtimedigitalsimulation,RTDS）和控保装置构成，也有采用RTLAB或者HYPERSIM和控保装置构成，但此种仿真系统设备多且

结构复杂；另一种由纯软件构成，如在PSCAD/EMTDC中根据工程程序搭建控保逻辑，但该种仿真系统所建模型与实际控保逻辑存在较大差异，且无法像工程物理

模型一样，为用户提供详细的系统状态信息。

关键词：特高压；换流站；设计方案

引言

特高压直流输电技术具有输送容量大、输电距离远和控制性能强等优点，在

电能的远距离传输及区域电网互联中发挥了举足轻重的作用，变电站站用电系统

作为特高压换流站的辅助系统，是换流站安全可靠运行的重要保证，其保护配置

及定值配合对防止事故发生和扩大起着关键性作用。目前，换流站站用电系统属

于低压部分，其保护配置及定值整定工作由调度部门依托网省检修公司自行整定，站内不同电压等级站用变压器保护配置、电流互感器（ＣＴ）选型及定值配合缺

乏理论依据，同时换流站对站用变压器（以下简称“站用变”）保护的灵敏性和

可靠性要求更高。因此，站用电系统保护配置及定值整定配合的正确性是保证换

流站站用电系统安全运行的先决条件。

1直流换流站仿真培训系统简介

仿真培训系统目的是实现运行人员培训功能，为通过运行人员控制系统（以

下简称后台系统）的各种功能操作高压直流输电系统提供一个培训设施。一个典

型两端特高压直流系统全软件仿真培训系统（可以扩展为多端仿真培训系统）的

整体结构。它主要由两个换流站的培训工作站、仿真服务器和连接它们的局域网（localareanetwork,LAN）组成。两台培训工作站分别为整流站和逆变站的后台

系统工作站。

2换流站站用电系统保护配置及定值整定特点

由于换流站涉及不同电压等级站用变压器，站用变引接电源电压等级及容量

都高于常规500ｋＶ变电站，现行有关条文对特高压换流站站用变保护配置原则

的针对性不强，其一次接线和二次保护配置等方面的设计与变电站亦有不同之处。因此，其保护配置及上下级保护定值整定配合要综合考虑站用电系统接线、设计

规程要求、系统运行方式以及轮换检修等因素，从实际情况出发，综合考虑和论

证设备选用参数和保护配置范围，满足站用电系统灵活多样的运行方式需要，确

保系统保护的可靠性、速动性、灵敏性和选择性。

3特高压换流站设计方案

3.1定竖向布置方式

站区竖向布置方式是换流站土石方计算的大原则。首先应该考虑的是满足工

艺要求和顺应总平面布置方案。对于自然地形的合理利用，主要是在做竖向布置

方案时站区的高低趋势尽量与原自然地形协调，避免高挖高填。对于自然地形较

为陡峭、高差较大的区域，采用台阶式布置也是为了降低挖填方高度。土石方自

平衡是土石方设计的一般方案，但对于洪涝地区大多数情况都需要将站区整体抬

升到设计洪水位以上，而且这些地区以平原河滩为主，因此必须外购土石方以满

足设计标高或着采用防洪堤坝等措施。对于强盐渍土、淤泥等不适宜回填的填料

会有外弃的问题。还有一些站址距离公路较近，道路引接坡度不能满足大件运输

要求，这时也有外弃土方降低站区设计标高或着优化进站道路路径满足大件运输

要求的不同方案。以上这些问题都需要做多方案比选论证，最终还是以技术经济

综合较优的方案作为工程方案，所以土石方设计并非必须自平衡。

3.2一次设备仿真系统方案设计

依据实际工程主接线图和主回路参数等信息，使用PSCAD自带元件库对换流

变压器、换流器、直流线路等关键直流场设备进行仿真建模，调整模型参数使其

外部特性与特高压直流换流站内一次设备高度一致，同时建立交流系统等值网络，保证交流系统对直流系统外特性与实际工程高度一致。采用自主研发的DCSIM模

块对现场层测控装置和部分一次设备（如刀开关、断路器等）进行模拟，与PSCAD一次仿真模型一起配合，完成对直流输电工程现场层的所有测控设备和刀

开关、断路器、换流阀等一次设备的仿真。

3.3确定初平设计范围

如前所述，初平设计的范围涵盖了边坡挡墙、进站道路、站外防排洪设施、

给排水设施，而且其竖向设计标高必须高于站址区域的设计洪涝水位，因此必要

的水文、地质、地形图资料不可或缺。电气总平面决定了站区场平的边界，在初

平设计前也必须予以确定。对于梯田、陡坎较多或着地形起伏较大的区域，1：500的地形图精度较高，对于土石方的精确计算极为重要。对于地形较为平坦，

地貌较为单一的区域，虽然1：1000的地形图亦可满足设计要求，但采用1：500

的地形图测绘成本相较于地形地貌复杂的地区增加幅度有限。因此建议采用1：500的地形图作为初平设计的基础资料。初平设计应以满足施工图设计深度要求

的地质资料为依据。由于土石方的松散系数是个极为重要的设计参数，因此在初

设和施工图阶段的岩土工程勘察报告均需根据场地土的性质明确在击实工况下的

最大干密度，以此为依据推算场地土的松散系数。对于纳入初平范围的站外防排

洪设施、给排水设施、进站道路、站外临建等设施，在初平设计时虽然可以不做

详细的施工图设计，但是其产生的土石方工程量必须予以准确计算。边坡挡墙、

水工管线等在初平阶段予以实施的构筑物会产生相应的基槽余土，此部分工程量

对站区的整体平衡会有影响，亦应准确计算。

3.4踪初平施工过程

为保证设计意图的准确执行，在场地初平施工期间应定期跟踪现场情况，跟

踪内容包括但不限于：边坡开挖的坡率、范围与图纸的符合性；填土碾压的压实

度与设计要求的符合性；强夯引起的附加沉降量与设计计算的符合性；表土清理

回填工程量与设计计算的符合性等。以上各项跟踪内容均是现场实际施工情况与