2.7 混合三端直流方案电气主接线
2.7.1 昆北换流站电气主接线
1.建设规模
昆北换流站建设规模如下。
1）直流建设规模：直流输电系统额定容量为双极8000MW/单极4000MW；直流输电系统额定电压为±800kV，直流输电系统额定电流为5000A。
2）500kV出线规模：规划出线10回，分别至乌东德3回、龙开口1回、鲁地拉2回、仁和2回、铜都2回，本期一次性建成。
3）高压无功补偿设备：本期装设1组线路高压并联电抗器（简称“高抗”）及中性点小电抗、1组母线高抗。换流站装设低压电抗器。
2.交流滤波器接线
交流滤波器接线一般有大组交流滤波器组进串、小组滤波器直接接500kV交流母线、两大组交流滤波器组与换流变压器进线T接三种主要接线方式，其中两大组交流滤波器组与换流变压器进线T接这种接线方式因滤波器互换性差一般不予考虑。小组滤波器直接接500kV交流母线方式与大组交流滤波器组进串接线方式相比，虽然能节省投资，但可靠性低。因此我国近几年已建成的直流工程，如天广、三广、三沪、贵广一回、贵广二回、牛从，经比较论证均采用大组交流滤波器组进串的接线方式。特高压直流换流站对交流滤波器接线的可靠性要求更高，且小组滤波器的数量较多，故本工程采用大组交流滤波器进串接线方式。
3.交流场接线
（1）500kV交流配电装置接线
昆北换流站500kV本期及远期10回出线、4组换流变压器进线、4大组滤波器进线、2回500kV站用变压器进线，1组母线高抗，进出线元件总计达到21回。
根据系统对500kV运行要求，昆北换流站采用一个半断路器接线，组成10个完整串，1个单断路器单元，共装设31台断路器。昆北换流站交流配电装置示意图如图2.54所示。
图2.54 昆北换流站交流配电装置示意图
（2）500kV交流滤波器接线
昆北换流站交流无功补偿和交流滤波器设置原则如下：
1）无功分层分区就地平衡，不考虑远距离输送。
2）换流站的无功补偿总容量原则上按照直流系统全电压输送额定功率时的无功消耗计算；直流过负荷所需额外增加的无功补偿容量由换流站备用补偿分组容量来平衡。
3）满足交流系统电压控制要求。网络中任一点运行电压，在任何情况下严禁超过网络最高运行电压，正常情况下不应低于网络额定电压的0.95～1.00倍；需说明的是，对于本方案系统调压手段主要依靠调整发电机励磁。
4）考虑系统发电机无功出力控制要求。发电机最大无功出力控制运行功率以不低于额定功率为限，最小无功出力对于汽轮发电机，控制其功率因数不高于0.95，水轮发电机则以不进相为限。发电机机端电压水平控制在额定电压的1.05～0.95倍。
5）换流站所装设的无功补偿装置一般与交流滤波器合并考虑。在直流小方式运行时，为满足滤波要求，需投入一定数量的滤波器，使换流站容性无功过剩。因此，要求交流系统或换流站有吸收一定容性无功的能力。
通常在换流站交流侧滤波器设计中，应尽量减少交流滤波器的类型。
（3）其余无功设备及35kV配电装置接线
35kV配电装置采用单母线接线，暂按装设进线断路器，共装设8台断路器。
500kV母线高抗通过一个断路器单元接于500kV GIS母线。
4.换流阀接线
现代高压直流工程中均采用12脉动换流器作为基本换流单元，以减少换流站所设置的特征谐波滤波器。在满足设备制造能力、运输能力及系统要求的前提下，阀组接线应尽量简单。大容量直流输电工程可能的接线方式通常有以下三种方案。
方案一：每极1个12脉动阀。
方案二：每极多个12脉动阀组串联。
方案三：每极多个12脉动阀组并联。
