-
滇西北至广东特高压直流输电通道的建设主要为落实国家大气污染防治行动计划，将滇西北水电送至珠三角地区，每年可至少减少珠三角地区煤炭消耗5.2×106t、减少二氧化碳排放量1.9×107 t、减少二氧化硫排放量9 400 t，节能减排效益明显。可有效缓解珠三角地区环境压力，满足珠三角地区用电需要，促进地区经济持续健康发展，提高云南及滇西北水电外送能力，促进南方电网区域内资源优化配置。随着水电开发外送，滇西北输电走廊资源日趋紧张，输电方式选择应注重走廊资源的高效利用，从走廊资源利用及输电经济性考虑，采用先进的±800 kV/5 GW特高压直流输电方式。由于线路经过云南省重覆冰山区，为提高工程在冬季安全运行的可靠性，文章对滇西北至广东特高压直流输电工程送端换流站融冰方案进行技术经济对比分析，提出了技术方案和投资上具有明显优势的直流融冰配置方案，并为后续工程提供参考[1,2,3]。
HTML
-
滇西北至广东特高压直流输电工程需要考虑云南境内交流侧导地线融冰，直流输电线路覆冰20 mm以上冰区直流地线融冰。为此，设计院提出了两个直流融冰的配置方案：
1)方案一，独立融冰配置方案——新松换流站内装设一套融冰装置，满足直流输电线路直流侧地线融冰要求；黄坪变电站内装设一套融冰装置，满足本工程相关交流配套交流线路导地线融冰要求。
2)方案二，兼顾融冰配置方案——新松换流站内装设一套直流融冰装置，兼顾送端换流站交流侧导地线及直流侧地线融冰要求。
-
直流融冰装置的主要技术参数包括输出直流电压、电流，换流变容量、换流变交直流侧电压等。一般情况下在确定了直流融冰电压与电流之后，即可按照直流输电基本原理得出其他参数。
对于交流导线直流融冰而言，由于不涉及融冰导线的串并联，因此只要确定了导线的型号及长度，就可以通过计算导线的最小融冰电流及电阻来确定融冰装置的直流输出电压及直流输出电流。但是对于地线融冰，由于地线所采用的串并联方案不同，融冰电流及地线电阻均有所不同。因此，地线融冰装置需在融冰方案具体确定后，方可确定其融冰装置的输出电压与输出电流。
-
考虑一定裕度后，融冰装置的输出额定电压、输出额定电流及直流输出额定容量如表1所示。
融冰方案 输出电压/kV 输出电流/A 装置容量/MW 直流地线融冰 35 1 400 50 接地极导线融冰 18 1 800 33 交流导线融冰 20 5 000 100 交流地线融冰 35 1 200 42 Table 1.
Ice melting parameter 根据不同融冰范围下的电压电流，结合评审意见及云南电网公司对交流导、地线融冰的要求，并以直流融冰装置输出额定电压取其融冰线路所需的最高额定电压，直流融冰装置输出额定电流取其融冰线路所需最高额定电流为原则，确定直流融冰装置容量[6,7,8]，考虑两个融冰方案，比较结果如表2所示。
融冰方案 输出电压/kV 输出电流/A 装置容量/MW 方案一 新松站：一套融冰装置(直流地线，接地极导线融冰) 35 1 800 63 黄坪变：一套融冰装置(交流导线、交流地线融冰) 35 5 000 175 方案二 新松站：一套融冰装置(直流地线、接地极线路、交流导、地线融冰) 35 5 000 175 Table 2.
