特高压直流换流站系统优化设计

图 3 直流阻断滤波器配置图 Fig. 3 DC blocking f ilter layout diagram
表 1 绝缘裕度表
Tab. 1 Insulation margin
%
陡波 雷击 操作
油绝缘 (线侧) 油绝缘 (阀侧) 空气绝缘
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25
25
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20
20
20
15
15
单个阀 15 10 10
4 主设备技术参数
4. 1 晶闸管换流阀 向上工程特高压直流晶闸管换流阀采用 6 英寸
阀片 ,阀结构为双重阀 。换流阀额定通流能力为 4 kA 。换流阀最大短路电流为 46～50 kA ,高端 12 脉 动换流器与换流变阀侧绕组接线处绝缘水平达到 1600 kV (操作冲击耐雷水平 ,SIWL) 、1800 kV (雷电 冲击耐雷水平 ,L IWL) 。换流阀直流耐压水平、交流 耐压水平、操作冲击/ 雷电冲击耐压水平、陡波冲击耐 压水平均小于晶闸管允许的电压耐受能力 。换流阀 冷却水的处理采用反渗透的方法 。
1) 完整双极运行方式 :每站每极 2 组 12 脉动换 流器均串联投入的运行方式 。
2) 完整单极大地回路运行方式 :一极停运 ,由 2 组 12 脉动换流器串联运行的另一极经由大地返回 的运行方式 。
3) 完整单极金属回路运行方式 :一极停运 ,由 2
特高压输电技术
马为民 ,聂定珍 ,曹燕明 ,等. 特高压直流换流站系统优化设计
同时 ,直流滤波器设计中也考虑对直流侧系统 100 Hz 谐振进行抑制[8] 。最终考虑两端换流站直 流场每极装设 2/ 12/ 36 三调谐直流滤波器 1 组 ,高 压电容 1. 05 μF 、低 压 电 容 3. 286 μF 、高 压 电 感 91 847 m H 、低压电感 582. 95 m H 。直流滤波器设计 标准为等效干扰电流在双极运行时 ≤3 A ,单极运行 时 ≤6 A 。
平波电抗器采用低噪音设计 ,平波电抗器投运 后 ,在垂直投影 5 m 远 ,距地ຫໍສະໝຸດ Baidu 2 m 高的地方进行噪 声测量 ,测量的噪声 (声压级) 水平 ≤70 dB 。 4. 4 直流断路器
MR TB 等直流开关的振荡回路 ,不再配置充电
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对阀厅穿墙套管出线侧上方的防雷屏蔽网 ,优 化设计后将原绝缘配合设计中阀厅内上 12 脉动换 流单元直流母线避雷器 ( CB H) 雷电冲击配合电流 由 0. 5 kA 改为 1 kA ,绝缘水平保持不变 ,绝缘裕度 仍满足功能规范书的要求 。结果是阀厅穿墙套管出 线侧上方的防雷屏蔽网的密度大为降低 ,横向间隔 由 9 m 放宽到 18 m 。
4) 不完整单极大地回路运行方式 :一极停运 ,有 1 组 12 脉动换流器运行的另一极经由大地返回的 运行方式 。
5) 不完整单极金属回路运行方式 :一极停运 ,有 1 组 12 脉动换流器运行的另一极经由金属回路返
回的运行方式 。 6) 不完整双极运行方式 :双极中有一个完整单
极或两个均为不完整极 。 送端与溪洛渡换流站采用共用接地极接线设计
电技术研究的深入对上述技术方案的进行了全方面的优化 。换流站系统优化设计对高压直流技术的发展和设备
的研发及特高压直流工程的建设具有重要的指导意义 。
关键词 : 换流站 ; 特高压直流 ; 绝缘配合 ; 优化设计 ; 直流滤波器 ; 融冰
中图分类号 : TM721. 1
文献标志码 : A
文章编号 : 100326520 (2010) 0120026205
摘 要 : 为使特高压直流换流站系统在经济上和技术上均达到一个更优的组合 ,全面总结了向家坝 - 上海 ±800
kV 特高压直流工程的咨询研究结论 ,系统阐述了该工程的技术方案 ,包括电气主接线 、直流谐波抑制及直流滤波
器设计 ,过电压及绝缘配合 、主设备要求以及融冰运行方式等关键技术问题 ,并通过工程建设的开展以及特高压输
Abstract : Based on t he co nsultatio n and st udy for Xiangjiaba2Shanghai ±800 kV U HVDC p roject , we p resented t he optimal design for key technique solutions , including t he DC system elect rical scheme design , DC filter design and DC harmo nic component supp ression , over2voltage and insulation coordinatio n , requirement s for co nverter station e2 quip ment and de2icing operation design. Acco rding to develop ment of t he p roject co nst ruction and U HVDC technol2 ogy , t he U HVDC system design for t he co nverter station comes to an optimal co mbinatio n . These optimal design co nclusio ns are important fo r developing HVDC technique and equip ment , p roviding a reference fo r U HVDC p roject co nst ructio n. Key words : co nverter stations ; U HVDC ; insulations coordination ; optimal design ; DC filter ; de2icing
3 过电压及绝缘配合
依据向上特高压直流输电工程绝缘配合的研 究 ,并考虑到各种可能的避雷器配置方案 ,确定了绝 缘配合的方案和各点的绝缘水平[9 ,10 ] 。
绝缘配合方面 ,高端保护水平最终优化确定为 1600/ 1800 kV ,绝缘裕度见表 1 。