以上三种方案的基本特点及应用实例详见2.2节，此处不再赘述。考虑到换流变制造和运输条件，推荐昆北换流站采用每极2个12脉动阀组串联接线方式。高端12脉动阀组和低端12脉动阀组电压组合为±（400+400）kV，两个12脉动阀组的接线方式相同。昆北换流站换流阀接线如图2.55所示。
图2.55 昆北换流站换流阀接线
5.换流变接线
换流变压器的功能是将交流母线电压变换为符合要求的换流器输入电压。换流变压器的接线需根据换流器的接线方式确定。换流变压器的型式直接影响到换流变压器与换流阀组的接线和布置，换流变压器的型式选择应结合制造水平、运输条件、国产化能力及投资等多方面因素综合考虑。
根据换流变压器设备的制造能力以及大件运输的尺寸和重量限制，乌东德工程换流变压器型式推荐采用单相双绕组变压器，换流器采用单极两个12脉动阀组接线方式。换流变压器接线方案与已经投运的±800kV特高压直流工程相同，即换流变压器网侧套管在网侧接成Y0接线与交流系统直接相连，阀侧套管在阀侧按顺序完成Y、d连接后与12脉动阀组相连。换流变压器三相采用YNy0联结及YNd11联结。
6.直流场接线
昆北换流站直流场接线方式应能够满足下列运行方式：
1）双极平衡运行。
2）1/2双极平衡运行。
3）一极完整、一极1/2不平衡运行。
4）完整单极大地回线运行。
5）完整单极金属回线运行。
6）1/2单极大地回线运行。
7）1/2单极金属回线运行。
为满足上述运行方式要求，直流侧电气主接线应具有如下功能：
1）为检修而对换流站内直流系统的某一个12脉动阀组或某一个单极进行隔离及接地时，不中断或降低健全阀组或健全极的直流输送功率。
2）为检修而对某一极直流线路进行隔离及接地，不中断或降低健全线路的直流输送功率。
3）为检修而对任一组直流滤波器进行隔离及接地，不中断或降低直流输送功率。
4）在单极或1/2单极金属回线运行方式下，为检修而对直流系统一端或两端接地极及其引线进行隔离及接地，不中断或降低直流输送功率。
5）在双极或1/2双极平衡运行方式下，为检修而对直流系统一端或两端接地极及其引线进行隔离及接地，不中断或降低直流输送功率。
6）任一极单极运行从大地回线切换到金属回线或从金属回线切换到大地回线，不中断或降低直流输送功率。
昆北换流站直流场接线与两端±800kV特高压直流工程基本相同，换流站直流侧按极对称装设有直流电抗器、直流电压测量装置、直流电流测量装置、直流隔离开关、中性母线高高速开关（HSNBS）、中性点设备及过电压保护设备等考虑。
7.测点要求
昆北测点布置及性能要求与现有特高压常规直流输电系统保持一致。主要区别在于建议增加高低阀组连接处电流测量点，以提高高低阀组故障的选择性。
2.7.2 柳北换流站电气主接线
1.建设规模
柳北换流站建设规模见表2.17。
表2.17 柳北换流站建设规模
2.交流侧接线
（1）500kV电气接线
柳北换流站500kV配电装置采用一个半断路器接线。本期4回交流线路出线（至桂南变电站2回、至柳东变电站2回）、4回柔直变压器进线、1回500/35kV降压变压器进线、1回500/10kV高压站用变压器进线共10个电气元件接入串中，组成4个完整串和2个不完整串，本期安装16台断路器。
（2）220kV电气接线
本期暂不建设。
（3）35kV配电装置接线
35kV配电装置采用单母线接线。融冰装置暂按引自500/35kV降压变压器的35kV侧母线，本期安装1台断路器，具体方案此处不再详述。
3.换流阀接线
柔性直流换流器采用MMC作为柔性直流输电的主换流器。MMC的基本电路单元为功率模块，各相桥臂均通过一定量的具有相同结构的子模块和一个桥臂电抗器串联构成。
