临沂换流站站用电系统设计

汪 斌 ，慕德凯 ，吴 遨 ，苏 炜 ，周佳宾

（1.华东电力设计院有限公司，上海 200001；2.国网山东省电力公司日照供电公司，山东 日照 276826；3.山东送变电工程公司，山东 济南 250118；4.国网山东省电力公司建设公司，山东 济南 250001）

0 引言

站用电系统作为换流站的辅助系统，是保证换流站安全可靠运行的重要保证［1］。临沂±800 kV换流站直流系统额定容量10 000 MVA，交流侧分层接入1 000 kV和500 kV系统，并与智圣500 kV变电站合建，且其生产系统（包括交流开关场、直流开关场及交直流滤波器等）和辅助生产系统（包括冷却系统和空调系统等）复杂，站用电系统的合理设计显得尤为重要。针对临沂±800 kV换流站的接入特点，重点论述临沂±800 kV换流站与智圣500 kV变电站合建站用电源方案，包括两站合用的站用电系统接线、站用电源容量选择、站用电系统保护等。

1 站用电系统接线

1.1 站用电源引接方案

根据直流换流站设计规范，站用电源宜按3回相对独立电源设置，且至少有一回电源应从站内交流系统引接［2-3］。临沂站配置方案为二主一备，其中一回站外电源就近选取，考虑与合址建设的智圣变电站共用；两回主电源可考虑2个方案：方案1从换流站500 kV配电装置母线或串内引接，方案2从智圣站主变压器35 kV低压侧引接，与智圣站站用电系统统筹考虑。

对比2个方案，方案1采用500/10 kV站用变压器，至少需2台GIS断路器引接，回路配置500 kV避雷器、电压互感器，设备费用约2 775万元；另一方面，临沂换流站500 kV配电装置采用户内GIS方案，GIS室建筑体量也会相应增加。

考虑到临沂换流站与智圣变电站合址建设，推荐站用电源统筹考虑。全站设计3回站用电源，其中两回分别由智圣变电站本期两组主变压器35 kV低压侧引接，另一回与智圣变电站35 kV站外电源共用。

1.2 站用电系统接线原则

临沂±800 kV换流站直流系统额定容量10 000 MVA，交流侧采用分层接入1 000 kV和 500 kV系统的方式，具有占地面积大、站用电负荷重的特点。如采用35 kV电源直降至400 V的单级系统供电方式，将面临低压设备及导体的选型困难，包括额定电流、抗短路电流能力及电压降。因此临沂换流站站用电考虑采用35 kV/10 kV及10 kV/0.4 kV两级降压的方式。

1.2.1 35 kV与10 kV电源系统

35 kV进线系统不设置母线，每路35 kV电源进线接 1 台 35 kV/10 kV 站用变压器［4］；10 kV 母线采用单母线接线方式，设置2个工作段和1个备用段；全站共设10台10 kV/400 V分站用变压器，两两组对，每对分站用变压器分别由不同的工作母线供电，保证电源的可靠度。即两路工作电源经35 kV/10 kV降压后，分别接入10 kV 1号、2号工作母线段，每段10 kV工作母线分别接分属不同组别的5台分站用变压器；站外电源经35 kV/10 kV降压后，接入10 kV 0号备用母线段，10 kV工作母线和备用母线间设置分段开关，当工作母线段失去电源时可自动投切，通过备用段母线由备用电源供电［5］。

1.2.2 合建的站用电系统具体接线

如智圣500 kV变电站先行建设，两站合用的站用电高压系统将分为智圣站独用的初始状态及智圣站与临沂换流站合用的最终状态。

初始阶段其一般接线。智圣站2组主变压器35 kV侧分别接1台35 kV/10 kV工作站用变压器，外引1路35 kV电源至智圣站站内，并接1台35 kV/10 kV备用站用变压器；智圣站在3台35 kV/10 kV站用变压器下各接1台10 kV/400 V站用变压器作为自用站内交流电源，接线如图1所示。

