换流站及其设备

2010-10-241高压直流输电技术HighVoltageDirectCurrentTransmissionTechnology西安交通大学高压教研室西安交通大学高压教研室西安交通大学高压教研室西安交通大学高压教研室汲胜昌汲胜昌汲胜昌汲胜昌2010201020102010年年年年09090909月月月月~~~~10101010月月月月2010-10-242第六章直流输电换流站2010-10-243主要内容�6.1换流站概述�6.2换流站主接线�6.3换流阀�6.46.46.46.4换流变压器�6.5平波电抗器�6.6交流滤波器�6.7直流滤波器�6.8无功补偿装置�6.9换流站避雷器�6.10换流站开关设备�6.11直流测量装置�6.12远程通信系统�6.13站用电系统2010-10-2446.1换流站概述�在高压直流输电系统中，为了完成将交流电变换为直流电或者将直流电变换为交流电的转换，并达到电力系统对安全稳定及电能质量的要求，换流站中应包括的主要设备或设施有：换流阀、换流变压器、平波电抗器、交流开关设备、交流滤波器及交流无功补偿装置、直流开关设备、直流滤波器、控制与保护装置以及远程通信系统等。2010-10-245高压直流换流站典型构成图123456789101—交流开关装置；2—交流滤波器和无功补偿装置；3—换流变压器；4—换流阀；5—控制与保护装置；6—平波电抗器；7—直流开关装置；8—直流滤波器；9—电力线载波；10—接地极2010-10-246�换流站的主要设备一般分布在以下区域：�1、交流开关场区域；�2、换流变压器区域；�3、阀厅控制楼区域；�4、直流开关场区域。2010-10-247�交流开关场区域主要包括：按主接线要求进行连接的换流站交流侧开关设备、交流滤波器及无功补偿设备、防止设备免遭过电压侵害的交流避雷器，为了对交流侧的电流、电压等电气量进行监测，在这个区域里还装设有交流测量装置。一、交流开关场区域2010-10-248�大容量高压直流换流站的换流变压器容量大、台数多、占地面积较大。�为了缩短换流变压器阀侧套管与阀厅之间的引线长度，减少直流侧由于绝缘污秽所引起的闪络事故，一般要求换流变压器靠近阀厅布置。�保护换流变压器的交流避雷器靠近换流变压器布置。二、换流变压器区域2010-10-249�阀厅与控制楼大都采用整体建筑结构。阀厅内安装晶闸管换流阀及其相应的开关设备和过电压保护设备。�在大多数高压直流换流站中，换流变压器的阀侧套管都直接插入阀厅，以减少套管的污闪几率。�采用水作为冷却介质的晶闸管换流阀还安装了冷却水管路。�阀厅的防火措施也值得重视。三、阀厅控制楼区域2010-10-2410四、直流开关场区域�直流开关场区域主要布置了高压平波电抗器、直流滤波器、过电压保护装置、直流测量装置以及用于运行方式切换和故障清除所需的直流开关装置，如低压直流高速开关(LVHS)、金属回线转换断路器(MRTB)、大地回线转换开关(GRTS)。2010-10-24116.2换流站主接线�直流输电换流站由基本换流单元组成，基本换流单元有6脉动换流单元和12脉动换流单元两种类型，每个基本换流单元主要包括换流变压器、换流阀、交直流滤波器、控制保护设备、交直流开关设备等。�本节主要介绍：�1、换流器的接线；�2、换流变压器与换流器的连接方式；�3、交流滤波器的接入系统方式；�4、直流开关场的接线；�5、换流站特殊的接线方式。2010-10-2412一、换流阀组接线换流器接线图（a）6脉动换流器；（b）12脉动换流器V1V3V5V4V6V2mmmm1111nnnn1111i1i4iaYi3i6ibYi5i2icYIdVdV1'V3'V5'V4'V6'V2'mmmm2222nnnn2222i'1i'4ia△i'3i'6ib△i'5i'2ic△负载AAAABBBBCCCCaaaabbbbccccaaaabbbbcccc(a)(b)2010-10-2413�每极的换流器接线始终是直流输电工程设计前期需要研究和论证的课题。