换流站及其设备

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a、每极1组12脉动换流单元
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b、每极2组12脉动换流单元串联
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c、每极2组12脉动换流单元并联
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每极采用几组12脉动换流单元主要与以下因素有关：
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（1）单个12脉动换流单元的最大制造容量； （2）换流变压器的制造及运输限制； a、每极1组12脉动换流单元； （3）分期建设的考虑； （4）可靠性及可用率； （5）投资考虑；
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6.1 换流站概述
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在高压直流输电系统中，为了完成将交流电变换为直流
电或者将直流电变换为交流电的转换，并达到电力系统对 安全稳定及电能质量的要求，换流站中应包括的主要设备 或设施有： 换流阀、换流变压器、平波电抗器、 交流开关设备、交流滤波器及交流无功补偿装置、 直流开关设备、直流滤波器、 控制与保护装置以及远程通信系统等。
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交流滤波器接入系统方式的特点
（a）交流滤波器大组接母线：
滤波器接线及主母线可靠性高，对双极直流系统，便于交流滤波器 双极间的相互备用，滤波器分组开关可选用操作频繁的 负荷开关；
交流滤波器 交流滤波器 交流滤波器 交流滤波器 交流滤波器 交流滤波器 交流滤波器 交流滤波器 交流滤波器
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二、换流变压器区域
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大容量高压直流换流站的换流变压器容量大、台数 多、占地面积较大。
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为了缩短换流变压器阀侧套管与阀厅之间的引线长 度，减少直流侧由于绝缘污秽所引起的闪络事故， 一般要求换流变压器靠近阀厅布置。
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保护换流变压器的交流避雷器靠近换流变压器布置。
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换流阀通常布置在阀厅（Valve Hall）内，对双极直流系 统，阀厅中间常常布置有主控室。 由于阀与换流变压器接线组合的差异，换流变压器与阀 厅的布置有不同的形式，归纳起来有三种：
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（1）换流变压器单边插入阀厅布置，可适用于各种接线方式； （2）换流变压器双边插入阀厅布置，可适用于每极两组 12脉动 换流器的情况； （3）换流变压器脱开阀厅布置，可适用于各种接线方式。
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但是受制造能力及运输尺寸的限制，对于大型直流输电 工程，三相双绕组变压器、单相三绕组变压器以及单相 双绕组变压器也广泛应用。
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（1）变压器与换流单元组合形式
(a) 一个换流单元—三相三绕组变压器
(b) 一个换流单元—三相双绕组变压器
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变压器与换流单元组合形式
（a）
交流滤波器 交流滤波器 交流滤波器 交流滤波器 交流滤波器 交流滤波器 交流滤波器 交流滤波器 交流滤波器 交 流 主母线 交流主母线
交流滤波器 交流滤波器 交流滤波器 交流线路 交流滤波器 交流滤波器 交流滤波器
（b）
交 流 主母线
（c）
（d）
交流滤波器接入系统方式示意图
（a）交流滤波器大组接母线；（b）交流滤波器大组T接换流变压器； （c）交流滤波器分组接母线；（d）交流滤波器接换流变压器单独绕组
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有些方案表面上、客观上可行，但实际操作起来，就不可行，这方面的经验 教训实例太多。
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举例说明：例如：三常线宜昌龙泉换流站的2台换流变（铁路——水路—— 公路的大件运输方案）；三广线荆州换流站5台换流变（全程公路，后改为 半程公路——水运）。
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站址的选择原则
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1）站址附近具备水运、铁运及卸货的条件； 2）靠近公路； 3）避开大型的公路桥梁； 4）避开空中障碍物，如立交桥、隧洞等。
高压直流输电技术
High Voltage Direct Current Transmission Technology
西安交通大学高压教研室 汲胜昌 年 09 月~ 10 月 2010 2010年 09月 10月
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第六章
直流输电换流站
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主要内容
