奉賢換流站是向家壩-上海±800kV特高壓直流輸電工程的受端換流站，位于上海奉賢區(qū)境內(nèi)，站址總用地面積17.48hm²，圍墻內(nèi)用地面積15.06hm²。奉賢換流站容量為6400MW，直流額定電壓為±800kV；每極兩個(gè)12脈沖閥組串聯(lián)接線方式；換流變壓器(單相雙繞組)28臺(tái)(4臺(tái)備用)，每臺(tái)容量297.1MVA；交流濾波器4大組，15小組，總?cè)萘?746Mvar。1回±800kV高壓直流輸電線路，1回接地極線路。交流出線本期3回，遠(yuǎn)景4回。

1．主接線方式的選取

直流換流站主接線的設(shè)計(jì)主要包括直流側(cè)主接線和交流側(cè)主接線兩方面。

奉賢換流站直流側(cè)主接線采用（400 +400）kV 換流器的接線方法，如圖1所示。12 脈動(dòng)換流器每一極的兩端的電壓相同，直流旁路斷路器接在12 脈動(dòng)換流器的兩端，這樣就可以操作直流旁路斷路器決定該12 脈動(dòng)換流器投入或者推出。所以，該運(yùn)行方式靈活性好，在實(shí)際情況下可靈活運(yùn)用。

當(dāng)正送和反送功率傳輸時(shí)，直流輸電系統(tǒng)按如下過(guò)程運(yùn)行:

1）雙極運(yùn)行方式。

2）半雙極運(yùn)行方式。

3）單極大地返回運(yùn)行方式。

4）半單極大地返回運(yùn)行方式。

5）單極金屬回路運(yùn)行方式。

6）半單極金屬回路運(yùn)行方式。

7）3/4 雙極運(yùn)行方式。

圖1 直流側(cè)電氣主接線示意圖

平波電抗器采用2 臺(tái)串連的型式，分別配置在直流極線和中性線母線上，降低了平波電抗器的制造難度。每一個(gè)12 脈動(dòng)換流器兩端并接有旁路斷路器以及隔離開關(guān)，用于旁路或者投入此12 脈動(dòng)換流器。換流變壓器的型式為單相雙繞組。

由于直流系統(tǒng)電壓從±500 kV 提高到了±800kV，特高壓直流輸電工程換流器接線從傳統(tǒng)的單12脈動(dòng)換流器改為采用雙12 脈動(dòng)換流器結(jié)構(gòu)。采用雙12 脈動(dòng)換流器結(jié)構(gòu)，使主回路有更多的運(yùn)行方式，提高了整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的靈活性和可用率。

針對(duì)雙12 脈動(dòng)的特點(diǎn)，在直流側(cè)接線中，增加了旁路斷路器和隔離開關(guān)。通過(guò)旁路斷路器和隔離開關(guān)的配合控制，可以完成單12 脈動(dòng)換流器的正常起停控制和故障情況下的換流器退出操作，以實(shí)現(xiàn)上述7 種不同運(yùn)行方式。

奉賢站交流側(cè)主接線則采用常規(guī)的3/2斷路器接線方式，這種接線方式的優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)行的可靠性和靈活性很高，在檢修回路斷路器或母線時(shí)省去了使用隔離開關(guān)實(shí)現(xiàn)的很多倒閘操作，使得操作十分便捷。并且，調(diào)度和擴(kuò)建也很方便。

但不足的地方是與單斷路器雙母線相比，設(shè)備投資和斷路器維修量都有所增加；并且一條回路故障有二臺(tái)斷路器要跳開，聯(lián)絡(luò)斷路器故障會(huì)造成相連兩條回路的短時(shí)停電；再有，為了便于回路的交叉配置，要求電源數(shù)和出線數(shù)最好相等；還有這種接線的繼電保護(hù)裝置也比其他接線要復(fù)雜得多。交流側(cè)主接線參見圖2。

2．直流側(cè)主要部分及其功能

2.1換流變壓器

換流變壓器是接在換流閥與交流系統(tǒng)兩端的變壓器。通過(guò)使用換流變壓器連接交流母線與換流閥，使得換流閥包含中性點(diǎn)不接地的三相換相電壓。換流單元的主體部分包括換流變壓器和換流閥。