�对于现代直流输电工程，论证的焦点集中在每极采用几组12121212脉动换流单元，其可能的接线方式通常有三种：�a、每极1组12脉动换流单元；�b、每极2组12脉动换流单元串联；�c、每极2组12脉动换流单元并联。2010-10-2414a、每极1组12脉动换流单元2010-10-2415b、每极2组12脉动换流单元串联2010-10-2416c、每极2组12脉动换流单元并联2010-10-2417�（1）单个12脉动换流单元的最大制造容量；�（2）换流变压器的制造及运输限制；�（3）分期建设的考虑；�（4）可靠性及可用率；�（5）投资考虑；�（6）交流系统的要求。�在上述诸因素中，单个12121212脉动换流单元的最大制造容量和换流变压器的制造及运输限制往往是确定每极换流器组数的决定性因素，有时分期建设的要求和资金安排也会影响每极组数的确定。��由于每极由于每极11组组1212脉动换流器的方案具有接线布置简单、可脉动换流器的方案具有接线布置简单、可靠性高、投资省的特点，若制造商具备生产制造能力，且运靠性高、投资省的特点，若制造商具备生产制造能力，且运输通道不受限制，则应优选采用这种方案。输通道不受限制，则应优选采用这种方案。每极采用几组12121212脉动换流单元主要与以下因素有关：a、每极1组12脉动换流单元；b、每极2组12脉动换流单元串联；c、每极2组12脉动换流单元并联。主要考虑的是直流系统一组换流单元故障时对交流系统的冲击。采用a，换流器故障即极故障，若极的输送功率大，两端系统比较弱时，换流器故障对交流系统冲击大。采用b、c相对来说冲击小一些，但这并不是确定每极多少个12脉动换流器的决定因素，因为不论采用a还是b、c，直流系统单极故障总会发生（只是后两者的概率低而已），交流系统总是要承受单极故障的冲击2010-10-2418�换流变压器的型式直接影响换流变压器与换流阀的连接及布置。�由于三相三绕组换流变压器具有接线布置最简单、投资最省等特点，对于中小型直流输电工程，在条件许可的前提下，总是优先采用。�但是受制造能力及运输尺寸的限制，对于大型直流输电工程，三相双绕组变压器、单相三绕组变压器以及单相双绕组变压器也广泛应用。二、换流变压器与换流阀连接2010-10-2419（1）变压器与换流单元组合形式(a)(a)(a)(a)一个换流单元————三相三绕组变压器(b)(b)(b)(b)一个换流单元————三相双绕组变压器2010-10-2420(c)(c)(c)(c)一个换流单元————单相三绕组变压器(d)(d)(d)(d)一个换流单元————单相双绕组变压器变压器与换流单元组合形式2010-10-2421(e)(e)(e)(e)两个换流单元串联————单相三绕组变压器(f)(f)(f)(f)两个换流单元并联————单相三绕组变压器变压器与换流单元组合形式2010-10-2422选择组合方式的依据到底采用哪一种？1111）直流输电工程的容量、2222）换流器以及换流变的生产制造能力以及3333）换流变运输尺寸的限制来确定。2010-10-2423换流变的运输方案问题�特点：一直是换流站工程建设中的一个难题，它前期调查工作量大、运输措施费用大、运输时间长、影响面广、地方协调工作量大。�重要性：工程能否按期投产、建设进度是否受到影响，换流变的运输是一个是否关键的因素。�确定运输方案需考虑问题：取决于站址周围交通的情况及今后几年当地交通发展的情况。�有些方案表面上、客观上可行，但实际操作起来，就不可行，这方面的经验教训实例太多。�举例说明：例如：三常线宜昌龙泉换流站的2台换流变（铁路——水路——公路的大件运输方案）；三广线荆州换流站5台换流变（全程公路，后改为半程公路——水运）。2010-10-2424站址的选择原则�1）站址附近具备水运、铁运及卸货的条件；�2）靠近公路；�3）避开大型的公路桥梁；�4）避开空中障碍物，如立交桥、隧洞等。