在直流系统采用对称双极接线方案的前提下，柔性直流换流器单元接线主要有单阀组和高低阀组串联两种方式。若采用单阀组接线方式，每相变压器的容量将超过500MV·A，结合厂家调研结论，柔直变压器的制造难度较大，无法整体运输到现场，宜采取每相两台柔直变压器并联的方式。因此，就乌东德工程而言，采用单阀组的接线方式和高低阀组串联接线方式相比，柔直变压器的数量相当。
尽管高低阀组串联的接线方式会增加旁路开关设备，但在送端昆北换流站采用每极双12脉动的前提下，采用高低阀组的方案与送端传统直流的匹配度更高，灵活性更好。综合以上分析，乌东德工程直流输电系统推荐采用双极、每极高低阀组串联接线方案，本站共设4个柔性直流换流器单元。为减少单个阀组故障引起直流系统单极停运的概率，提高直流输电系统的可利用率，每个阀组直流侧按装设旁路开关考虑。阀组电压按±（400 +400）kV分配。
4.柔直变压器接线
结合乌东德工程柔直变压器容量和电压等级，由于直流系统采用对称双极的接线方式，直流中性点电压钳位在接地极实现，无须在柔直变压器阀侧设置接地点。综合考虑降低变压器的制造难度，推荐采用YNy联结。每个换流器单元3台柔直变压器的网侧套管在网侧接成Y0联结与交流系统直接相连，阀侧套管在阀侧接成Y联结，与换流阀的三相分别连接。
5.直流场接线
柳北换流站直流侧接线按满足系统运行方式的要求进行设计：
1）三端双极全电压运行。
2）三端双极半电压运行。
3）三端双极一极全电压、一极半电压运行。
4）三端单极全电压大地回线运行方式。
5）三端单极全电压金属回线运行方式。
6）三端单极半电压大地回线运行方式。
7）三端单极半电压金属回线运行方式。
8）两端直流运行方式。
9）STATCOM运行方式。
为满足上述运行方式要求，直流侧电气主接线应具有以下功能：
1）为检修而对换流站内直流系统的某一个阀组或某一个单极进行隔离及接地，不中断或降低健全阀组或健全极的直流输送功率。
2）为检修而对某一极直流线路进行隔离及接地，不中断或降低健全线路的直流输送功率。
3）在单极或1/2单极金属回线运行方式下，为检修而对直流系统一端或两端接地极及其引线进行隔离及接地，不中断或降低直流输送功率。
4）在双极或1/2双极平衡运行方式下，为检修而对直流系统一端或两端接地极及其引线进行隔离及接地，不中断或降低直流输送功率。
5）任一极单极运行从大地回线切换到金属回线或从金属回线切换到大地回线，不中断或降低直流输送功率。
柳北换流站直流场接线与两端±800kV特高压直流工程基本相同，换流站直流侧按极对称装设有直流电抗器、直流电压测量装置、直流电流测量装置、直流隔离开关、中性母线高速开关（HSNBS）、中性点设备及过电压保护设备等考虑。接地极回路装设一台金属回线转换断路器（MRTB），临时接地回路装设一台高速接地开关（HSGS），金属回线装设一台金属回线转换开关（GRTS）。不同的是在极线出线侧设置单母线，以满足与昆北换流站和龙门换流站的连接。同时在极线和龙门换流站出线上配有直流高速开关（HSS），以满足快速隔离站内故障和至龙门换流站故障线路的需求。
为避免±800kV线路交叉，直流出线由西向东分别为“昆北极1、昆北极2、龙门极2、龙门极1”，如图2.56所示。
图2.56 柳北换流站直流出线配置
6.启动回路
启动回路设置在柔直变压器网侧，启动电阻与交流断路器并联后，一端接至500kV配电装置，另一端与柔直变压器网侧套管相连。
7.测点要求
柳北换流站测点的特点如下：
1）极1和极2的测点对称。
2）高端阀组和低端阀组的测点对称。
性能要求如下：直流侧电压、直流侧电流、桥臂电流、阀侧电流采样频率不低于50kHz、额定范围内测量精度不低于0.2 P。其他测量点采样频率不低于10kHz、额定范围内测量精度不低于0.2P。预充电回路电流测点精度不低于2A。