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由设计院来制定大件运输的方案，估算运输的费用。 肇庆换流站（山根站址）：2400万元（水运为主） 其它站址：3600万元（要加固多座桥梁；经过乡镇及村庄道路——修路 及排水工作量大，改造费用高；公路运输距离远——超重车辆道路补偿费 用高）
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（2）换流阀与换流变的接线
(c) 一个换流单元—单相三绕组变压器
(d) 一个换流单元—单相双绕组变压器
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变压器与换流单元组合形式
(f) 两个换流单元并联—单相三绕组变压器 (e) 两个换流单元串联—单相三绕组变压器
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选择组合方式的依据
到底采用哪一种？ 1）直流输电工程的容量、 2）换流器以及换流变的生产制造能力 以及 3）换流变运输尺寸的限制 来确定。
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高压直流换流站典型构成图
1—交流开关装置； 2—交流滤波器和无功补偿装置；3—换流变压器； 4—换流阀； 5—控制与保护装置； 6—平波电抗器； 7—直流开关装置； 8—直流滤波器；
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9—电力线载波；10—接地极
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换流站的主要设备一般分布在以下区域：
b、每极2组12脉动换流单元串联； c、每极2组12脉动换流单元并联。
主要考虑的是直流系统一组换流单元故障时 对交流系统的冲击。采用 a ，换流器故障即 � （6）交流系统的要求。 极故障，若极的输送功率大，两端系统比较 弱时，换流器故障对交流系统冲击大。采用 � 在上述诸因素中，单个12脉动换流单元的最大制造容量和换流变压 b、c相对来说冲击小一些，但这并不是确定 器的制造及运输限制往往是确定每极换流器组数的决定性因素，有 每极多少个12脉动换流器的决定因素，因为 不论采用 a 还是 b 、 c ，直流系统单极故障总 时分期建设的要求和资金安排也会影响每极组数的确定。 会发生（只是后两者的概率低而已），交流 �由于每极 1 组 12 脉动换流器的方案具有接线布置简单、可 系统总是要承受单极故障的冲击
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A C B
V1 V3
m1
V5
Id
a
ia Y
i1 i4 ib Y i3 i6 ic Y i5 i2
V4 V6 V2
一、换流阀组接线
c
b
n1 m2
V3' V5'
Vd
负 载
V1'
a
ia△
i'1 i'4 ib△ i'3 i'6 ic△ i'5 i'2
V4' V6' V2'
c
b
n2
(a)
(b)
换流器接线图
（a）6脉动换流器；（ b）12脉动换流器
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每极的换流器接线始终是直流输电工程设计前期需要研究和论证 的课题。
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对于现代直流输电工程，论证的焦点集中在每极采用几组12脉动 换流单元，其可能的接线方式通常有三种：
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a、每极1组12脉动换流单元； b、每极2组12脉动换流单元串联； c、每极2组12脉动换流单元并联。
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�
交流滤波器 在实际工程中，交流滤波器接入系统的方式应结合 交流开关场的形
交流滤波器 交流滤波器 交流滤波 器 � （3）交流滤波器分组直接接在换流站交流母线上（或接入 3/2串中）； 交流滤波器 交 流 交 流 滤滤 波 交流滤 波 交器 流 波器 器 主母线 � （4）交流滤波器分组直接接在换流变压器单独的绕组上。 交 流 滤波器 交流滤 波 器 交 流 交 流 滤 波交 器流滤波器 交流线路 交流滤波 器 主母线 交 流 滤波器 流波 滤 器 交交 流滤 器波 交流滤波器 交 流 滤波器 交流滤 波 交器 流滤波器 交流 交 流 滤波 器线 路 交流滤 波 交器 流滤波器
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缺点：
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三、交流滤波器接入系统方式
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高压直流换流站交流侧滤波器通常分成很多组，其接入系统的方式 有以下四种：
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（1）交流滤波器大组直接接在换流站交流母线上，通常滤波器大组是 由几个滤波器分组接在一个滤波器小母线上而形成；
交流滤波器 交流主母线 T接在换流变压器的进线回路上； （2）交流滤波器大组直接
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交流主母线
（b）交流滤波器大组T接换流变压器
� �
交流滤波器按极对应较好， 但不利于双极间的相互备用；
交流滤波器 交流滤波器 交流滤波器 交流线路 交流滤波器 交流滤波器 交流滤波器 交 流 主母线
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（c）交流滤波器分组接母线
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投资较省，便于交流滤波器双极间的相互备用。 由于交流滤波器投切频繁，断路器故障率较高，会直接影响母线的故 障率；
