高压直流换流站的关键建站条件

对±５００ ｋＶ、输送容量 ３ ０００ ＭＷ 的换流站，全站耗 水量一般约为 ４０ｔ／ｈ，对±８００ ｋＶ、输送容量 ５ ０００～ ６ ０００ ＭＷ 的特高压换流站，全站耗水量约为 ７０ ｔ／ｈ。
直流输电工程输送容量大，对水源的可靠性要 求 较 高 。《 高 压 直 流 换 流 站 设 计 技 术 规 定 》 （ＤＬ／Ｔ ５２２３—２００５）中规定， “当采用地表水作为供水水源 时其枯水流量的保证率取 ９７％”，这是参考《火力发 电厂设计技术规程》确定的。实际上，对于大容量换 流站，特别是特 高 压 换 流 站 ，往 往 汇 集 的 水 电 规 模 巨大，换流站停运将造成水资源白白流失，影响和 损失显然比火电厂大，因此汇集水电的大容量换 流站供水水源枯水流量的保证率应适当提高，建议 取 ９８％。
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第 １２ 期
胡劲松：高压直流换流站的关键建站条件
输配电
表 ２ 污染源影响距离与风速的关系 Ｔａｂ． ２ Ｐ ｏｌｌｕｔｉｏｎ ｓ ｏｕｒｃｅ ａｎｄ ｗｉｎｄ ｖｅｌｏｃｉｔｙ
２ 考虑对环境的影响
污染源
交通干线
工业排放
独立源 工业区
居民区
矿区、建筑工地
污染源影响距离／ｋｍ
风速＜３ ｍ／ｓ
风速≥３ ｍ／ｓ
换流站的大件设备主要是换流变压器和平波电 抗器。一般来讲，影响站址选择的因素主要是换流变 压器。换流变压器的总体结构可以是三相三绕组式、 三相双绕组式、单相三绕组式和单相双绕组式。对中 等容量和电压的换流站，应充分优化运输方案，有条 件时应采用三相变压器，可减少材料用量、占地及损 耗。对于容量较大的变压器，可采用单相变压器组， 运输条件和制造条件允许时应采用单相三绕组变压 器。同单相双绕组变压器相比，单相三绕组变压器有 更少的铁芯、油箱、套管及有载开关，因而原则上讲 更经济、可靠。但单相三绕组变压器运输重量约为 单相双绕组的 １．６ 倍，宽度也较大，一般来讲铁路 不能运输，如葛洲坝换流站换流变压器采用单相三 绕组，其网侧电压±５２５ ｋＶ，容量 ２３７ ＭＶＡ，运输宽度 ５ ３９０ ｍｍ，运输高度 ４ ９６０ ｍｍ，运输重量 ２４５ ｔ，采用 水路＋公路运输方案。
换流站接地极的地电位对交流系统的影响需要 在极址选择中加Hale Waihona Puke Baidu注意。对换流站而言，其与周边接
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中国电力
第 ３９ 卷
地极极址的直线距离一般不小于 １０ ｋｍ，以减少接 地极对换流站变压器的直流偏磁影响。
３ 考虑大件设备及其运输
换流站大件运输的论证方法同交流变电站是相 同的，都要在收集分析已建类似工程大件运输资料 情况下，根据拟建工程大件运输尺寸、运重，针对铁 路、公路、水路运输方案进行综合论证。不同之处在 于，换流站大件设备数量更多，运输尺寸和重量更 大，运输方案与设备选型、换流站布置、设备制造难 度等各种因素密切相关，运输方案需综合优化。对内 陆未沿大江大河的地区，大件运输往往是判断换流 站站址是否合理或成立的关键。
文章编号：１００４－９６４（ ９ ２００６）１２－００２０－０４
０ 引言
我国地域辽阔，发电能源资源和用电负荷的分 布极不均衡，决定了我国电力跨区域大规模流动的 必然性。直流输电具有节约输电走廊、输电容量大、 损耗小、送电距离远等显著优点，在长距离、大容量 输电中得到越来越广泛的应用。目前，除贵州至广东 ２ 回、三峡右岸至上海、宁东至天津和伊敏至沈阳 等±５００ ｋＶ 直流输电工程在建外，云广特高压直流 输电工程（５ ０００ ＭＷ）、金沙江一期送电华中、华东 特高压直流输电工程（３×６ ４００ ＭＷ）以及锦屏水电 站送电华东特高压直流输电工程（６ ４００ ＭＷ）等项 目前期工作也在紧锣密鼓地展开。
根据西南电力设计院在±８００ ｋＶ 云广特高压直 流输电工程中对送端换流站可听噪声的计算，在考 虑换流站主要电气设备噪声水平 ８５～１０５ ｄＢ、换流 变压器前设隔音墙的前提下，换流站与换流变压器 侧标高相当的村庄间距离需要保持在 ２７０ ｍ 左右， 才能满足 ＧＢ １２３４８—９０《工业企业厂界噪声标准》 二类地区的要求。