直流电压和直流电流测量精度见表2.18、表2.19。
表2.18 柳北换流站直流电流测量精度要求
表2.19 柳北换流站直流电压测量精度要求
2.7.3 龙门换流站电气主接线
1.建设规模
龙门换流站建设规模见表2.20。
表2.20 龙门换流站建设规模
2.交流侧接线
（1）500kV电气接线
龙门换流站500kV交流出线本期6回，柔直变压器进线4回，500kV自耦变压器。根据上述配串原则，本站500kV配电装置，本期建成4个完整串、4个不完整串。交流500kV配电装置采用户内GIS布置、1个半断路器接线。
（2）220kV电气接线
本期无建设内容。
（3）500kV自耦变压器及35kV配电装置接线
500kV自耦变压器本期暂不建设。
35kV不带地方负荷，仅接无功补偿装置，无功补偿以每台自耦变压器平衡为原则。每台自耦变压器低压侧最终带3组并联电容器组和2组并联电抗器组，按自动投切设计。35kV每个回路故障，局部地切除部分无功补偿设备，对500kV及220kV系统影响不大；故要求35kV的接线清晰、简单。
35kV配电装置推荐采用单母线单元接线，每台自耦变压器单独设置35kV母线，设总断路器，不设母线联络开关。
3.换流阀接线
在直流系统采用对称双极接线方案的前提下，柔性直流换流器单元接线主要有单阀组和高低阀组串联两种方式。
若采用单阀组接线，柔直变压器容量约为960MV·A，厂家初步提供的运输尺寸约长15.5m ×宽3.95m ×高5.5m，运输重量约580t，设备运输困难；容量的增加，柔直变压器漏磁控制和局部过热是设计制造的难点。所以对于单阀组接线的柔直变压器需要考虑2台并联，柔直变压器的数量与高低阀组的相同，但阀侧电压约为高低阀组的2倍。此外，柔直变压器阀侧相间、阀桥臂间绝缘水平将提高，设备间布置间距将加大。由于送端为双12脉动接线形式的常规直流，龙门换流站采用单阀组接线与送端接线形式不匹配，若龙门换流站单个阀组故障，将损失1/2容量。若采用高低阀组接线，柔直变压器容量约为480MV·A，相对单阀组接线，运输尺寸小，设备重量轻，公路运输可行；同时接线方式与送端相匹配，运行方式比较灵活。
综合考虑，本工程采用双极配置，每极2个阀组串联接线，2个阀组串联电压按（400+400）kV分配的换流器接线方式。为减少单个阀组故障引起直流系统单极停运的概率，提高直流系统的可用率，同时减少对交流系统的冲击，每个阀组直流侧按装设旁路开关考虑。
4.柔直变压器接线
结合乌东德工程柔直变压器容量和电压等级，全站共设置12台480MV·A单相双绕组柔直变压器，备用柔直变压器暂按2台考虑。由于直流系统采用对称双极的接线方式，直流中性点电压钳位在接地极实现，无须在柔直变压器阀侧设置接地点。综合考虑降低变压器的制造难度，推荐采用YNy联结。每个换流器单元3台柔直变压器的网侧套管在网侧接成Y0联结与交流系统直接相连，阀侧套管在阀侧接成Y联结，与换流阀的三相分别连接。
5.直流场接线
参见2.7.2节。
6.启动回路
参见2.7.2节。
7.测点要求
参见2.7.2节。
2.7.4 直流线路测量系统布置及性能要求
乌东德工程为特高压多端系统，在柳北换流站设置直流汇流母线区，需要配置直流线路测量系统，测点布置如图2.57所示。
图2.57中，加粗部分为除站内测点外，线路新增测点。
IdL_YN_os性能要求：采样频率不低于10kHz、采样精度不低于0.2 P。
UdL_BUS、IdL_YN_os、UdL_GD_os性能要求：采样频率不低于10kHz、采样精度不低于0.2P。
UdL_GD_other：采样频率不低于10kHz、采样精度不低于0.2 P。
图2.57 柳北换流站直流线路测量系统布置