換流變壓器在直流輸電系統(tǒng)中有以下幾個(gè)作用：①輸送電能；②將交流側(cè)工作電壓變換成換流器的換相電壓；③根據(jù)變壓器繞組的接法不同，為實(shí)現(xiàn)十二脈動(dòng)換流，應(yīng)為兩個(gè)串聯(lián)的換流器提供幅值相同、相位差為30°的三相對(duì)稱的換相電壓；④應(yīng)在交直流兩部分之間加入絕緣物質(zhì)而實(shí)現(xiàn)二者的絕緣隔離，以免兩部分中性點(diǎn)接地造成直接短路，使得無(wú)法實(shí)現(xiàn)換相功能；⑤換流變壓器的漏感抗可以限制故障電流；⑥可以緩沖和抑制通過(guò)交流系統(tǒng)進(jìn)入到換流站的雷電沖擊過(guò)電壓波。

圖2 交流側(cè)主接線圖

換流變壓器的正常運(yùn)行和換流器換相之間存在非線性關(guān)系，它在諧波抑制、絕緣隔離、漏抗、有載調(diào)壓、直流偏磁和試驗(yàn)等方面的特點(diǎn)和要求與普通變壓器是不同的。

2.2晶閘管換流閥

可控硅晶閘管換流閥是直流輸電工程的“心臟”，實(shí)現(xiàn)交流和直流的變換。可控硅閥安裝于室內(nèi)，采用空氣絕緣和水冷卻。

按照觸發(fā)原理的不同可分為ETT換流器和LTT換流器。

ETT換流器是由電觸發(fā)晶閘管ETT組成的換流單元，其工作原理是將閥控系統(tǒng)來(lái)的觸發(fā)信號(hào)轉(zhuǎn)化為光信號(hào)，由光纜將光信號(hào)傳送到每個(gè)晶閘管級(jí)，在門極控制單元把光信號(hào)再次轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)放大后觸發(fā)晶閘管元件。

LTT換流器是由光觸發(fā)晶閘管LTT組成的換流單元，光觸發(fā)晶閘管工作原理是在晶閘管門極區(qū)周圍，有一個(gè)小光敏區(qū)，當(dāng)一定波長(zhǎng)的光被光敏區(qū)吸收后，在硅片的耗盡層內(nèi)吸收光能而產(chǎn)生電子空穴對(duì)，形成注入電流使晶閘管元件觸發(fā)。這種觸發(fā)方式與電觸發(fā)方式相比，省去了控制單元的光電轉(zhuǎn)換、放大環(huán)節(jié)及電源回路，簡(jiǎn)化了閥的輔助元件，改善了閥的觸發(fā)特性，提高了閥的可靠性。

奉賢換流站采用的是6英寸、8.5kV、4kA的大功率電觸發(fā)晶閘管原件。每極閥廳包括高端和低端各一個(gè)，高、低端閥廳分別懸吊六個(gè)雙重閥塔，每個(gè)雙重閥塔有兩個(gè)單閥組成；每個(gè)單閥包含兩個(gè)閥層，每個(gè)閥層有4個(gè)可控硅組件和4個(gè)電抗器組件，每個(gè)單閥共有8個(gè)可控硅組件和8個(gè)電抗器，每個(gè)單閥并聯(lián)一個(gè)閥避雷器；每個(gè)可控硅組件由七個(gè)可控硅元件及其并聯(lián)的均壓電阻、電容串聯(lián)而成，每個(gè)可控硅位于兩個(gè)鋁制散熱器之間，7個(gè)可控硅和8個(gè)鋁制散熱器被壓力達(dá)190kN的夾緊件壓在一起；全站共有48個(gè)單閥，每個(gè)單閥共有56個(gè)可控硅（包括2個(gè)冗余可控硅），雙極總計(jì)可控硅數(shù)目為2688只。

2.3直流開關(guān)場(chǎng)的優(yōu)化

傳統(tǒng)的直流典型接線輸電工程中，為滿足檢修要求和保證直流主接線的基本運(yùn)行，直流開關(guān)場(chǎng)按極對(duì)稱原理裝設(shè)了直流濾波器、直流隔離開關(guān)、直流電壓測(cè)量裝置、直流電流測(cè)量裝置、直流PLC 濾波裝置、過(guò)電壓保護(hù)裝置、中性點(diǎn)設(shè)備、中性母線高速開關(guān)裝置、平波電抗器、金屬回路轉(zhuǎn)換開關(guān)裝置、中性母線高速接地開關(guān)裝置及大地回路轉(zhuǎn)換開關(guān)裝置等，特高壓直流系統(tǒng)也需要裝配上述裝置。以上設(shè)備的基本功能如下：

