超高压直流输电换流站工程设计内容介绍

HVDC高压直流输电换流站工程设计技术介绍介绍内容一、直流输电的特点三、换流站布置特点四、控制和保护配置二、换流站典型接线五、主要建、构筑物六、换流站辅助系统七、换流站环保措施八、接地极及其影响九、直流输电新技术十、直流工程建设程序一、直流输电的特点直流输电的发展早期电力输送采用直流输电，1882年法国人进行了2kV、1.5kW、57km直流输电试验；三相交流电机的发明和方便性改变了直流电压的应用，交流系统完全替代了直流系统；随着交流系统输送容量的增加和输送距离的延长，直流系统的优点显现出来；1954年瑞典建成了世界上第一个20MW、100kV、96km工业化运行的直流输电工程；1972年，加拿大EelRiver背靠背20MW、2×80kV输电工程，首次全部采用晶闸管阀；舟山-大矸100kV/50MW海底电缆直流输电工程是我国第一项自主研发的直流输电工程；1984-1990我国引进BBC/SIEMENS设备，建成葛洲坝-上海直流输电工程（1046km、±500kV、1200MW）；目前我国高压直流输电工程建设项目多，世界上电压最高的±800kV向-上直流输电工程正在建设，线路长度约2000km，输送功率6200~6400MW，计划于2010年建成投产。直流输电的优点直流输电具有输送距离远，调节性能好，过电压水平低，输送损耗小，线路造价低等交流输电无法比拟的优点，主要适用于远距离大容量输电、非同步运行的交流系统之间的互联、调峰、海底电缆输电等场合。直流输电的最大特点是无需考虑系统稳定性问题；增加输送容量的同时不增加短路容量。一条电压等级为500kV的交流输电线路，其自然输送功率为900MW，输送距离800km左右，最大输送功率为900MW。一条电压等级为±500kV的直流输电线路，输送距离在1200km左右，可输送3000MW，其输送功率相当3条500kV交流输电线路。一条电压等级为750kV的交流输电线路，其自然输送功率也仅2300MW，小于一条±500kV的直流输电线路。直流输电的优点同等输送容量：直流输电总功率损耗约为输送功率的5.5%；换流站功率损耗约占总损耗的12%；直流线路电压降单极金属回路运行约为10%，双极或大地单级运行约为5%。交流输电线路有功损耗约为输送功率的7.2%；同等距离三相交流线路电压降约为316%Un，无法运行。交流输电线路需采用3根导线，直流输电只需采用2根或1根导线，线路走廊窄，杆塔高度低，省占地，耗材少。双极运行在同等标称电压下，如采用相同导线，直流输送功率可比交流增加15%，导线消耗仅为交流线路的2/3。直流输电流程示意换流站建设成本结构直流输电的缺点换流站设备价格贵，投资大；换流器消耗的无功功率，约为输送容量的50%～60%，需安装大量补偿装置；直流侧和交流侧均会产生谐波，需安装滤波装置；缺少高压直流断路器，难做到多端联网；单极大地运行会产生地下金属的腐蚀和周边变压器直流偏磁问题。换流装置过载能力差；直流污秽问题大于交流；换流站阀冷却、空调容量大，辅助系统相对复杂，维护工作多。二、换流站典型接线受端换流站交流系统II送端换流站交流系统I系统接线示意直流线路联络二个非同步电网高压极线设备中性极线设备直流滤波设备12脉冲换流器单元±500kV直流部分典型接线±110kV背靠背直流部分接线接地极±800kV换流站±800kV直流系统的极换流站极交流母线交流系统交流系统±800kV特高压直流部分接线2个12脉冲换流器串联交流部分接线交流滤波器及补偿电容器组站用变压器三、换流站布置特点以国家电网公司±500kV3000MW换流站典型设计为例交流滤波器户外直流开关场GIS户外交流开关场户外布置方案长度:327m宽度:256m阀厅与换流变总面积8.37公顷户内布置方案长度:330m宽度:256m总面积7.52公顷GIS户内交流开关场交流滤波器户内直流开关场阀