±800kV奉贤换流站的结构与功能特点

我国宜宾向家坝至上海奉贤送电距离达1900 km的±800 kV特高压直流输电工程于2010年7月8日正式投运。这是目前世界上运行线路最长、输电容量最大、损耗最低（线损仅4%）、信价比最高的特高压直流输电工程。上海奉贤换流站是向家坝-上海±800千伏特高压直流输电工程的受端换流站，位于上海奉贤区境内，站址总用地面积17.48hm2，围墙内用地面积15.06hm2，换流站容量为6400MW，直流额定电压为±800kV。奉贤换流站也是目前世界上最大容量的特高压换流站，从建设到运行共创下18项电力工业技术的世界纪录，把主要集中在金沙江、大渡河、雅砻江三江流域的四川丰富的水电资源，同中国经济最发达地区之一的上海联结在一起。奉贤换流站的结构是：每极两个12脉冲阀组串联接线方式；换流变压器(单相双绕组)28台(4台备用)，每台容量297.1MVA；交流滤波器4大组，15小组，总容量3746Mvar。1回±800kV高压直流输电线路，1回接地极线路。交流出线本期3回，远景4回。

1．主接线方式

直流换流站的主接线设计主要有两个方面，即直流侧主接线和交流侧主接线。

奉贤换流站直流侧主接线采用（400 +400）kV 换流器接线方案，参见图1。每极高、低端12 脉动换流器两端设计电压相同，12 脉动换流器两端连接直流旁路断路器，通过直流旁路断路器操作可以投入或者推出该12 脉动换流器，因此，运行方式非常灵活，可根据实际情况合理组合。其正送和反送功率传输方向下的直流输电系统运行方式如下：

1）完整双极运行方式；2）1/2 双极运行方式；3）完整单极大地返回运行方式；4）1/2 单极大地返回运行方式；5）完整单极金属回路运行方式；6）1/2 单极金属回路运行方式；7）3/4 双极运行方式。

平波电抗器采用2 台串连的型式，分别配置在直流极线和中性线母线上，降低了平波电抗器的制造难度。每一个12 脉动换流器两端并接有旁路断路器以及隔离开关，用于旁路或者投入此12 脉动换流器。换流变压器的型式为单相双绕组。

由于直流系统电压从±500 kV 提高到了±800kV，特高压直流输电工程换流器接线从传统的单12脉动换流器改为采用双12 脉动换流器结构。采用双12 脉动换流器结构，使主回路有更多的运行方式，提高了整个系统运行的灵活性和可用率。

针对双12 脉动的特点，在直流侧接线中，增加了旁路断路器和隔离开关。通过旁路断路器和隔离开关的配合控制，可以完成单12 脉动换流器的正常起停控制和故障情况下的换流器退出操作，以实现上述7 种不同运行方式。

奉贤站交流侧主接线则采用常规的3/2断路器接线方式，这种接线方式的优点是运行的可靠性和灵活性很高，在检修母线或回路断路器时不必用隔离开关进行大量的倒闸操作，操作方便。并且，调度和扩建也很方便。但不足的地方是与单断路器双母线相比，设备投资和断路器维修量都有所增加；并且一条回路故障有二台断路器要跳开，联络断路器故障会造成相连两条回路的短时停电；再有，为了便于回路的交叉配置，要求电源数和出线数最好相等；还有这种接线的继电保护装置也比其他接线要复杂得多。交流侧主接线参见图2。

2．直流侧主要部分及其功能

1）换流变压器。换流变压器是接在换流阀与交流系统之间的电力变压器。采用换流变压器实现换流阀与交流母线的连接，并为换流阀提供一个中性点不接地的三相换相电压。换流变压器与换流阀是构成换流单元的主体。

换流变压器在直流输电系统中的作用：一是传送电力；二是把交流系统电压变换到换流器所需的换相电压；三是利用变压器绕组的不同接法，为串接的两个换流器提供两组幅值相等、相位相差30°(基波电角度)的三相对称的换相电压以实现十二脉动换流；四是将直流部分与交流系统相互绝缘隔离，以免交流系统中性点接地和直流部分中性点接地造成直接短接，使得换相无法进行；五是换流变压器的漏抗可起到限制故障电流的作用；六是对沿着交流线路侵入到换流站的雷电冲击过电压波起缓冲抑制的作用。

由于换流变压器的运行与换流器换相造成的非线性密切相关，它在漏抗、绝缘、谐波、直流偏磁、有载调压和试验等方面与普通电力变压器有不同的特点和要求。

2）晶闸管换流阀。可控硅晶闸管换流阀是直流输电工程的“心脏”，实现交流和直流的变换。可控硅阀安装于室内，采用空气绝缘和水冷却。按照触发原理的不同可分为LTT换流器和ETT换流器。由电触发晶闸管ETT组成的换流单元称为ETT换流器，电触发晶闸管工作原理是阀控系统来的触发信号转化为光信号，由光缆将光信号传送到每个晶闸管级，在门极控制单元把光信号再次转换成电信号，经放大后触发晶闸管元件。由光触发晶闸管LTT组成的换流单元称为LTT换流器，光触发晶闸管工作原理是在晶闸管门极区周围，有一个小光敏区，当一定波长的光被光敏区吸收后，在硅片的耗尽层内吸收光能而产生电子空穴对，形成注入电流使晶闸管元件触发。这种触发方式与电触发方式相比，省去了控制单元的光电转换、放大环节及电源回路，简化了阀的辅助元件，改善了阀的触发特性，提高了阀的可靠性。参见图3所示。