图1 智圣站独用站用电接线

考虑合建后，智圣站2组主变压器35 kV侧分别接1台35 kV/10 kV工作站用变压器，外引1路35 kV电源至智圣站站内，并接1台35 kV/10 kV备用站用变压器。3台站用变压器10 kV侧各通过电缆引至临沂换流站内10 kV母线，临沂站内10 kV母线上除接临沂站自用的10 kV/400V分站用变压器外，3段母线（2工作1备用）还各自引1路10 kV电源返回智圣站，接智圣站内的10 kV/400V站用变压器，具体接线见图2。

图2 临沂换流站与智圣站合用站用电系统接线

1.2.3 过渡方案建议

在临沂换流站开始建设未正式投运前，就需引入站用电源供施工、调试。考虑到智圣站处于正常运行状态，临沂换流站的建设、调试用电应在尽量减少对智圣站正常运行造成影响的前提下，并尽可能减少工程费用，建议站用电系统按如下步骤进行逐步改接，过渡到最终阶线。

1）先从智圣站引接备用电源，完成备用电源的最终接线改造。完成后的电源状况为：智圣站2回电源工作1回电源备用；临沂站1回电源备用。此阶段能满足智圣站施工、调试需求。但取电费用较高。

2）完成1组工作电源的最终接线改造。完成后的电源状况为：智圣站2回电源工作1回电源备用；临沂站1回电源工作1回电源备用。此阶段完成后可降低临沂站取电费用。

3）临沂站投运前，完成剩余1组工作电源的最终接线改造。完成后智圣站和临沂站的电源都为2回电源工作1回电源备用。

按此过渡方案，能保证智圣站始终有1回工作电源在临沂站投运前独立运行，不受临沂站施工调试的影响，大幅度减少因临沂站建设而对智圣站站用电系统造成不利的可能性。

2 换流站负荷分析及站用变压器容量选择

临沂换流站阀桥接线采用每极2组12脉动阀组串联的接线型式和（400 kV＋400 kV）电压分配方案，每个12脉动阀组安装在一个阀厅内，每极设高、低端2个阀厅，全站共设置4个阀厅。根据换流站阀组的运行方式，换流站的站用电系统按阀组配置、阀组负荷与公用负荷分开的原则设计，以保证各种运行方式下站用电的可靠性及灵性活。

全站的站用电负荷大致分为以下2类：第1类为各极阀组的辅助设备电源，这些负荷一般采用双套配置，一用一备，主要有换流变冷却装置、阀厅冷水机组、阀冷却设备等；第2类是公用负荷，不按极划分，如继电器室负荷、消防水泵、场地照明等。

因此，临沂换流站全站设置5个动力中心（PC）：极1高端PC中心、极1低端PC中心、极2高端PC中心、极2低端PC中心、公用负荷中心。为保证每个12脉动换流阀组站用负荷供电的相对独立性和可靠性，400 V站用电系统采用与每个阀厅相对应的接线方式；公用负荷与阀组负荷分开，单独设立工作段；从10 kV 1号、2号工作母线上各接5台10 kV/400 V低压站用变压器，10台低压站用变压器进线两两交叉，互为备用。每台工作变压器带1段400 V低压工作段，共设置10台10 kV/400 V变压器（极2高端为2 500 kVA，其余为2 000 kVA）和10段400 V母线。其中8个低压工作段每2个工作段对应每个12脉动阀组负荷；2个工作段对应公用负荷，互为备用。

通过对临沂换流站站用电负荷的统计汇总，负荷计算采用换算系数法，全站负荷总容量不超过10 000 kVA。考虑一定的裕度，各负荷中心（PC）10 kV/400 V干式变压器容量选取2500 kVA，由智圣500 kV站引来的3路35 kV站用电源每路都按12 500 kVA的容量设计。

3 站用电系统控制保护配置方案

3.1 站用电的控制保护总体方案

特高压换流站的站用电的控制系统与保护装置为分别配置，不共用I/O数据采集单元。换流站的站用电监控系统配置单独的主机，双重化设计。站用电保护按各保护区域单独组屏。35 kV站用变保护按元件单独配置，单重化设计；10 kV系统按母线和出线单重化配置保护装置，与10 kV开关柜共同组屏。

对于站用电监控系统硬件的问题，采取如下应对措施：控制、保护系统分离，防止单一元件故障造成保护误动；加强测量、数据传输通道、处理器死机的监视，监视测量信号的有效性。