厅与换流变500kV户外布置换流站鸟瞰500kV户内布置换流站鸟瞰总布置占地一览表序号项目名称户外方案户内方案外廓尺寸（m)占地面积(hm2)外廓尺寸（m)占地面积(hm2)1交流500kV配电装置160x85.51.25160.5x85.51.242500kV交流滤波器占地256x114.52.93256x114.52.933极阀厅+换流变占地188x901.69191x661.264直流场占地188x80.51.51191x60.51.16采用±500kV双极两端中性点接地接线，双极容量：3000MW单极容量：1500MW采用户内、外AIS直流开关场；每极安装2组无源直流滤波器:6/12次、24/36次；平波电抗器采用油浸式:3000A、290mH;直流滤波器回路可采用光电式或常规电磁式电流互感器；每极设置30~300kHzPLC调协装置；换流站按受端接线设计。直流场设备及布置特点采用标准批量化设备可大幅降低造价！成套设计部分直流场电气接线户外直流场布置户外方案户外直流场平面户外方案直流场布置:长度:188m宽度:80.5m高压极线断面户外方案中性极线断面户外方案户外直流滤波器采用支持或悬挂方案户外方案户内直流场布置户内方案户内直流场户外设备户内方案户内直流场平面单极直流场:长度:42m宽度:32m高压极线断面户内方案直流滤波器断面户内方案户内直流滤波器采用支持或悬挂方案户内方案阀厅及换流变换流阀：标称直流电压：500kV、标称直流电流：3000A、阀的触发方式：12脉冲电触发或光触发、阀的结构：悬吊式2重阀、阀的冷却系统：空气绝缘水冷却。换流变压器：每极采用Yd和Yy单台容量286MVA换流变各3组、YN,y12换流变额定电压比：[510/√3(+26，-4)]/(200.9/√3)kVYN,d11换流变额定电压比：[510/√3(+26，-4)]/200.9kV换流变压器阻抗值:16%相间短路阻抗差异小于:±2％换流变的冷却方式:OFAF或ODAF降噪措施:采用全封闭隔声罩(Box-In)。阀厅及换流变阀厅及换流变布置断面阀厅尺寸：58x22m采用二重悬挂阀方案+500kV+500kV0V+250kV0V+250kV二重阀方案四重阀方案二重与四重悬挂阀结构双圈换流变压器换流变压器布置500kV配电装置特点500kV采用3/2接线，远景4回出线；本期按3个完整串2个不完整串考虑；远景按5个完整串考虑；500kV交流配电装置采用户内和户外GIS设备；交流滤波器3大组9小组，大组通过GIS管道引接进串；高压站用变压器采用GIS设备接入线路串内。参照交流典型设计模块500kV配电装置特点500kV设备短路电流水平：63kA500kV配电装置回路电流4000A；母线电流5000A户外方案户内方案500kV交流滤波器及并联电容器布置特点常规无源交流滤波器，12/24、202Mvar、5组；并联电容器：202Mvar（3组附电抗器、1组无电抗器）高压电容器采用双塔布置，支撑式安装；滤波电抗器采用低噪声电抗器。500kVGIS户外配电装置断面图500kV户外GIS户外方案500kVGIS户内配电装置断面图户内方案PLC滤波器500kVGIS户内配电装置断面500kV交流滤波器大组500kV交流滤波器小组滤波器电容器双塔安装方式电容器单塔安装方式四、控制和保护的配置交、直流监控系统采用统一的MMI界面平台。直流控制系统和保护系统分开独立配置。直流控制和保护系统双重化配置。直流控制和保护系统既能适用整流运行，也能适用逆变运行。直流部分监控、保护配置监控系统控制层及就地层设备配置方案示意图高压直流保护分区功能配置方案示意图监控系统：交/直流合建统一的运行人员监控系统平台,控制层和就地层设备按串双重化配置。换流站内与常规交流站相同的部分，如系统保护、调度自动化等设计参照国家电网公司500kV变电站通用设计。