若绝缘配合方案确定 ,则设备绝缘试验水平也 已确定 。例如 ,换流变压器阀侧套管直流试验电压 应比相应绕组的试验电压提高 15 % ;对于交流耐压 试验 ,套管试验电压应比相应绕组试验电压提高 10 % ;对于冲击试验 ,套管试验电压应比相应绕组试 验电压提高 5 % [11 ] 。
方案 。 两端换流站主接线示意图见图 1 、2 。
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高电压技术
2010 ,36 (1)
2 直流侧谐振抑制及直流滤波器
依据对向上特高压直流输电工程两端交 、直流 系统的仿真研究[7] ,直流系统在 50 Hz 及 100 Hz 频 率附件存在系统谐振 ,因此在复龙换流站直流侧极 1 、极 2 中性母线处各安装 50 Hz 直流阻断滤波器 1 台 。滤波器主要参数为电容 135. 095μF ,电感 75 m H ,电容与电感并联安装 ,具体配置方案见图 3 。
设计方案的优化充分吸收采纳了国内外先进技 术及理念 ,并广泛征求运行人员的意见 ,总结运行经 验 ,同时与设备制造厂进行技术研讨 ,优化设备参 数 ,对高压直流技术的发展和特高压直流工程的建
基金 资 助 项 目 : 国 家“十 一 五 ”科 技 支 撑 计 划 重 大 项 目 (2006BAA02A25) 。
±800 kV 特高压直流场电气主接线采用 1 个 双极 ,每极 2 个 12 脉动换流阀组串联并设置旁路开 关 ,电压按 400 kV + 400 kV 考虑[6] 。换流变压器 采用单相双绕组型式 。
向家坝 - 上海 (简称向上) ±800 kV 特高压直 流输电系统的设计可满足下列运行接线方式要求 :
0 引言
特高压直流输电是一项崭新的技术[1 ,2 ] , 目前 已进入工程实施阶段 ,受国家电网公司的委托 ,国家 电网直流工程建设分公司于 2005201 开始向家坝 上海 ±800 kV 特高压直流工程咨询 ,工程咨询方案 于 2006212205/ 06 通过了国网公司特高压建设部组 织的专家审查[3 ,4] 。根据工程实际情况以及 20082 05 在瑞典召开的向上特高压直流输电工程第二次 设计联络会 ,国家电网直流工程建设分公司对技术方 案做了进一步优化 ,至此 ,本工程换流站主要系统方 案 ,包括换流站主接线 、主设备技术参数、直流谐波抑 制及直流滤波器设计、融冰方案等 ,最终得以确定。
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图 1 复龙换流站主接线示意图 Fig. 1 Single line diagram for Fulong station
图 2 奉贤换流站主接线示意图 Fig. 2 Single line diagram for Fengxian station
组 12 脉动换流器串联运行的另一极经由金属回路 返回的运行方式 。
Project Supported by National Elevent h2five Year Science and Technology Supporting Program of China (2006BAA02A25) .
设具有重要的指导意义 。
1 直流系统主接线
两端换流站的交流场电气主接线均采用常规 500 kV 一个半断路器接线 ,交流滤波器分大组 ,大组 作为一个元件接入一个半断路器配电串中 。送端复 龙换流站本期将通过各 2 回 500 kV 线路与向家坝左 岸电站、右岸电站联系 ,通过 2 回 500 kV 线路与拟建 设的溪洛渡左岸换流站联系 。受端奉贤换流站本期 通过 3 回 500 kV 、4 km 的交流线路接入南汇变[5] 。
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回路 ,由于 800 kV 采用了新型断路器 ,转换电流可 以达到 4970A ,完全满足本工程正常设计条件下的 转换电流要求 ,而无需降低输送功率再作转换[13] 。 此外 ,特高压直流工程比常规直流工程多出了旁路 开关的配置 ,包括隔离开关和旁路断路器 。旁路开 关安装在阀厅外 。 4. 5 测量装置的配置及直流控制保护系统
Optimal Design f or UHVDC Converter Station
MA Wei2min , N IE Ding2zhen , CAO Yan2ming , YAN G Yi2ming ( State Grid DC Project Co nst ructio n Branch Co mpany , Beijing 100052 , China)
4. 2 换流变压器 换流变压器为单相双绕组结构 。复龙换流站短
路阻 抗 优 化 为 ( 18. 0 ±0. 8 ) % , 冷 却 方 式 采 用 ODA F (强迫导向油循环风冷) ,奉贤换流站短路阻 抗优化为 (16. 7 ±0. 8) % ,冷却方式采用 O FA F[12] 。 工厂试验中换流变压器的可听噪声应水平 ≤75 dB , 同时现场采取改进的全封闭结构的安装方式 (Bo x2 in) ,有效消除变压器本体产生的噪声 。换流变压器 有载分接开关的分接级数按照不超过目前有载调压 开关的最大能力的原则确定 ,送端 ( + 23 , - 5) ,受端 ( + 22 , - 6) ,每级电压 :1. 25 %。 4. 3 平波电抗器
平波电抗器采用干式 ,由多线圈串联组成 ,每线 圈电感值 75 m H 。每站每极 4 台平波电抗器 ,每台 电感值 75 m H ,其中中性母线 2 台 ,极母线 2 台 。电 抗器每线圈两端并联 1 只避雷器 。平波电抗器各项 试验以线圈为单位进行 ,线圈股间绝缘材料的耐热 等级应为 H 级 ,匝间绝缘材料的耐热等级应为 F 级 或更高 ,最热点温升 ≤105 K ,平均温升应 ≤80 K。
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高电压技术 第 36 卷 第 1 期 2010 年 1 月 31 日
High Voltage Engineering , Vol . 36 , No . 1 , J an. 31 , 2010
特高压直流换流站系统优化设计
马为民 , 聂定珍 , 曹燕明 , 杨一鸣 (国家电网公司直流建设分公司 ,北京 100052)