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背靠背换流站

作者:pokerking官网 发布时间:2020-11-11 10:08 点击数:

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  背靠背换流站作为高压直流输电的一种特殊方式,将高压直流输电的整流站和逆变站合并在一个换流站内,在同一处完成将交流变直流,再由直流变交流的换流过程,其整流和逆变的结构、交流侧的设施与高压直流输电完全一样。

  直流背靠背换流站工程直流联网功率为360MW,其主要技术设计方案如下:

  (1)背靠背换流站直流接线kV交流接线均采用单母线接线;每组交流滤波器直接接入单母线)可控硅换流阀采用四重阀悬吊安装方式;晶闸管阀采用光电触发和光触发各1组;阀冷却系统室外换热设备采用空气冷却方式。

  (3)换流变压器采用单相三绕组型式,330kV和220kV侧各设3+1台单相换流变。

  (4) 330kV和220kV侧换流阀之间连接一台平波电抗器,采用油浸式,不设置备说付键用。

  (5)背靠背换流站设置1个阀厅,两侧换流阀之间不设置防火隔墙。两侧换流阀共用一套冷却水处理系统和一料删套机械通风系统。

  (6)根据系统研究和成套设计审查会议纪要的要求,控制保护系统采用以转让引进技术为基础的两个完整套方案,即许继电气集团公司和南瑞继保公司各一套,定期切换运行。保护装置集中布置在主控综合楼内。

  (7)阀厅和主控综合楼墙体采用钢筋混兰蜜断凝土结构,阀厅屋顶采用钢析架结构。

  背靠背换流站具有常规高压直流输电的最基本的优点,可实现异步联网,较好地实现不同交流电压的电网互联,将2个交流同步电网隔离,能有效地隔断各互联的交流同步网间的相互影响,限制短路电流,且联络线功率控制简单,调度管悼达遥理方便。与常规直流输电比较,其优点更突出:(1)没有直流线)直流侧可选择低压大电流运行方式,以降低换流变压器、换流阀等有关设备的绝缘水平,降低造价;(3)直流侧谐波可全部控制在阀厅内,不会产生对通信设备的干浆去验扰;(4)换流站不需要接地极,无需直流滤波器、直流避雷器、直流开关场、直流载波等直流设备,因而比常规的高压直流输电节省投资。

  国内已运行和在建的高压直流工程,其设计模式都是由国外承包商作为工程的总承包单位,整体负责工程的核心部分(如阀厅、换流变、直流场、交直流滤波器、控制保护等)的设计、供货及调试,中方设计院在工程设计阶段,主要负责工程的土建部分和交流部分以及全站辅助部分的设计工作。因此主要是与外方总承包商联系,需要协调、接口的单位较少,关系比较简单。

  对于直流背靠背凶婚匪喇换流站工程,为推进直流输电工程国产化工作,从工程开始,国家电网公司就要求按照自主研究、自主设计、自主制造、自主建设、自主调试和运行的国产化管理模式。在这一指导思想下,工程的系统研究和成套设计以及主要设备规范书由北京网联咨询公司负责,工程设计由中南电力设计院负责,所有设备均由业主分别招标采购,国内不同的制造厂家提供。对于设计单位,所需接口的单位比较多:即主要设备制造厂家的技术要求由网联咨询公司提供,设计资料需网联公司和设计院分别确认,设计院要面对众多的设备厂家,要与网联咨询公司协调,各种设备之间的技术接口问题也需要咨询公司、设计院和厂家共同协调解决。

  实践证明,直流背靠背换流站工程的设计举蜜茅剃模式是行之有效的,在今后直流背靠背换流站工程中,其设计模式和接口关系仍然可以采用直流背靠背换流站工程的设计模式

  为了实现直流设备国产化,做到国内有两个设备制造厂掌握同一直流设备的制造能力,并能在实际工程中得到验证,直流背靠背换流站工程作为第一个示范性和试验性工程,其主要直流设备的技术性和供货方均呈现双重化。