此外，换流站运行人员相对较少，应尽量选择水 质好的水源，以避免采用复杂的补给水处理系统，增 加运行维护工作量。有条件时应优先采用自来水。当 采用江、河水作为供水水源时，所选站址取水口应具 备采用泵船等移动式取水设施的条件，尽量避免采 用固定式取水方式而使取水可靠性论证和取水设施 建设复杂化。
因此，为确保换流站的安全稳定运行，选站阶段 应对水源可靠性和取水条件进行充分论证。
输配电
第３９ 卷第 １２ 期 ２００６ 年１２ 月
中国电力 中ＥＬ国ＥＣＴ电ＲＩＣ力ＰＯＷＥＲ
Ｖｏｌ． ３９ ，Ｎｏ． １２
Ｄｅｃ第． ２０３０９６ 卷
高压直流换流站的关键建站条件
胡劲松
（ 西南电力设计院，四川 成都 ６１００２１）
摘 要：高压直流输电在远距离、大容量输电中发挥着极其重要的作用，合理选择高压直流输电工程换流
±８００ ｋＶ 云广特高压直流输电工程双极输送功 率 ５ ０００ ＭＷ，受端换流站采用水路＋公路运输方案， 对±４００ ｋＶ 换流阀组换流变压器采用单相三绕组 的可行性进行了分析。该单相三绕组换流变容量 ４７４ ＭＶＡ，参考运输重量 ４５０ ｔ，参考运输尺寸（长× 宽×高，ｍｍ）１１ １００×４ ９００×４ ９５０，运输基本可行。考 虑到制造难度、运输风险以及国产化等因素，从稳妥 出发还是推荐选用单相双绕组变压器。
（１）自然污染源如海雾（或飞沫）、盐碱扬尘等的 直交流积污比值小于工业、机动车尾气等人为污染 源的比值；
（２）距人为污染源越近，直交流积污比值一般
表 １ 积污比与环境特征 Ｔａｂ． １ Ｆｉｌｔｈｙ ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ ｒａｔｉｏ ａｎｄ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｆｅａｔｕｒｅ
积污比 １．０～１．２ １．３～１．９ ２．０～３．０
目前特高压换流站直流场外绝缘设计方案尚在 研究中，而±５００ ｋＶ 换流站直流场设备外绝缘设 计已基本定型，如深棱形支柱绝缘子爬电比距为 ５４ｍｍ／ｋＶ，隔离开关支柱绝缘子爬电比距为 ５０ ｍｍ／ｋＶ。 如果对设备爬电比距的要求超出上述数值，一般采 取的措施只能是采用户内直流开关场或在瓷绝缘表 面涂长效 ＲＴＶ（ｒｏｏｍ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｖｕｌｃａｎｉｚｅｄ ｓｉｌｉｃｏｎｅ ｒｕｂｂｅｒ，室温硫化硅橡胶）。这一点需要在选站阶段 充分注意。
环境特征描述
自然污染源影响的地区 同时有自然污染源和人为污染源， 但不包括小风期人为污染源影响的地区 小风期人为污染源影响的地区
收稿日期：２００６－０８－３０ 作者简介：胡劲松（１９６８－），男，四川泸州人，高级工程师（教授级），从事发、变电设计工作。Ｅ－ｍａｉｌ： ｈｕｊｓ１９４４＠１６３．ｃｏｍ
≤０．２
≤１
≤５
≤２０
≤４０
≤１
≤５
≤２
≤１０
越大（工业高架源应考虑主要污染物最大落地浓度 距离）；
（３）风速大时的直交流积污比值小于风速小时 的比值。
此外，直流污秽外绝缘还与站址区域雾日数、 年均降雨量、暴雨强度等气象条件有关。从国内工 程实践来看，换流站直交流积污比一般选取 １．８～ ２．５，如龙泉、政平换流站分别取 ２．０ 和 １．８，安顺换 流站取 １．９，云广特高压直流输电工程楚雄换流站 推荐取 ２．４６。
因此在换流站选址阶段选择适当站址，避开 村、镇居民聚居区等噪声敏感源，是解决换流站对 周围环境影响的最根本、有效的方法。选址工作中 值得注意的是，地形对声音的传播影响显著，如图 １ 所示，山能够反射或遮挡声音，地势低的地面处于 无声区。
图 １ 山体和低地的声音反射 Ｆｉｇ．１ Ｓ ｏｕｎｄ ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｍｏｕｎｔａｉｎ ａｎｄ ｌｏｗ ｌｅｖｅｌ ｓ ｉｔｅ
从 我 国 天 生 桥—广 州 、三 峡 —常 州 、三 峡 —广 东、贵州—广东±５００ ｋＶ 直流输电工程换流站的电 磁环境测试来看，存在 ２ 个突出问题： （１）换流站的 可听噪声太大； （２）换流站接地极的地电位对交流 系统的影响比较严重。