Ice melting scheme comparison
2.1 直流融冰装置容量的计算
2.2 直流融冰装置容量的确定
-
依据上表可以较明确的得出两个方案所需融冰装置的不同融冰参数，但由于不同方案融冰范围不同，其对应的设备数量、布置尺寸、布置方案以及对站内系统的影响及运行维护方式均有差别，因此，尚需从技术可行和经济合理性方面进行详细比较才能最终确定推荐方案[9,10]。
-
1)方案一：新松站。
仅考虑直流地线融冰和接地极导线融冰，融冰装置容量63 MW，可采用1台容量72 MVA的三相三绕组变压器作为融冰整流变，其布置占地较小，可在预留场地布置，不需新增用地，如图1所示。
Figure 1. Layout plan(Xinsong station) of project No.1
2)方案一：黄坪变。
在新建工程的围墙内扩建，不需新征地，但是需协调黄坪变2号主变扩建工程建设工期和规模调整，如图2所示。如果本能站内协调建设工期和规模调整，则需考虑征地。
Figure 2. Layout plan(Huangping station) of project No.1
3)方案二：新松站兼顾交流侧导、地线融冰需求，则融冰装置容量增大至175 MW，融冰整流变容量增大至222 MVA。经调研设备厂家，若还按照1台三相三绕组换流变设计，则设备存在漏抗大、抗短路能力差、稳定性差等问题，故融冰换流变需要按2台三相双绕组变压器设计，则场地布置较紧张，尚能在预留场地布置，如图3。但由于外冷设备占地较大，使得其不得不分开布置，其管道布置较复杂，同时外冷风机也挡住了水冷设备间出口，使得检修较为不便，如图3所示。
Figure 3. Layout plan(Xinsong station) of project No.2
-
在谐波对二次系统的影响虽方面，然两方案35 kV侧谐波均超过了3%，超出了国标《电能质量公用电网谐波》(GB/T 14549—2008)对35 kV公用电网电压畸变率3%的限值。但是因3%为公用电网长期运行要求，而直流融冰运行属于应急工程，并且35 kV无出线，谐波折算至500 kV侧后，电压畸变率不超过1%，故不影响新松站和黄坪变的电能质量，可以忽略谐波对二次系统的影响。
在谐波对交流滤波器定值影响方面，方案一和方案二在直流地线和接地极线路融冰时，换流站直流线路是停运的，不考虑对交流滤波器的影响；在交流导、地线融冰时，各设备的电压、电流应力均超出了滇西北交流滤波器的设计定值。根据《高压直流输电系统用并联电容器及交流滤波器电容器》(GB 20994—2007)中规定：电容器每24 h中30 min允许运行电压为1.15倍，每24 h中8 h允许运行电压为1.1倍。而融冰工作时长为大于30 min，小于8 h。故方案一满足国标中规定的允许运行电压；方案二电容器已超出国标中规定的允许运行电压，电容器电压与电容器场强直接相关，其裕度非常小，若采用方案二难以保证电容器设备安全运行。对于电抗器，考虑到融冰的低温环境，各设备的通流能力有一定增加。对于电阻器，其工作时设备的温升为190 K，环境温度对其通流能力的影响较小。故方案一中电抗器和电阻器的电流增加均低于5%，判定在设备通流能力范围内。而方案二中电抗器电流增大为16.2%，电阻器电流增大为17.3%，难以保证设备安全运行。
-
从无功对交流电源的影响角度分析，各方案均未超过站用变容量，因此方案可行。
-
1)方案一。
新松站：结合新松换流站直流地线融冰段长度(1 010.3 km)及融冰方案，完成整个直流地线融冰工作≤(3＋8×6.5＋3)h＝58 h，完成接地极导线融冰时间：(3＋3＋3)h＝9 h。
黄坪变：单回交流导地线融冰：≤22 h考虑到融冰操作技术的发展，地线融冰时间可能会相应减少。
因此，方案一两站可同时进行融冰工作，独立性强。
2)方案二。
在调研过程中发现有覆冰反复发生的情况，特别是本工程线路经过中、重冰区。若考虑同区域内的线路反复结冰，则直流地线融冰时间会大大延长。在这种情况下，需协调融冰工况的先后顺序，并且等待融冰的线路还需长时间承受覆冰。故新松站内的直流融冰装置无法兼顾交流线路的融冰。
-
1)方案一。
新松站：直流地线和接地极导线融冰由超高公司负责运维。
黄坪变：交流导地线融冰由云南电网公司负责运维。
分别装设融冰装置，责任主体清晰，运行维护方便。
2)方案二。
交流导地线融冰由云南电网公司负责运维，直流地线融冰由南网超高公司负责运维。但融冰装置布置于换流站内，存在直流地线融冰与交流导线融冰需要协调进行的问题。在此情况下，运行维护复杂、责任主体错位。