  直流背靠背换流站工程的所有设备由国内制造厂供货。可控硅换流阀由西安整流器厂生产,并且分别采用了引进ABB公司技术电触发和西门子公司技术光触发的产品。换流变压器分别采用西安变压器厂(引进ABB技术)和沈阳变压器厂(引进西门子技术)的产品。交流滤波器采用锦州电容器厂的产品。直流控制保护分别采用南瑞继保公司(引进ABB技术)和许继集团公司(引进SmVIENS技术)两套监控系统。

  两种技术的可控硅换流阀和换流变在技术要求(包括阀外冷却要求)、安装方式等存在着许多不同,设计过程中要针对两种型式的产品特点分别进行设计。特别是采用不同技术的直流控制保护系统进行分时运行,在现有的其他直流工程中,还没有采用不同的技术体系进行交叉控制的先例,在直流背靠背换流站工程中,为了国产化的需要,可控硅换流阀采用光触发和电触发两种技术,必须实现直流控制保护系统在不同技术体系之间的交叉控制。为此,在设计中经与各有关单位认真分析和论证,确保了既定方案的实现。由于采用了不同技术的直流控制保护系统,分别配有南瑞和许继两套监控系统及两个操作箱,而每台断路器机构箱仅有一个,因此在二次设计中增加了很多切换和重动回路,造成了设计和施工的工作量和难度成倍增加。

  在背靠背直流换流站工程设计中,由于背靠背换流站的特殊性,换流阀和换流变压器数量较多,而国内能够提供的设备制造厂家较少,其生产能力有限,容易造成在背靠背直流换流站中的不同单元采用不同型式和不同厂家的主要直流设备,类似于直流背靠背换流站工程的主要直流设备多样化的特点仍然存在。

  在国内已建的换流站工程中,由于设备成套进口,换流建构(筑)物上部结构均由国外厂家负责设计。国外厂商的设计仅仅考虑他们的设计、施工和供货条件,采用国外常用的钢结构标准化设计,即阀厅的结构型式均采用双面压型钢板内衬钢丝网,在布置有换流变压器的一面采用钢筋混凝土防火墙。较少考虑工程所在地的国情和地方习惯,采用的设计标准也是美国标准或欧洲标准,其结果势必造成结构不够合理,投资过多,施工难度较大等缺点。

  在直流背靠背换流站工程设计中,结合国内常规变电所的习惯,同时考虑到背靠背换流站其阀厅长度方向的两侧均布置有换流变压器,需设置防火墙的特点,对阀厅的结构型式进行了技术经济比较,认为阀厅主体承重结构采用钢筋混凝土结构方案和换流变与平波电抗器防火墙采用以加气混凝土砌块为填充墙的框架结构方案,在技术上是可行的,在投资上也是节省的。

  在阀厅施工图设计过程中,考虑到直流背靠背换流站是第一个国产化工程,换流阀和直流控制保护均由国内提供,经协商有关各方,并咨询国外公司的意见,采取在砖混结构的内墙面加衬一层钢板,以进一步提高阀厅的屏蔽效果。

  在高压直流工程中,换流变压器容量比较大,一般均采用单相双绕组变压器,单台变压器的重量较大,在换流变压器场地均布置有安装轨道和检修场地及轨道,不仅占地面积大,而且由于整个场地均需承受换流变压器的荷载,造成场地的钢筋混凝土量大量增加,从而使得投资较大。

  在直流背靠背换流站工程设计中,我们结合本工程特点换流变压器容量较小,采用单相三绕组变压器,其单台变压器重量与常规交流500kV变压器重量相当。考虑到本工程主要是用于联网和直流设备国产化试点的特点,即使换流变出现故障时断开联网对两侧交流系统不会造成较大的影响,而且专用的搬运轨道整体造价非常高,因此在设计中未考虑设置搬运轨道。在换流变检修和更换时,考虑采用千斤顶和滚筒的方式,从而节省了占地面积和工程投资。

  在今后的直流背靠背换流站工程中,随着背靠背换流站容量的增加,单相三绕组换流变压器的体积和重量加大,直流背靠背换流站工程性质的改变,对换流变压器场地前是否设置安装和检修专用轨道,可根据工程的具体情况来确定