�由设计院来制定大件运输的方案，估算运输的费用。�肇庆换流站（山根站址）：2400万元（水运为主）�其它站址：3600万元（要加固多座桥梁；经过乡镇及村庄道路——修路及排水工作量大，改造费用高；公路运输距离远——超重车辆道路补偿费用高）2010-10-2425�换流阀通常布置在阀厅（ValveHall）内，对双极直流系统，阀厅中间常常布置有主控室。�由于阀与换流变压器接线组合的差异，换流变压器与阀厅的布置有不同的形式，归纳起来有三种：�（1）换流变压器单边插入阀厅布置，可适用于各种接线方式；�（2）换流变压器双边插入阀厅布置，可适用于每极两组12脉动换流器的情况；�（3）换流变压器脱开阀厅布置，可适用于各种接线方式。（2）换流阀与换流变的接线2010-10-2426�优点：�（1）可利用阀厅内良好的运行环境来减小换流变压器阀侧套管的爬距；�（2）可防止换流变压器阀侧套管的不均匀湿闪；�（3）可省掉从换流变压器到阀厅电气引线的单独穿墙套管。�缺点：�（1）阀厅面积显著增大，增加了阀厅及其附属设施的造价及年运行费用；�（2）增加了换流变压器的制造难度；�（3）换流变压器的运行维护条件较差；�（4）换流变压器的备用相更换不方便。换流变压器阀侧套管插入阀厅的布置2010-10-2427�高压直流换流站交流侧滤波器通常分成很多组，其接入系统的方式有以下四种：�（1111）交流滤波器大组直接接在换流站交流母线上，通常滤波器大组是由几个滤波器分组接在一个滤波器小母线上而形成；�（2222）交流滤波器大组直接TTTT接在换流变压器的进线回路上；�（3333）交流滤波器分组直接接在换流站交流母线上（或接入3/23/23/23/2串中）；�（4444）交流滤波器分组直接接在换流变压器单独的绕组上。�在实际工程中，交流滤波器接入系统的方式应结合交流开关场的形交流开关场的形交流开关场的形交流开关场的形式式式式（双母线或3/2接线）及布置等综合考虑之后确定。三、交流滤波器接入系统方式交流滤波器交流滤波器交流滤波器交流滤波器交流滤波器交流滤波器交流滤波器交流滤波器交流滤波器交流主母线交流滤波器交流滤波器交流滤波器交流滤波器交流滤波器交流滤波器交流线路交流主母线交流主母线交流滤波器交流滤波器交流滤波器交流滤波器交流滤波器交流滤波器交流滤波器交流滤波器交流滤波器交流滤波器交流滤波器交流滤波器交流滤波器交流滤波器交流滤波器交流线路交流主母线2010-10-2428交流滤波器接入系统方式示意图（a）交流滤波器大组接母线；（b）交流滤波器大组T接换流变压器；（c）交流滤波器分组接母线；（d）交流滤波器接换流变压器单独绕组交流滤波器交流滤波器交流滤波器交流滤波器交流滤波器交流滤波器交流滤波器交流滤波器交流滤波器交流主母线交流滤波器交流滤波器交流滤波器交流滤波器交流滤波器交流滤波器交流线路交流主母线交流主母线交流滤波器交流滤波器交流滤波器交流滤波器交流滤波器交流滤波器交流滤波器交流滤波器交流滤波器交流主母线交流滤波器交流滤波器交流滤波器交流滤波器交流滤波器交流滤波器交流线路交流主母线（a）（b）（c）（d）2010-10-2429（a）交流滤波器大组接母线：滤波器接线及主母线可靠性高，对双极直流系统，便于交流滤波器双极间的相互备用，滤波器分组开关可选用操作频繁的负荷开关；交流滤波器接入系统方式的特点交流滤波器交流滤波器交流滤波器交流滤波器交流滤波器交流滤波器交流滤波器交流滤波器交流滤波器交流主母线2010-10-2430交流滤波器交流滤波器交流滤波器交流滤波器交流滤波器交流滤波器交流线路交流主母线（b）交流滤波器大组T接换流变压器�交流滤波器按极对应较好，�但不利于双极间的相互备用；2010-10-2431（c）交流滤波器分组接母线�投资较省，便于交流滤波器双极间的相互备用。�由于交流滤波器投切频繁，断路器故障率较高，会直接影响母线的故障率；交流主母线交流滤波器交流滤波器交流滤波器交流滤波器交流滤波器交流滤