交流部分监控、保护配置五、主要建、构筑物设计土建主要技术指标（户外方案）土建主要技术指标（户内方案）站内建筑一览表（户外方案）站内建筑一览表（户内方案）建筑装修标准建筑内装修标准参考国家电网公司“两型一化”文件。除主控制室、站设备室和通讯机房采用防静电活动地板外，其它均采用地砖。顶棚除卫生间为矿棉板吊顶，其它不设吊顶。外窗采用铝合金隔热型材，双层中空玻璃。通往阀厅的门全部采用防火门。控制楼(一层)二层建筑方案控制楼(二层)二层建筑方案控制楼建筑断面阀厅及主控制楼建筑效果图500kV户内GIS室阀厅和换流变压器围墙、大门效果图站内主要辅助建筑备班楼六、换流站辅助系统防雷、接地直击雷保护采用避雷针、避雷线和避雷带保护。直流场、交流滤波器场、换流变区域采用避雷线保护；GIS区域采用避雷针保护。阀厅、户内直流场、备班楼、备品备件库、10kV配电室采用屋顶加避雷带的方式保护。接地在非严重腐蚀环境，接地体采用镀锌扁刚接地；腐蚀土壤采用铜材接地。交流站用电系统长期站内供电,外来电源双备用各进线开关可采用PLC实现自动投切！房间名称夏季室内温度夏季室内相对湿度冬季室内温度冬季室内相对湿度空气调节方案阀厅≤50℃≤75%≥10℃≥25%空调，室内微正压控制楼内电气房间≤35℃机械通风控制室、26±1℃60±10%20±1℃60±10%集中空调继电器室26-28℃20℃分体空调办公室26-28℃18℃分体空调GIS室、电气设备室≤40℃自然+机械通风(室内微正压)户内直流场≤40℃自然+机械通风(室内微正压)采暖、通风系统阀外风冷散热器阀外水冷散热器水源供水水源应优先选用自来水，日用水量约250-750m3/d。站内设400m3工业蓄水池、400m3消防蓄水池、20m3生活水箱。工业水系统主要工业用水为阀冷却外循环水，每组冷却塔的补水量为15m3/h，补水由水池供应。生活给水系统生活给水系统，分别自所外总自来供水管引2路至20m3生活水池，并通过设置独立的生活气压给水系统供全站生活用水和绿化用水，全站日用水量约为57.2m3/d。生活排水系统建筑物排出的生活污、废水合流，经过生活污水调节池调节提升后进入站内的生活污水处理装置集中处理，达标后再排入站区雨水下水道后外排。雨水排水系统雨水经雨水口、雨水检查井汇至站区雨水泵，通过雨水泵提升排至站址附近的河道。水工部分消防报警系统站内设一套火灾自动报警系统。消防水系统自站外引2路自来供水管至1座400m3消防水池。消防水池的消防水容量确保2小时室内、外消火栓及24分钟换流变、平波电抗器水喷雾灭火系统的消防用水量。惰性气体灭火系统控制楼内设1套自动全淹没式惰性气体灭火系统，主要保护各设备间。移动式灭火器站区的各个建筑物，均按要求设置不同类型的移动式灭火器。消防部分七、环境保护及防护措施电磁环境标准污染物名称评价标准工频电场强度换流站附近居民点≤4kV/m工频磁感应强度换流站附近居民点≤0.1mT合成场强换流站围墙外地面合成场强≤30kV/m，换流站附近的居民点≤25kV/m，且80%测量值≤15kV/m直流磁感应强度换流站围墙外地面≤10mT污染物名称评价标准噪声正常工作厂界工业II类：昼间60dB(A)，夜间50dB(A)换流变、油浸平抗Box-in降噪，其他降声源及隔声减噪土石方阶段：昼间75dB(A)，夜间55dB(A)结构施工阶段：昼间70dB(A)，夜间50dB(A)生活污水《污水综合排放标准》（GB8978-1996）或地方污水综合排放标准声环境和水环境标准换流站在不采取任何措施下的噪声分布情况换流变、交流滤波器、直流场围墙上设隔声屏障换流变隔声罩（Box-in)降噪换流变隔声屏障降噪墙上隔声屏障平波电抗器隔声屏障应注意设备散热影响！八、接地极及其影响大容量HVDC系统，既可以双极运行也可以单极运行，正常运行采用双极运行方式；当采用单极检修或一极发生故障时，线路就可能以大地回路方式进行单极运行；单极运行大地回路的直流，会