  背靠背换流站阀厅内的布置包括两侧阀本体、两侧换流变压器阀侧Y和△连线、平波电抗器的连接、阀侧接地开关等的连接。在直流背靠背换流站阀厅内布置时,考虑到阀厅内的换流阀本体、换流变套管、接地刀、连接金具等分属于涉不同的设备制造厂家供货,为了减少由于配合所引起的问题,在设备端子之间尽量采用软导线连接,综合考虑电气接线和安全净距要求以及兼顾运行检修方便等因素,将阀厅接地刀采用固定在墙上的安装方式,对阀厅的总体布置尺寸进行了优化。

  当换流站阀厅内的设备间采用软导线连接时,由于导线截面较大,设备端子之间距离不大,给施工过程带来了一定的困难,且施工后,阀厅内整体布置不是很清晰。如要解决这一矛盾,可以参照国外公司在高压直流输电工程中所采取的方式,即三相换流变套管之间、换流变套管与换流阀本体之间等均采用管母线连接,这样就必须协调好各设备端子的形状、角度以及受力要求,同时配备相应的金具,使之满足管母线连接要求。

  在今后的背靠背换流站工程中,阀厅内的设备间究竟采用何种导线连接为好,需要根据设备制造的实际情况,综合各方面因素后确定。

  在国内已投产运行和正在建设的高压直流输电工程中,换流阀冷却系统的室外换热设备在经过综合比较后采用的是水冷却方式。在直流背靠背换流站工程中,由于市属于缺水地区,难以提供两路可靠水源,根据当地的气象条件,结合本工程换流容量较小的特点,

  阀冷系统室外换热设备采用了风冷方式,这在国内现有的换流站中属于第一次,采用风冷方案既免除了寻找两路可靠水源的难题,又省除因采用水冷换热设备而必须使用的一套水处理设备,从而使阀冷系统得以简化,给运行、维护带来了方便,另外,风冷方案与水冷方案相比,没有废水的排放,避免了因排水而对换流站周围环境的影响。

  由于第一次采用风冷方案,对室外风冷设备及其管道的某些技术要求制定得不是很严谨,导致在现场施工时出现返工等现象,但这些并不能否认风冷方案的优越性。只要在技术规范中,换流阀和阀冷却系统设备厂家与设计院共同对室外换热设备提出全面的、合理的、严谨的技术要求,现场所发生的问题是完全可以避免的。

  在今后的背靠背换流站工程中,所要考虑和探讨的问题是,随着背靠背换流站容量的加大,换流阀的热量交换加大,室外风冷设备要完全能满足技术要求,就必须增加其设备体积、占地面积、年运行费用等,这样,就存在着与室外水冷却方式进行综合技术经济比较的问题。

  因此,在具体工程中,需结合当地水源和气象等条件并综合考虑运行的要求通过技术经济比较后来确定换流阀冷却系统的室外换热设备型式

  由于换流变安装的特殊性,换流变套管一般是插入阀厅内的。换流阀运行时要求阀厅内维持微正压,同时阀厅建筑物要具备很好的屏蔽效果,这样就存在安装完后需对阀厅的孔洞如何进行封堵的问题。

  在已运行的高压直流换流站,阀厅的总体设计是国外承包商完成的,阀厅孔洞的封堵设计及材料供货均由国外承包商承担。在直流背靠背换流站工程中,由于有关各方未能提出换流阀运行时所产生的干扰源有多大,对阀厅的屏蔽效能按多少考虑合适,我们曾就封堵材料采用何种材质向ABB、西门子公司咨询过,也到正在施工的肇庆换流站了解过情况,但仍未弄清国外供货的封堵材料的材质。在此情况下,经现场多方讨论后最终采用铝合金作为主要封堵材料进行了施工,运行以来情况尚可。

  虽然直流背靠背换流站工程已经采用了上述封堵方式,实际上关于换流阀厅封堵的问题,我们认为对其认识得并不充分,建议有必要在今后直流背靠背换流站工程中通过进行专题研究后确定

  左红岩. 背靠背换流站极控系统的研究[D]. 华北电力大学(保定) 华北电力大学, 2008.

  石岩, 徐玲铃, 陶瑜,等. 背靠背换流站极控系统的研究[J]. 高电压技术, 2004, 30(11):37-39.

  王丽杰, 杨金根, 张凌. 背靠背换流站阀厅电气设计[J]. 电力建设, 2008, 29(4):43-45.


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