1）平波電抗器的主要作用是減小換流閥產(chǎn)生的輸出紋波電壓、防止逆變器不能實(shí)現(xiàn)換相、直流系統(tǒng)小電流運(yùn)行時(shí)保證電流的連續(xù)性、直流故障時(shí)抑制電流快速突變、防止通過(guò)換流閥的放電電流流過(guò)換流站直流側(cè)容性設(shè)備和線路中電容、減少雷電波從直流線路侵入到換流站后對(duì)換流閥的損害、減小損壞元件的可能性等作用，通過(guò)與直流濾波器的密切配合，減少系統(tǒng)諧波的產(chǎn)生，避免干擾到附近的通信線路。

2）直流極線上串聯(lián)接在直流PLC，可以濾除該頻段的諧波和電流分量，避免直流線路干擾到附近的線路。

3）直流極線與中性母線之間并聯(lián)一個(gè)直流濾波器，其主要作用為了濾除直流側(cè)的諧波，從而降低架空線路對(duì)附近通訊線路的負(fù)面影響。

4）中性母線電容器、直流側(cè)避雷器及閥組避雷器構(gòu)成了過(guò)電壓保護(hù)裝置。

直流側(cè)測(cè)量裝置包括直流濾波器組、直流極線和中性線，用以設(shè)置電流互感器和電壓互感器的參數(shù)，從而為直流控制保護(hù)系統(tǒng)的有效測(cè)量提供合理的輸入。

3.交流側(cè)主要部分及其功能

3.1GIS

奉賢換流站500kV交流側(cè)主接線采用3/2斷路器接線方式，其交流場(chǎng)內(nèi)采用的是戶內(nèi)GIS方案。GIS即為SF₆封閉式組合電器，它將變電所中，除了變壓器的一次設(shè)備包括油斷路器、電流互感器、電壓互感器、母線、進(jìn)出線套管接器接地開關(guān)、電纜終端和隔離開關(guān)等，經(jīng)過(guò)合理的設(shè)計(jì)組合為一個(gè)有機(jī)的整體，并封裝在金屬封閉外殼內(nèi)，與出線套管、電纜連接裝置、匯控柜等共同組成，充以一定壓力的SF₆氣體作為滅弧和絕緣介質(zhì)的高壓成套配電裝置。GIS結(jié)構(gòu)參見圖3。

圖3 GIS結(jié)構(gòu)圖

GIS具有結(jié)構(gòu)小型化、可靠性高、安全性好、杜絕了對(duì)外部的不良影響、安裝周期短、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。

3.2交流濾波器

奉賢換流站交流濾波器共分4大組（15小組），分別接在交流場(chǎng)第1、2、3、4串上。第一大組分3小組交流濾波器或并聯(lián)電容器，其他每大組分4小組交流濾波器或并聯(lián)電容器。全站共有8組HP12/24型交流濾波器；6組帶阻尼電抗器的并聯(lián)電容器（SCD），1組不帶阻尼電抗器的并聯(lián)電容器（SC）。直流濾波器共2組，每條800kV極母線上各接有一組2/12/24的的三調(diào)諧直流濾波器。

奉賢換流站是我國(guó)為實(shí)現(xiàn)西電東送的重大特高壓直流工程建設(shè)項(xiàng)目。從四川復(fù)龍換流站到南匯和奉賢交界處的邵廠鎮(zhèn)上海奉賢換流站，向家壩-上海±800kV特高壓直流輸電工程綿延1900km。上海奉賢作為受端換流站，同時(shí)創(chuàng)下18項(xiàng)電力工業(yè)技術(shù)的世界紀(jì)錄，把主要集中在金沙江、大渡河、雅礱江三江流域的四川豐富的水電資源，同中國(guó)經(jīng)濟(jì)最發(fā)達(dá)地區(qū)之一的上海聯(lián)結(jié)在一起。

該項(xiàng)工程每年可輸送電量給上海約305億kW·h，可以替代600多萬(wàn)千瓦燃煤火電機(jī)組、約1500萬(wàn)t煤炭，每年可減少二氧化碳2500萬(wàn)t、二氧化硫排放20萬(wàn)t，氮氧化物4萬(wàn)t，減少1500萬(wàn)噸煤炭運(yùn)輸。向家壩－上海±800kV特高壓直流輸電示范工程是解決上海能源問(wèn)題的重中之重，具有十分重要的意義。

（本文選編自《電氣技術(shù)》，作者為岳麗霖、連美霞。）