奉贤换流站采用的是6英寸、8.5kV、4kA的大功率电触发晶闸管原件。每极阀厅包括高端和低端各一个，高、低端阀厅分别悬吊六个双重阀塔，每个双重阀塔有两个单阀组成；每个单阀包含两个阀层，每个阀层有4个可控硅组件和4个电抗器组件，每个单阀共有8个可控硅组件和8个电抗器，每个单阀并联一个阀避雷器；每个可控硅组件由七个可控硅元件及其并联的均压电阻、电容串联而成，每个可控硅位于两个铝制散热器之间，7个可控硅和8个铝制散热器被压力达190kN的夹紧件压在一起；全站共有48个单阀，每个单阀共有56个可控硅（包括2个冗余可控硅），双极总计可控硅数目为2688只。参见图4。

3）直流开关场

在常规直流典型接线输电工程中，为满足直流主接线的基本运行、检修要求，直流开关场按极对称设置有平波电抗器、直流滤波器、直流电压测量装置、直流电流测量装置、直流PLC 滤波装置、直流隔离开关、金属回路转换开关（MRTB）、大地回路转换开关（GRTS）、中性母线高速开关（NBS）、中性母线高速接地开关（NBGS）、中性点设备及过电压保护设备等，特高压直流仍然需要配置上述设备。上述主要设备的基本功能特点如下：

平波电抗器的作用主要包括：

抑制换流阀产生的纹波电压、直流小电流运行时保持电流连续、防止逆变器换相失败、直流故障时抑制电流的突变速度、抑制线路电容和换流站直流侧容性设备通过换流阀的放电电流，以免损坏阀的元件、减少从直流线路侵入到换流站雷电波对换流阀的危害等作用，与直流滤波器配合，减少系统谐波分量，减小对邻近通信线路的干扰。

直流PLC 串接在直流极线上，以滤除该频段的电流分量，减少直流线路对相邻线路产生的干扰。

直流滤波器并接在直流极线与中性母线之间，其主要作用为减少直流侧谐波，降低直流架空线路对相邻通讯线路的影响。过电压保护装置由阀组避雷器、直流侧避雷器及中性母线电容器组成。直流部分测量装置包括直流极线、中性线、直流滤波器组设置各种电流互感器及电压互感器，向直流控制保护系统的测量提供输入。

3.3交流侧主要部分及其功能

1）GIS。奉贤换流站500千伏交流侧主接线采用3/2断路器接线方式，其交流场内采用的是户内GIS方案。GIS即为六氟化硫封闭式组合电器，它将一座变电站中，除变压器以外的一次设备包括由断路器、母线、隔离开关、电流互感器、电压互感器、避雷器、接地开关、电缆终端、进出线套管接器等，经过优化设计有机地组合成一整体，并封装在金属封闭外壳内，与出线套管、电缆连接装置、汇控柜等共同组成，充以一定压力的SF6气体作为灭弧和绝缘介质的高压成套配电装置。GIS结构参见图5。

GIS具有结构小型化、可靠性高、安全性好、杜绝了对外部的不良影响、安装周期短、维护方便等优点。

2)交流滤波器。奉贤换流站交流滤波器共分4大组（15小组），分别接在交流场第1、2、3、4串上。第一大组分3小组交流滤波器或并联电容器，其他每大组分4小组交流滤波器或并联电容器。全站共有8组HP12/24型交流滤波器；6组带阻尼电抗器的并联电容器（SCD），1组不带阻尼电抗器的并联电容器（SC）。直流滤波器共2组，每条800kV极母线上各接有一组2/12/24的的三调谐直流滤波器。

奉贤换流站是我国为实现西电东送的重大特高压直流工程建设项目。该工程从四川复龙换流站到南汇和奉贤交界处的邵厂镇上海奉贤换流站绵延近1900余公里，该工程建成后，通过奉贤换流站每年给上海可输送电量约305亿千瓦时，可替代600多万千瓦燃煤火电机组，每年可减少二氧化碳2500万吨、二氧化硫排放20万吨、氮氧化物4万吨，减少1500万吨煤炭运输问题。作为向家坝－上海±800千伏特高压直流输电示范工程的奉贤换流站是上海解决能源问题的重大电力工程项目，具有十分重要的社会意义和经济价值。

作者简介：

王建中，1954生，大专学历，工程师，从事特高压直流工程建设管理工作

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