特高压直流系统运行方式详解

直流输电工程的运行方式是指在运行中可供运行人员选择的稳态运行状态，包括直流侧接线方式、直流功率输送方向、全/降压运行方式以及直流系统的控制方式等。特高压直流输电系统采用双极两端中性点接地方式，每极采用两个12脉动换流器串联（400+400kV）的接线方式。由于每一个12脉动换流器两端并接有旁路断路器以及隔离开关，如图15-9所示，可操作投入或者短路该12脉动换流器，从而使每极既可以选择双12脉动800kV运行方式，也可以通过短路一组12脉动换流器选择以单12脉动400kV的方式运行。因此，与传统500kV直流输电系统接线方式相比，±800kV特高压直流输电系统有1/2双极运行、3/4双极运行和1/2单极运行等特殊的“半极”接线运行方式，运行方式更为灵活多变，可根据实际情况进行选择。

图15-9　双极两端中性点接地方式

±800kV特高压直流输电工程可选择的运行方式很多，根据接线方式的不同，总体上可分为双极运行方式和单极运行方式。

15.2.2.1　双极运行方式

1）完整双极运行方式

完整双极运行方式是双极直流工程最基本的运行方式，运行时双极的每极两个12脉动换流器全部投入运行，如图15-10所示。完整的双极回路可以看成是两个独立的单极大地回路，正负两极在大地回路中的电流方向相反，接地极上的电流为两极电流之差值。双极对称运行时，接地极中仅有少量不平衡电流流过，对称运行时接地极腐蚀最慢，有利于延长接地极寿命。

图15-10　完整双极运行方式

2）1/2双极运行方式

1/2双极运行方式相当于每极都以400kV电压运行，每极只需投入一组12脉动换流器。整流站、逆变站通过每个12脉动换流器两端并接的旁路断路器以及隔离开关相应的操作来选择每极要投入和被短路的换流器。当一极两换流站都投入高端换流器而短路低端换流器运行，或者都投入低端换流器而短路高端换流器运行，这种方式称为对称运行方式；相对的，两站投入不同端换流器的方式称为交叉运行方式。因此，在本方式下整逆两站的两极可分别选择对称运行方式和交叉运行方式，共有多达16种运行方式。

3）3/4双极运行方式

3/4双极运行方式下一极以800kV电压运行，另一极的两个换流站选择对称或者交叉方式以400kV电压运行。完整双极运行时，当整流站或者逆变站的一个12脉动换流器故障时，可通过旁路断路器和隔离开关的配合操作在线切换至3/4双极运行方式，而无须停运整个直流系统，从而提高了能量的可用率。当系统以3/4双极方式运行时，可设定两极的运行电流相同，从而减少流过接地极的电流，延长接地极的寿命。

15.2.2.2　单极运行方式

1）完整单极运行方式

完整单极运行时，利用大地作返回线，输电线路只有一根导线，这种运行方式称为单极大地回线运行方式，如图15-11所示。由于该运行方式下接地极长期有较大的直流电流通过，将引起接地极附近地下金属设施的电化学腐蚀，并使附近电站中性点接地变压器直流偏磁增加而造成变压器磁饱和等问题。因此，单极大地回线运行方式主要应用在直流系统建设初期，主要作为双极尚未完全建成而需要输送功率时的过渡，在双极完全建成后一般不采用此种运行方式。

图15-11　单极大地运行方式(www.xing528.com)

完整单极运行时，让另一极的输电线路作为金属回线，这种运行方式称为单极金属回线运行方式，如图15-12所示。由于避免了地线流过大量电流，解决了大地回路带来的接地极附近地下金属设施的电化学腐蚀、中性点接地变压器直流偏磁增加而造成变压器磁饱和等问题，因此在单极故障时一般采取这种运行方式。

图15-12　单极金属回线运行方式

2）1/2单极运行方式

1/2单极方式运行时单极只投运一组12脉动换流器，换流器可以选择对称和交叉运行方式，根据回线的不同也分为单极大地回线运行方式和单极金属回线运行方式，不同回线方式下的特点与完整单极运行方式相同。