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换流变压器阀侧套管插入阀厅的布置
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优点：
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（1）可利用阀厅内良好的运行环境来减小换流变压器阀侧套 管的爬距； （2）可防止换流变压器阀侧套管的不均匀湿闪； （3）可省掉从换流变压器到阀厅电气引线的单独穿墙套管。 （1）阀厅面积显著增大，增加了阀厅及其附属设施的造价及 年运行费用； （2）增加了换流变压器的制造难度； （3）换流变压器的运行维护条件较差； （4）换流变压器的备用相更换不方便。
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1、交流开关场区域； 2、换流变压器区域； 3、阀厅控制楼区域； 4、直流开关场区域。
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一、交流开关场区域
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交流开关场区域主要包括： 按主接线要求进行连接的换流站交流侧开关 设备、交流滤波器及无功补偿设备、防止设备免 遭过电压侵害的交流避雷器，为了对交流侧的电 流、电压等电气量进行监测，在这个区域里还装 设有交流测量装置。
交流滤波器 交流滤波器 交流滤波器 交流滤波器 交流滤波器
式（双母线或3/2接线）及布置等综合考虑之后确定。
交 流 主母线
交流滤波器
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交流滤波器 交流滤波器 交流滤波器 交流滤波器 交流滤波器 交流滤波器 交流滤波器 交流滤波器 交流滤波器
交流主母线
交流滤波器 交流滤波器 交流滤波器 交流线路 交流滤波器 交流滤波器 交流滤波器 交 流 主母线
6.1 换流站概述 6.2 换流站主接线 6.3 换流阀 6.4 换流变压器 6.5 平波电抗器 6.6 交流滤波器 6.7 直流滤波器
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6.8 无功补偿装置 6.9 换流站避雷器 6.10 换流站开关设备 6.11 直流测量装置 6.12 远程通信系统 6.13 站用电系统
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三、阀厅控制楼区域
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阀厅与控制楼大都采用整体建筑结构。阀厅内安 装晶闸管换流阀及其相应的开关设备和过电压保 护设备。 在大多数高压直流换流站中，换流变压器的阀侧 套管都直接插入阀厅，以减少套管的污闪几率。 采用水作为冷却介质的晶闸管换流阀还安装了冷 却水管路。 阀厅的防火措施也值得重视。
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四、直流开关场区域
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直流开关场区域主要布置了高压平波电抗器、 直流滤波器、过电压保护装置、直流测量装置 以及用于运行方式切换和故障清除所需的直流 开关装置，如低压直流高速开关(LVHS)、金属 回线转换断路器 (MRTB) 、大地回线转换开关 (GRTS)。
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6.2 换流站主接线
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直流输电换流站由基本换流单元组成，基本换流单元有6 脉动换流单元和12 脉动换流单元两种类型，每个基本换 流单元主要包括换流变压器、换流阀、交直流滤波器、 控制保护设备、交直流开关设备等。
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本节主要介绍：
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1、换流器的接线； 2、换流变压器与换流器的连接方式； 3、交流滤波器的接入系统方式； 4、直流开关场的接线； 5、换流站特殊的接线方式。
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换流变的运输方案问题
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特点：一直是换流站工程建设中的一个难题，它前期调查工作量大、运输措 施费用大、运输时间长、影响面广、地方协调工作量大。
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重要性：工程能否按期投产、建设进度是否受到影响，换流变的运输是一个 是否关键的因素。
Βιβλιοθήκη Baidu
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确定运输方案需考虑问题：取决于站址周围交通的情况及今后几年当地交通 发展的情况。
靠性高、投资省的特点，若制造商具备生产制造能力，且运 输通道不受限制，则应优选采用这种方案。
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二、换流变压器与换流阀连接
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换流变压器的型式直接影响换流变压器与换流阀的连接 及布置。
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由于三相三绕组换流变压器具有接线布置最简单、投资 最省等特点，对于中小型直流输电工程，在条件许可的 前提下，总是优先采用。