南桥超高压直流换流站的建设

南桥500kV超高压直流换流站的建设华东电力设计院林永生内容提要本文着霞介绍南桥换流站的设计。1．主接线和主设备在一般情况下，南桥换流站是接受来自葛洲坝的直流电，但如需要，也可倒过来向中南地区送电，这时额定输送功率为600MW。葛洲坝通过直流输电线路送来的电到了南桥换流站后，每个极通过2组直流滤波器和2个平波电抗器送至一个12脉冲的可控硅阀组，可控硅阀组与一组单相三线圈的变压器连接，把电压变换为交流230kV。南桥站的主要负荷是在换流站附近的南郊地区，用230kV网络连接较为适当，因此换流变压器的网侧电压取230kV。8组交流滤波器和l组电容器也装在230kV母线上以补偿换流器所消耗的无功功率和消除谐波的有害影响。如果一个阀组或一组变压器损坏，直流工程仍然可以按单极运行输送600MW。这时有三种可能的运行方式。一是以二根金属线作回路运行I一是以一根线和大地作回路运行，一是以双线并联再和大地作回路运行(第二，第三种方式都是以大地作回路的，但第三种能损较小)。第一种方式是主要方式，但要增加一些转移直流电流的负荷开关，需增加一定的投资，考虑到当今世界上以接地极作长期运行的工程不多，故还是选用了金属回路作长期运行的主要方式，但也保留了以大地作回路的方式，使运行更灵活，并可通过比较为今后积累运行经验。以大地作回路时，还要使用接地电极，为了防止地下埋置物受电化腐蚀的影响，把接地电极移至32km外的海岸地区并由此架设2根Z8并行的LQJQ-400导线的接地极线路与站内中性线连接。接地极是由并联连接的二根长640 nl的钢棒组成，四周充填焦炭屑，接地电阻小于0．05Q，最大跨步电场强度不超过1．03V／m。南桥换流站的主接线简图如图l所示。(1)可控硅阀可控硅阀是换流站的关键设备，它的投资在工程中占很大比重。首先的问题是每个极究竟应采用几个阀组。如果采用2个阀组将比采用1个阀组贵不少钱，但2个阀组中损坏一个时，仅丧失功率300MW，如只采用1个阀组，则一星成红损坏，牦丧失一个柩全韶e(cMW琐率根据对华东电网系统情况(旋转备用、频率影响、切负荷要求等等)的分析，决定采用1个阀组，这与系统内火电厂最大机组为600MW相适应的。本换流站的可控硅元件的额定电流1200A，耐压为5500V，一周浪涌电流为15kA。每个阀由120个可控硅元件串联组成，其中每15个元件组成1个组件，2个组件放在一个半层阀内。同一相的4个阀(16个半层阀分2列)迭加在一起，称为四重阀。每个极有3个四重阀，以悬挂方式吊在阀厅的屋顶。可控硅的触发、检测信号用光纤传递，它的阀基电子设备(VBE)放在阀顶上，光电转换设备安装在阀内部的TE板内，可控硅元件损坏的检测由监视装置(TM)执行，能将损坏情况在主控制室显示并打印。整个可控硅阀及其附件由去离子水直接内冷，因此它能运行在较大的控制角度，最大为57．1。，有利于在调压过程中用本阀吸收多余EPCV01．11No．8平波电抗■图1南桥换流站主接线简图的无功。换流阀有一定的过负荷能力。在最高环境温度下，备用冷却设备不投入时，2h过负荷的容量为每极660MW。如果环境温度不是40℃，则平时负荷容量也可增加，称之谓固有过负荷能力，具体数值根据不同温度由计算机在控制台上显示。los钟的过负荷能力将在固有过负荷的基础上再加300A。(2)换流变压器三相换流变压器比单相变压器体积大、运输重，同时考虑到单相变压器备用方便，故本工程每极选用了3台单相换流变压器，双极共6台，全站再加一台备用，共7台。同时，每一个12脉冲阀组要求触发上部阀和下部阀的变压器相位相差30。，故单相变压器是采用3线圈式，一个线圈接成Y型，另一个次级线圈接成△型，相互之问相角相差30。。变压器阀侧的套管兼作穿墙套管用，所以单相变压器的连接是在阀厅内完成的。3个线圈的线电压为230／198／198kV，单相变压器的容量为224／i12／i12MVA，短路电压百分数为15％，分接头范围是+15％～一6％。(3)交流滤波器和无功功率补偿交流滤波器由电容器、电感器、电阻等组成．其中的电容器对交流基波也同样发出无功，因此可以把交流滤波器和无功补偿设备结合使用。本工程中滤波器的设计标准采取如下。单次谐波电压畸变率≤1％，总的谐波电压畸变率≤4％，电话谐波系数(THFF)≤1％。对南桥换流站无功功率补偿的原则要求换流器消耗的无功由换流站自己安装无功补偿设备补偿，使功率因素等于1。因此，总的无功补偿量只要考虑输送最大功率时换流器消耗的无功(要计及电压可能降低5％的影响)加上最大一个无功分组故障或检修时所损失的无功容量即可算得。总容量确定之后，合理分组的原则如下。 a．投、切单纯的电容器分组，交流母线电压的变化应应不超过2％。 b．投、切带电容器的滤波器分组，母线电压变化应不超过3％。C．投、切滤波器大组时，母线电压变化应不超过5％。根据上述一些原则，南桥换流站设计了8个分组的高通滤波器(与无功分组结合)，每个分组的基波无功容量为87Mvar，其中4组做成双调谐(调谐频率分别为1】．