-
新松换流站在设计阶段充分考了换流站孤岛运行的适应性，并进行了相关专题研究，确保孤岛运行方式下的设备安全和系统稳定。在新松～黄坪一回线路正常检修期间，新松～黄坪另一回线路同样可能发生故障，从而被动进入孤岛运行的方式。因此，融冰方案一虽然增加了进入孤岛的概率，但通过合理安排融冰期间运行方式，可以减少设备损坏的可能性。
为应对可能进入孤岛的融冰方式，建议安排融冰期间水电站增开机组，以增加换流站短路电流水平和系统旋转备用容量。这样既便进入孤岛运行，也可以确保孤岛系统稳定运行。
-
在融冰装置技术分析的基础上，从投资造价方面对比分析两个方案。融冰装置工程本体投资由四部分构成：建筑工程费、设备购置费、安装工程费、其他费用。如果涉及扩建工程围墙外征地，还需考虑建设场地征地费用。
本融冰工程造价按下列规程规范及有关文件进行编制：
1)国家能源局2013年发布的《电网工程建设预算编制与计算规定》(2013年版)。
2)电力工程造价与定额管理总站发布的《电力工程造价与定额管理总站关于发布电力工程计价依据营业税改征增值税估价表的通知》(定额〔2016〕45号)。
3)电力工程造价与定额管理总站发布的《关于发布2013版电力建设工程概预算定额2016年度价格水平调整的通知》(定额〔2016〕50号)。
4)电力工程造价与定额总站编《2013版电力建设工程定额估价表—建筑工程》。
5)电力工程造价与定额总站编《2013版电力建设工程定额估价表—电气设备安装工程》。
6)电力工程造价与定额总站编《2013版电力建设工程定额估价表—调试工程》。
通过计算两个方案投资如表3所示。
费用名称 方案一(独立融冰) 方案二(兼顾融冰) 方案投资差异 新松站：1×63 MW 黄坪变：1×175 MW 新松站：1×175 MW 新松站对比 独立融冰与兼顾融冰对比 A B C A-C A＋B-C 建筑工程费 346 380 380 -34 346 设备购置费 2 500 4 725 4 725 -222 5 2 500 安装工程费 32 38 38 -6 32 其他费用 200 356 356 -156 200 合计(不征地) 3 078 5 499 5 499 -242 1 3 078 建场征用费 0 130 0 0 130 合计(征地) 3 078 5 629 5 499 -242 1 3 208 Table 3.
Project investment schedule 万元 从表3可以看出，方案一在新松站加装1套容量63 MW融冰装置，其场地征用和换流站一起征用，不单独考虑征地费，其投资为3 078万元；在黄坪变加装1套容量175 MW融冰装置，在各部门能协调扩建工程建设规模及进度的前提下，可在预留场地扩建融冰装置，不需考虑新征用地，无征地费用发生，其投资为5 499万元，反之则需考虑征地其征地费用为130万元。方案二在新松站加装1套容量175 MW融冰装置，无征地费用发生，其投资为5 499万元。在针对新松换流站工程投资上，方案一的新松站融冰装置较方案二少2 421万元；在独立融冰与兼顾融冰方案投资上，方案一两套融冰装置投资共8 577万元，较方案二投资高3 078万元，如方案一考虑征地则比方案二高3 208万元。基于上述技术分析可得，方案一更可靠；投资分析中虽然方案一投资高于方案二，但从技术经济上来看方案的造价是合理可行的。
3.1 场地布置的适应性分析
3.2 直流融冰谐波对换流站内系统影响分析
3.3 直流融冰无功需求对交流电源影响分析
3.4 兼顾交、直流导地线融冰的操作时间分析
3.5 运维方式分析
3.6 孤岛方式分析
3.7 经济性比较分析
-
文章根据新松换流站可研评审意见及线路融冰需求，针对站内直流融冰装置融冰覆盖范围，提出了两种融冰方案，并首次将技术分析与投资造价结合起来，从场地布置的适应性分析、直流融冰谐波对换流站内系统影响分析、直流融冰无功需求对交流电源影响分析、兼顾交直流导地线融冰的操作时间分析、运维方式分析、孤岛方式分析、经济性分析七个方面对融冰方案做了全面完整的技术经济分析。最后得出：虽然方案一(独立融冰配置方案)在换流站和变电站各装一台融冰装置的投资比方案二(兼顾融冰配置方案)的投资高，但是若新松站内直流融冰装置同时兼顾交流导、地线的融冰，会带来设备技术参数、场地布置、融冰时序、运维等一系列的问题，且以往换流站均未采用此方式。故推荐方案一，即新松站装设一套融冰装置负责直流地线，和接地极导线融冰，同时在黄坪变装设一套融冰装置负责交流导线、交流地线融冰。
DownLoad:
