一种新型的特高压换流站直流融冰接线方案

李扶中，雷翔胜，崔 琼

(1.广东省电力设计研究院，广东 广州 510663；2.广东电网公司电网规划研究中心，广东 广州 510010；3.中国科学院广州能源研究所，广东 广州 510650)

1 概述

近几年，中国将陆续建成多条±800kV特高压直流输电工程。特高压直流系统的输电容量高达5GW～7.2GW，如此大容量的电力传输对直流输电系统的可靠性提出了极高的要求。由于特高压直流输电工程往往输送距离远，中间需跨越多个易发严重复冰灾害的区域。因此，研究特高压直流工程的防冰和除冰技术对确保特高压直流输电系统本身以及相关电力系统的安全可靠运行都具有重要意义。

现已投运的特高压换流站均采用户外直流场布置方案。然而，随着特高压直流输电工程的逐渐增多，建设在大气污秽严重地区或高海拔地区的特高压换流站由于爬电距离加大而造成设备的高度增加，当设备制造难度太大或采用其他防直流污闪措施后不能满足要求时，往往需要采用户内直流场的布置方案。目前，国内仅针对户外直流场的融冰接线型式进行了研究和分析，而对于换流站户内直流场均未考虑融冰接线的功能。因此，本文以特高压直流输电受端换流站为研究对象，根据户内直流场的技术特点，提出了一种新型的融冰接线型式，这种新型融冰接线方式的提出将为开展特高压换流站户内直流场设计提供参考，具有重要的现实意义。

2 户外直流场融冰方式研究

目前，特高压换流站户外直流场均采用2组12脉动换流器并联运行的方式来提供紧急融冰电流，典型的融冰接线示意图如图1所示，融冰电流流经的线路在图中用深色线标出。

紧急融冰时，通以+400kV的电压，线路融冰电流设为2倍的额定电流，通过极1高压直流线路流进，极2高压直流线路流出。先将2组低端12脉动换流器V2和V3退出运行，通过隔离开关断开。然后，将换流站转入单极单换流器V1金属回线运行，然后闭合V4并联线路上的隔刀，解锁V4并逐渐增大电流，即可不停电实现2组12脉动换流器并联融冰运行方式。这样，800kV设备当作400kV来运行，不但不用增加额外的投资，而且可以利用极在线的电压电流测量装置监测融冰时的工况。

图1 户外直流场电气主接线(考虑紧急融冰)

为实现上述紧急融冰运行方式，只需在特高压换流站直流场增加融冰专用连接管母线A－A1、B－B1、C－C1、D－D1和相应的直流隔离开关Q1～Q4，就可以方便地通过直流场操作，使2组12脉动换流器由常规的串联运行方式切换为每站2个换流器并联，经由金属回路返回的单级融冰运行方式。由于融冰接线并不常用，为节省投资，通常将融冰所需的隔离开关断口用支柱绝缘子代替，并提前预留接线端子及连接导线，当需要采取融冰方式运行时再临时接线。

3 户内直流场新型融冰方案设计

对户外直流场而言，增加紧急融冰接线的功能通常不会使得户外直流场的占地增加。此时，紧急融冰接线投资主要取决于新增融冰专用连接管母线的长度。对于户内直流场则不同，由于从户内到户外接线需要通过直流穿墙套管，如果因紧急融冰需要新增户内－户外直流穿墙套管，不但会造成户内建筑物的体量增大，使得运行费用提高，而且会造成直流场新增占地增加，影响户内直流场的经济性。

按照电气接线方便、工程投资少的原则，我们设计了一种新型的户内直流场接线布置方案，增加了紧急融冰的功能，其电气主接线如图2所示。户内直流场区域设备在图2中实线框内，融冰电流流经的线路在图中用深色线标出。紧急融冰时，户内直流场仅需要增加融冰专用的连接管母线A－A1和临时断口Q1～Q7，不需要新增户内－户外直流穿墙套管。

图2 户内直流场电气主接线方案(考虑紧急融冰)

紧急融冰时，换流站内电流的流经路径为：

极1回路电流通过极1直流线路流进站内——经800kV直流穿墙套管(序号①)接至极1户内直流开关场——通过极母线流过平抗后经800kV直流穿墙套管(序号②)接入极1高端阀厅——流过极1高端换流阀组后通过400kV穿墙套管(序号④)再接到极1户内直流开关场——极1的400kV穿墙套管(序号③)流到户外——经中性母线回路流到极1的直流滤波器低压侧的管母——与极2回路的融冰电流汇合后通过融冰专用管母线A－A1经搭接点Q4接到极2直流出线，完成融冰。

极2回路电流通过极1直流线路流进站内——经户外的融冰搭接点Q5接至金属回路——通过极2的400kV金属回路穿墙套管(序号⑥)接至极2户内直流开关场——经户内的融冰搭接点Q3接至极母线处——通过极母线流过平抗后通过融冰专用支柱绝缘子搭接点Q1(此绝缘子设计为上下两段支柱绝缘子迭加而成，上段采用400kV绝缘子搭接点Q1，下段为100kV绝缘子搭接点Q2)接至极2的400kV穿墙套管(序号④)接入极2高端阀厅——流过极2高端换流阀组后通过800kV穿墙套管(序号②)再接到极2户内直流开关场——再次通过融冰专用支柱绝缘子搭接点Q2接至极2的400kV穿墙套管(序号③)流到户外——经中性母线回路流到极2的直流滤波器低压侧的管母——与极1回路的融冰电流汇合后通过融冰专用管母经搭接点Q4接到极2直流出线，完成融冰。

增加紧急融冰的功能以后，直流穿墙套管的数量没有增加，唯一不同的是连接极2户内直流开关场和户外金属回线的直流穿墙套管电压等级由100kV变为400kV。这是因为紧急融冰时，该穿墙套管处于直流+400kV高压进线端。

增加融冰功能后，极1和极2的户内直流场存在部分差异，不完全为镜像布置。极2户内直流开关场包含3个融冰接线用断口，极1户内直流场则无此类断口。另外，极线与金属回线的连接部分选用的直流穿墙套管电压等级，极2是400kV，极1则为100kV。

这种新型户内直流场接线布置方案的主要优点在于：

(1)不会因紧急融冰而增加户内直流场的穿墙套管数量，避免了户内直流场占地的扩大。降低了工程投资和运行费用、节省了全站占地面积。

(2)将金属回路设计成400kV绝缘等级的回路，融冰时正极(+400kV)电流通过金属回路流入极2高端阀塔。这样就可以减少一条约200m的融冰回路，仅需要增加一条很短的融冰专用管母线A－A1，降低了工程投资，使得直流场布置更加简洁、整齐和美观。

(3)通过采用层叠方式的融冰专用支柱绝缘子，创造性地实现了Q1和Q2两个融冰临时搭接点的上下布置。使得户内直流开关场的布置更加紧凑，提高了空间利用率，降低了工程投资和运行费用、节省了全站占地面积。

4 结语

本文以特高压直流受端换流站为研究对象，在简要分析了户外直流场布置的紧急融冰接线型式的基础上，根据户内直流场的技术特点，设计了一种新型的紧急融冰接线型式，并详细分析了这种融冰接线方案的运行方式，总结了其主要优点。

新型融冰接线方案应用于换流站户内直流场，不但可以显著减少换流站专用融冰管母线的长度，并且不需新增穿墙套管数量。这种新型方案可以有效降低工程造价、节省运行费用，显著提升户内直流场的空间利用率，提高户内直流场设计的整体经济性。本文提出的新型户内直流场紧急融冰接线方式具有较强的通用性，可适用于特高压直流送端换流站，并可推广应用至500kV直流输电工程户内直流场。本文的研究结论将为开展特高压换流站户内直流场设计提供参考，具有重要的现实意义。

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