8／24，24／36各292组)，每个大组是由2个高通分组和2个双任何一极，作检修时备用。调谐分组组成，全站共有2个大组。为满足一最后确定的滤波(无功)大组包括4个分定的无功要求，另有一个电容器分组能切换到组的具体参数如图2。图2每个极的交流滤波器参数图(4)直流滤波器及平波电抗器直流滤波器的作用主要是抑制直流线路上的谐波对通讯线的干扰。但是要将直流线路上的各次谐波对邻近的各条通讯线进行干扰计算，即使采用计算机也是非常复杂的，特别是线路路径未作最后定案时，一旦路径修改就得全部重算。因此本工程采用一种用等值电流计算的方法，即用一种频率(1000Hz)的电流代替各次谐波电流的综合效应，只要合理的选择回路屏蔽系数以及互感和频率的关系，用这种方法计算感应干扰电压可以达到一定的准确度。对直流滤波器(包括平波电抗器2×150 mH)的设计标准，在工程的规范书中规定。双极运行时等值电流≤150mA；单极运行时等值电流≤450mA，具体采用的参数如图3。平波电抗器总电感为300mH，分成2个独立的150ntjI电抗器，避免互感的影响，并上i系统研究表明，有一个支路的滤波器接在其间就能改善滤波的波形。平波电抗器是空气冷却、干式结构，因此体积小，便于维护。(5)绝缘配合和交、直流避雷器绝缘配合时，需要了解交、直流系统中可能产生的各种过电压情况，才能选取相应的避雷器进行保护。因此首先对工频动态过电压和30 l$0mH150垃H图3直流滤波器参数图暂态过电压进行研究。暂态过电压范围比较广，包括操作过电压、雷电过电压、短路引起的陡波过电压等内容，本工程是按事先确定的工况，用电磁暂态程序(EMTP)计算，求得避雷器安装点的最大放电电流、放电能量以及最大电压上升等参数，为选择避雷器提供数据．南桥站交，直流侧均采用氧化锌避雷器，按下列步骤选用。 a．根据最大连续运行电压(MCOV)和动态过电压确定避雷器额定电压。 b．根据放电电流确定保护水平。 c．根据放电能量来确定避雷器并联的柱数。避雷器规格确定之后，按照避雷器的保护水平，考虑适当的裕度后，选择被保护设备的绝缘水平以及相应的电气间隙。最后选用的避雷器配置图如图4。H图4避雷器配置图注：A一一交流网侧避雷器，B——阀避雷器，C——直流极阔侧避雷器，D——直流极线路侧避雷器，E一一中性线避雷器，F～直流滤波器避雷器，G——交流滤波器避雷器，H——平波电抗器避雷器．2．控制和保护整个换流站的控制分站控和阀控两种，保护也分成直流保护和交流保护，其中站控是采用P13计算机系统，阀控和直流保护由PHSC计算机系统来实现，交流保护则采用常规的继电器保护。(1)P13计算机系统P13计算机站控系统的功能是对交、直流配电装置的开关、闸刀进行控制操作(摇控或就地)J对各个回路进行测量，对每个控制对象的运行状态发出信号，以及对开关和相应闸刀按确定的原则用软件进行连锁，对换流变压器分接头进行调整等。P13是采用分散控制、双重化的原则。在交、直流开关场基本上每4个间隔设有1个就地控制站，在这些间隔内的设备用电缆与就地站连接，就地站有两套微机并联运行，把传递来的信息全部转换为数字信号，并通过2条计算机站内总线(即双通道)与主控室模拟盘、控制台、控制盘等连接，在这些装置内另有就地站，再将数字量转换为原来的信息(模拟量或数字量)。因此P13系统用2条计算机总线代替了原来要接至主控制的很多电缆，大大节省了电缆，但由于站内总线是将信息串联传送，故数据信息循环1次最多需20血s，并且P13微机无中断系统，不能对紧急情况放在优先级发讯，也无记忆装置，对操作时间记录不能达到很高的分辨率，故使用范围受到一定限制，本工程的保护和顺序时间记录都不使用P13站控系统。’(2)PHSC计算机系统PHSC(ProgramableHighSpeedController)计算机系统是一种可编程序的高速控制器，它的母线是并联连接，因此速度很高，并且有中断功能，可分成五个优先级，例如故障时保护讯号就可作最高优先级执行。每极安装重复的2套PHSP装置，一套作正常运行，另一套将出口回路闭锁，作备用，运行的一套产生故障时能自动切换。PHSC系统主要用作阀控、直流保护和微型模拟器。阀控从功能上可分成几个等级执行。 a．主控。这是牵涉到系统运行的控制功能。例如主控地点和功能的选择，潮流方向和潮流翻转控制，运行模式的控制等等。 b．极控是指单极控制，双极控制也下放到极控来执行，基本上是站一级的控制功能，例如定功率控制，无功功率控制，双极电流平衡控制，接地电极电流控制等等。C．阀组控制是对阀和与阀有关设备的控制。例如定电流控制，定电压控制，定熄弧角控制(熄弧角检测环节是由硬件实现)，分接头控制等等(分接头控制有部分功能需要Pi3去执行。‘阀的控制是采用具有锁相系统的等距离脉冲方式，它的误差不超过0．1度。(3)直流保护换流站中直流设备的保护因无直流开关，主要还是依靠拧制装置来实现的，因此直流保31

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