15.2.2.3　特高压直流融冰运行方式

中国是世界上输电线路覆冰灾害最严重的国家之一，因而输电线路的融冰就成为一个不得不面对的问题。对覆冰输电线路进行融冰，最简单有效的方法是提高覆冰导线的电流密度，通过导线自身的发热将覆冰融化。本节结合特高压直流换流站接线特点，介绍一种典型的特高压直流融冰接线方案。

以目前投入运行的向家坝—上海和锦屏—苏南±800kV特高压直流输电工程为例，工程双极额定功率6400MW或7200MW，额定直流电压±800kV，额定直流电流4000A或4500A，每极阀组采用两个12脉动换流单元串联接线，每个12脉动换流单元设旁路开关回路。特高压直流换流站主接线如图15-10所示。

为满足直流导线融冰的需要，直流线路上输送的电流值应达到6000～8000A，而在常规接线和正常运行方式下，由于受换流阀组额定电流及通流容量的限制，仅利用换流阀组的过负荷能力难以满足覆冰直流线路的融冰需要。特高压直流系统每一个12脉动换流器两端并接有旁路断路器以及隔离开关，因此，可考虑采用两个12脉动阀组并联接线方式，从而在额定情况下将直流线路的输送电流提高到8000A或9000A，满足线路融冰需求。

一种典型的融冰接线方案是，通过操作旁路开关将极1和极2的低压端12脉动阀组退出运行，然后将双极的高压端12脉动阀组并联运行，此时线路上可通过8000A或9000A的融冰电流，而并联运行的两个阀组中均为额定电流4000A或4500A，满足阀组的设计要求。采用该种接线方式后，直流系统相当于单极400kV金属回线运行，但与常规金属回线运行方式不同的是，此时单极为两个12脉动阀组并联运行，其运行时的简化示意图如图15-13所示。

图15-13　特高压直流融冰运行方式

采用双极高压端12脉动阀组并联运行的融冰方式，不需要改变换流器等主要设备的技术参数就能够满足增大覆冰直流线路输送电流的要求（线路额定电流可达8000A或9000A）。该融冰方式下，并联运行的每个阀组的额定电流仍为4000A或4500A，满足换流阀的原始设计条件；串接在两极极线和中性母线平波电抗器的额定运行电流仍为4000A或4500A，未提高平波电抗器的融冰运行要求；另外，极线回路、中性母线回路和金属回路等直流场中所有设备在融冰运行方式下的运行电流也与正常运行时一致。

15.2.2.4　特高压直流系统运行方式特点

1）运行方式的多样性

特高压直流输电系统可选择的运行方式很多，即使考虑最不利的工况，由于采用了电压相等的双12脉动换流器串联的接线方式，同一极中只要存在一个完好的12脉动换流器，系统仍能以合适的运行方式维持输送功率。总的来说，特高压直流输电系统的运行方式有单极和双极运行方式可供选择；涉及运行的某一极时，又有双12脉动和单12脉动两种方式供选择；选择单12脉动运行方式时，又可以以对称方式或交叉方式运行。因此，特高压直流输电可选择的运行方式远远多于超高压直流输电系统，利用不同的接线方式的组合最多可达45种运行方式，实际运行时可根据系统的要求灵活选择，以达到最经济的运行效果。

2）12脉动换流器可在线投退

特高压直流输电的双12脉动换流器串联的接线中，每一个12脉动换流器两端并接有旁路断路器以及隔离开关，通过直流旁路断路器和隔离开关的配合操作可以在线投退该12脉动换流器，因而当发生某些故障时，如完整双极运行方式下，某一个换流器或者换流变压器发生故障，只需在线退出相应的12脉动换流器，将运行方式切换至3/4双极运行方式，直流系统仍能输送大部分功率，从而减少了因故障造成的直流输送功率的损失，对两端交流系统的冲击和影响也较小。