牛从直流输电系统中性母线三种电气连接方案优越性浅析

李本毓

摘要：文章以牛从直流输电系统为例，对两回直流线路同塔架设、换流阀组同址建设直流输电系统的中性母线三种接线方案进行了运行性能和经济性的对比分析，最后得出了较优方案，为系统设计提供选择。

关键词：中性母线；基本接线方式；跨联接线方式；环形接线方式

中图分类号：TM721 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）08-0128-03

溪洛渡右岸电站送电广东±500kV同塔双回直流输电工程（以下简称牛从直流输电系统），是国内第一个两回直流线路同塔架设、换流阀组同址建设的直流输电工程，本文在常规换流站直流场电气接线基础上，结合牛从直流输电系统两回直流合建、各侧共用接地极的特点，针对中性母线的电气连接提出了基本直流接线方案、环形接线方案以及跨联接线方案三种接线方案，本文通过对三种接线方案的技术性、经济性进行比较，提出最优方案，并对最优接线方案的前景进行展望。

1 中性母线三种电气连接方案

牛从直流输电系统送受两端换流站均采用共用接地极方案，换流站内的4个阀组布置紧凑，因此，通过直流开关可以实现4个阀组中性母线与高压极母线之间的灵活连接，可以提高高压直流输电系统的可靠性与灵活性。下面对三种接线方案进行阐述。

1.1 基本接线方案

基本接线方案就是按照常规换流站那样，各回直流采用独立的中性母线接线方式，各回直流中性母线间无任何电气连接，运行方式上互不影响。

1.2 环形接线方案

如图1所示，环形接线方案对于单极金属回线方式，每回直流极线将分别通过一组高压隔离开关与中性母线网络连接。任意两个极性相反的换流阀组均可以组成一个完整双极对运行，例如“PosP1”与“NegP1”（或“PosP2”与“NegP2”）。

为了确保各个直流开关在任意组合状态下，所有的换流阀组低压端都可以实现快速的接地操作，应在每个换流阀组低压端装设1只高速接地开关。当某一双极因故障进入单极大地回线运行，另一双极正常运行时，应在站内通过快速直流开关实现两回直流接地极线路的隔离，以保证健全双极中性母线的零电压。

1.3 跨联接线方案

跨联接线方案如图2所示。该方案每个双极都有一个独立的典型中性母线接线网络。但是，两个双极的接地极线路在换流站内通过一个大地回线转换开关连接。在两回直流都处于双极平衡运行的正常工作方式下，这个大地回线转换开关处于断开状态。跨联接线方案将两回直流的接地极线路在站内终端通过大地回线转换开关互联，提高同塔双回直流输电系统在极端故障情况下的运行可靠性，即两回双极中不同极性的单极同时不可用时，健全的两个单极可以组成一个完整双极平衡运行。两极之间的电流直接通过跨联的大地回线转换开关联通，电流通路避免了在2×147km接地极引线的迂回，既减少了接地引线上的电流损耗，也减少了故障的几率。

2 三种方案比较分析

三种接线方案在实际运行中，各有优缺点，下面分别从运行性能和经济性对中性母线的三种接线方式进行比较分析。

2.1 三种接线方式运行性能比较分析

牛从直流输电系统采用的是两回直流合建，在送受两端两回直流分别共用接地极，每回直流拥有相互独立的接地极线路。考虑降压运行情况，经统计后，牛从直流对称运行方式与不对称运行方式共有61种运行方式。本文主要考虑以下六种特殊情况下的运行方式：

2.1.1 两回四个极正常运行时，三种接线方式都能

满足。

2.1.2 一回正极（或负极）中性母线开关故障断开，另一回双极正常运行，不损失其中任何一个极的功率。环形接线能满足。

2.1.3 一回正极（或负极）中性母线开关故障断开，另一回负极（或正极）中性母线开关故障断开，不损失任何一个极的功率。环形接线能满足。

2.1.4 一回正极（或负极）停电，另一回负极（或正极）停电。三种接线方式都能满足。

2.1.5 一回接地极线路故障，不损失任何一极的功率。环形接线，跨联接线能满足。

2.1.6 两回接地极线路故障，异极性的两极分别以各回的另一极线路形成金属回线运行。三种接线方式都能满足。

综上所述，在中性母线开关故障的情况下，环形接线方案具有更好的优越性，在接地极线路故障时，环形接线、跨联接线方案具有更强的优越性。

2.2 三种方案经济性比较

从表1中可以看出：环形接线方案需增加3810万元，跨联接线方案是在基本直流接线方案基础上增加了一个大地回线转换开关，增加投资1070万元的投资。

据相关统计资料，近年来国内和国外远距离大容量高压直流输电工程的相关可靠性统计指标进行综合统计分析显示，直流输电线路依然是影响直流输电工程可靠性的薄弱环节，接地极线路作为直流输电线路的一部分，起着至关重要的作用。下面进一步对其中一回接地极线路故障后采用另一回的接地极线路输送能量时产生的经济效益以及双回直流异极性故障，健全的两个单极组成一个完整双极平衡运行产生的经济效益分析进行比较。

假设每度电单价为0.5元，牛从直流输电系统的单极容量为1600MW，利用单极金属回线传输功率时的损耗为5%。

跨联接线方案和环形接线方案可以实现这种特殊运行方式的运行，那么，当某回接地极线路故障，需要利用另一回接地极线路运行，采用跨联接线方案时，只需要运行12.73个小时就可以获得1070万元的经济效益，即收回跨联接线的投资金额；当采用环形接线方式时，只需要运行45.36个小时可以获得3810万元的经济效益，即收回环形接线的投资金额。

3 结语

综合来看，环形接线方案相对于跨联接线方案而言，仅在某极中性母线开关故障断开时确保不丢失其功率的情况更优越，使用环形接线方案使得直流中性母线接线具有更高的可靠性与灵活性。但就实际运行情况而言，中性母线开关故障引起极闭锁导致丢失功率的情况较少，采用环形接线方案需增加投资3810万元，经济效益不明显。建议不采用此方案。

跨联接线方案是在基本直流接线方案基础上，将两回直流的接地极线路在站内终端通过隔离开关互联，实现了两回直流异极性故障，健全的两个单极可以组成一个完整双极平衡运行，并且在一回接地极线路故障时，通过此隔离开关利用另一回的接地极线路恢复运行，增加的经济效益非常可观，而跨联接线方案仅仅只增加两回双极中不同极性的单极组成完整双极运行工况所对应的控制保护策略和需增加设备投资仅为1070万元，实现较简单方便，建议采用跨联接线方案。

参考文献

[1]周德才.溪洛渡右岸电站送电广东±500kV同塔双回直流输电工程电气主接线研究报告[R].西南电力设计院，2009.

[2]邹强.洛渡右岸电站送电广东±500kV同塔双回直流输电工程控制保护设计规范[S].南京南瑞继保电气有限公司，2009.

[3]张禄琦，等.高压直流输电工程可靠性指标统计分析[J].电力系统自动化，2007，（19）.

（责任编辑：黄银芳）