3.2 35 kV、10 kV站用变压器保护配置方案

初始阶段，每组35 kV/10 kV与10 kV/400 V站用变压器组配置1套35 kV站用变压器保护装置，主要包括以下保护功能：差动保护、高压侧过流保护、低压侧过流保护、过负荷保护、零序电流保护及非电量保护等。

最终阶段，对于35 kV/10 kV站用变压器，利用过渡阶段已配置的35 kV站用变压器保护装置，但保护装置的低压侧电流需改接至10 kV进线开关柜。

对于10 kV/400 V站用变压器，各配置1套主后备保护装置，分散放置于各10 kV开关柜内，主要包括以下保护功能：差动保护、过流保护、过负荷保护、零序过流保护及非电量保护等。

10 kV开关柜内其他保护按常规直流工程的模式配置。10 kV母线设备保护装置分散放置于各10 kV母线开关柜内，包含有：电流速断、过电流、低电压等保护功能。10 kV分段保护装置分散放置于各10 kV分段柜内，含过电流保护等保护功能。10 kV进线开关柜保护分散放置于各10 kV进线柜内，包含电流速断保护等保护功能。

3.3 站用电控制方案

初始阶段，在智圣站内配置站用电系统测控装置，接入变电站计算机监控系统，实现对智圣站站用电系统的控制、测量及监视。每组35 kV/10 kV与10 kV/400 V站用变压器组配置1台I/O测控装置，该设备在智圣500 kV变电站中建设。

最终阶段，换流站内直流控制保护系统采用站控层、控制层和就地层3层结构，控制层和就地层设备完全双重化配置。

站用变系统设备的控制采用双重化的站用电控制柜实现，包括站用变压器35 kV侧进线开关的切换控制、站用变压器的分接头控制、10 kV侧进线开关的切换控制、400 V侧进线开关的切换控制等。

站用电源系统控制层设备按控制区域就近布置在相应的就地继电器室，与就地层设备集成在一起组屏，双重化配置。站用电系统接口柜双重化配置，包括I/O信号采样模块以接入相应站用电系统的所有信号。

两站合建后，35 kV站用变及进线考虑纳入换流站的控制范围，换流站内双重化配置35 kV站用变压器高压侧接口柜，相关保护动作、站用变分接头位置、开关位置等信号接入换流站监控系统。因换流站的站用变压器接口设备为双重化配置，智圣站工程中配置的35 kV站用变压器保护、35 kV站用变压器及进线开关等一次设备需要考虑并预留足够的信号接口。

对于10 kV开关柜及换流站内的各套400 V站用电系统，仍按常规特高压直流工程的模式配置接口设备。10 kV开关柜接口设备按母线段配置及组屏，400 V系统接口设备按各套阀组及站公用400 V站用电系统分别配置及组屏。

4 结语

确定了临沂±800 kV换流站与智圣500 kV变电站两站站用电系统采用合建方案；对合建站用电系统的初始和最终状态接线进行了描述，并结合两站建设的先后顺序提出了推荐的过渡接线方案。同时，对临沂站内部站用电系统的负荷、设备选型进行研究，对各电压等级站用变的控制和保护方案进行了论述。

临沂±800 kV换流站和智圣500 kV变电站两站站用电系统合建；合建后的站用电系统设置3路35 kV站用电源，其中2路工作电源分别取自智圣站的2台500 kV主变压器低压侧，1路备用电源取自220 kV库沟变电站；站用电系统采用35/10 kV、10 kV/400 V两级降压方式；10 kV母线采用单母线分段接线方式，设置2个工作段和1个备用段；根据工程建设时序，在智圣站运行、临沂站建设的情况下，可采取临沂站1回电源工作1回电源备用的过渡方案，确保智圣站有1路工作电源不受临沂站建设的干扰；临沂换流站站用电负荷总容量不超过 10 000 kVA，全站设置5个负荷中心（PC），10 kV/400V分站用变采用10台干式变压器，容量2500kVA；临沂换流站的站用电的控制系统与保护装置为分别配置，不共用I/O数据采集单元。换流站的站用电监控系统配置单独的主机，双重化设计。站用电保护按各保护区域单独组屏，35 kV站用变压器保护按元件单独配置，单重化设计，10 kV系统按母线和出线单重化配置保护装置，与10 kV开关柜共同组屏。