换流站的主要噪声源有：换流变压器、平波电 抗器、交流滤波器、换流阀和冷却系统设备。换流阀 布置于室内，其噪声基本被阀厅屏蔽；其余 ４ 种设备 安装在户外，是对外界的主要噪声源。由于直流偏 磁、谐波电流等因素，这些设备的噪声很难从制造 设计中得到有效控制（或控制的代价很高，或导致 设备体积庞大，不能运输），其噪声一般都达到 ９５～ １００ ｄＢ。龙泉、政平和荆州换流站周围的民众对换流 站的噪声的抱怨比较强烈，业主方已投入巨资进行 治理。但换流站设备数量庞大，如±５００ ｋＶ 换流站 换流变压器一般有 ６～１２ 台，交流滤波器 ９～１２ 组， ±８００ ｋＶ 特高压换流站换流变压器更多达 ２４ 台，交 流滤波器 １６～２０ 组，采取工程措施进行噪声治理技 术复杂、难度大、投资高。在目前的工程实践中还没 有总结出成熟、易行的方法。
站站址是优化工程设计、降低工程投资、确保工程安全稳定运行的基础和保证。针对高压直流换流站建站
条件不同于交流变电站的特点，就直流场设备污秽外绝缘、环境影响、大件运输和水源条件等方面因素，
分析总结换流站站址选择应注意的关键技术要点。
关键词：高压直流输电；换流站；选址
中图分类号：ＴＭ ７２１．１
文献标识码：Ｂ
４ 对水源的要求
空气绝缘水冷却阀是近代直流输电工程的主 流。阀冷却水的冷却即外冷系统，有二次水喷淋冷却 （湿冷）和空气强迫冷却（干冷）２ 种方案。目前为止 国内工程和多数国外工程都采用前者；对后者，近年 来也有国外工程采用。因此，与交流变电站相比， 换流站除需要设置生活水和消防水系统外，一般还 需要设置工业水系统为换流阀组的冷却服务。
１．２ 直流污闪电压
相同的污秽水平下直流污闪电压低于用有效值 表示的交流污闪电压，而且随着污秽度的增加，直流 污闪电压下降比率增大，其原因可从直流和交流电 压下绝缘表面的电弧外特性来分析。交流电弧随电 流作周期性变化，当电流过零时熄灭或减弱。而在 恒定的直流电压下直流电弧不存在过零的问题，稳 定电弧在电动力和热力作用下易飘离绝缘子表面， 形 成“ 飘 弧 ”，有 时“ 飘 弧 ”可 导 致 绝 缘 子 自 身 伞 棱 间 和相邻绝缘子伞裙间的电弧短接，使污闪电压 急剧下降。直流的这种电弧短接作用比交流要明显 得多。
１ 直流场设备污秽外绝缘特点
研究表明，换流站直流设备对大气环境的敏感
程度比交流设备要大很多，高压直流设备较交流设 备更容易积污，同时相同的污秽水平下直流污闪电 压低于用有效值表示的交流污闪电压。
１．１ 直流积污水平
由于直流的静电吸尘效应，带电微粒在直流电 压下受到恒定方向的电场力作用而被吸引到绝缘子 表面，使得直流电压下绝缘子积污高于交流。关于直 流和交流的积污比，国内外进行过大量的试验研究， 但结果并不相同。分析表明，直交流积污比不仅仅与 盐密表示的污秽程度有关，还与自然环境、污源及污 秽物性质有关，如电场力对随海风而来的雾滴与粒 径大的飞沫影响甚微，而公路上汽车尾气的粒子粒 径极小，带电部分多，极易受到恒定电场的影响。因 此站址选择应考虑各方面综合因素。文献［１］给出了 污染源和风速 ２ 个重要影响因素及直交流积污比对 应关系（见表 １、２）以及 ３ 条使用原则：
根据以上对换流站直流积污水平和污闪电压的 分析可以看出，换流站的站址选择需要加倍重视大 气环境对污秽外绝缘的影响，应充分搜集站址区域 工业、交通的发展现状和远景规划以及水文气象资 料。换流站不宜选在工业区附近，对水泥厂、钢铁厂 等独立污染源，站址应在其上风向 ５ ｋｍ 以远，距离 交通干线宜在 ２００ ｍ 以外。
在高压直流输电工程设计中，合理选择高压直 流换流站（以下简称换流站）站址是优化工程设计、 降低工程投资、确保工程安全稳定运行的基础。同交 流变电站相比，换流站站址选择有许多相同的原则， 如应符合电力系统规划的要求，便于电能汇集或消 纳等；但另一方面也有其自身显著特点，条件更为复 杂。然而，在有关设计规程规范中，对换流站站址选 择规定得较为简略，有关的文献也较少。本文拟针对 换流站建站条件不同于交流变电站的特点，总结、归 纳换流站站址选择应注意的关键技术问题，供业内 同行参考。