平抗分置：提升经济效益的技术优势

由于制造技术、工艺的限制，特高压直流工程选用的干式平波电抗器单台电抗值不可能做得很大，因此就需要配置多台平波电抗器。例如上述云广工程每极就需要4台平波电抗器，如果把这4台全部布置在直流极线，会大大增加换流站设备布置的难度。显然，平抗分置有利于降低换流站电气布置的难度，但更为重要的是平抗分置方式在特高压直流输电工程中有明显的经济技术优势。

一方面，由于特高压直流系统电压等级高，位于直流极线的平波电抗器的绝缘水平要求很高，制造难度与成本相当高。如果采用平抗分置方式，由于中性母线电压很低，绝缘要求就低得多，这部分平波电抗器的制造难度和成本会显著降低。另一方面，平抗分置方式可以显著降低换流站多个位置，特别是上12脉动换流单元各点的最大持续运行电压，故相关避雷器的参考电压、保护水平，相关设备的绝缘水平均可以得到不同程度的降低。这两方面因素都有利于降低换流站各设备（包括避雷器）的制造难度与成本，减少投资，具有很高的经济技术效益。

下面以特高压直流输电系统的一极为例，来详细讨论平抗分置方式的优点。

特高压直流单极系统的简化等效图如图18-5所示。其中，整流侧是双12脉动换流单元串联结构；平波电抗器一半布置在直流极线，另一半布置在中性母线；将整流侧平波电抗器及直流滤波器出口后的直流线路和逆变侧总体等效成一个阻抗。

图18-5　特高压直流单极系统简化等效图

考虑到每个12脉动换流单元又可以等效成一个电源，该电源既含有直流分量，也含有谐波分量。因此可以将上述单极系统作如图18-6所示的进一步等效，即将每个12脉动换流单元用一个纯直流电压源Ud和一个谐波电压源Uh串联来替代。

图18-6　特高压直流单极系统的进一步等效示意

接着根据电路原理中的叠加定理，对上述等效电路做进一步处理，得到如图18-7所示的等效电路。

图18-7中电路（a）可以由纯直流电压源回路（b）和谐波电压源回路（c）叠加得到。在纯直流电压源的回路（b）中，直流电流不经过直流滤波器，该支路都相当于开路，故只给出了等效阻抗的回路。由于纯直流电流不会在平波电抗器上产生压降，因此电路（b）中上下换流单元中间母线（即图中的“中点”）的电压为纯直流电压Ud。在谐波电压源的回路（c）中，谐波电流只经过直流滤波器，同理只给出了直流滤波器的回路。由于直流滤波器对谐波电流表现出低阻特性，可简化认为对谐波电源短路，故上下12脉动共2Uh的谐波电压完全降在两个平波电抗器上，因此（c）中的“中点”电位为零电位。

图18-7　采用叠加定理后的单极系统等效图(www.xing528.com)

这样，图18-7中电路（a）的“中点”电位即为电路（b）的“中点”电位和电路（c）的“中点”电位的相加，即为Ud，进而直流极线平波电抗器阀侧的电压为2Ud+Uh，在经过极线平波电抗器后的直流线路出口电压为2Ud，在±800kV特高压直流系统中，即为800kV。因此，采用平波电抗器分置后，上下12脉动换流单元中间母线的电压近似为纯直流电压Ud=400kV，阀顶电压为叠加有一个换流单元的电压2Ud+Uh=800kV+Uh。

平波电抗器不采用平抗分置的布置图如图18-8所示，即平波电抗器全部布置在直流极线。下面简要说明不采用平抗分置时，上下12脉动换流单元中间母线的电压及阀顶电压的大小。显然，此时“中点”电压为一个12脉动换流单元电压，即Ud+Uh=400kV+Uh；阀顶电压为两个12脉动换流单元电压之和，即2（Ud+Uh）=800kV+2Uh。

图18-8　平波电抗器不采用平抗分置的布置图

从上面的分析可以看出，采用平波电抗器全部置于极线方式时，双12脉动换流单元中间母线和阀顶的电压分别为400kV+Uh和800kV+2Uh；而采用平抗分置方式时，中间母线和阀顶的电压分别为400kV和800kV+Uh。显然，采用平抗分置方式后，双12脉动换流单元中间母线和阀顶的运行电压都明显降低。由于这两个位置位于上12脉动换流单元的两端，因此整个上12脉动换流单元内部，包括换流变阀侧各点的最大持续运行电压均会得到不同幅度的下降。

图18-9给出了是否采用平抗分置的相关位置波形比较，图例中标号代表该波形测量点在换流站中的位置，相应的位置标号见图18-2中向上工程避雷器布置图。当然在实际系统运行中，双12脉动换流单元中间母线电压总会有谐波，并非纯直流400kV。这主要取决于上下两个12脉动换流单元的对称程度，包括上下换流变的漏抗、触发角、阻尼参数、平波电抗器电抗值等参数的对称度。

图18-9　直流系统各位置的波形比较

当然，采用平抗分置也会有缺点：

（1）平抗分置对上下两个12脉动换流单元的作用是相反的，中性母线上的平波电抗器产生的谐波抬高了下组换流单元底部的运行电压，包括最低电位换流变压器阀侧的运行电压也相应上升。这样相应避雷器保护水平，设备绝缘水平均有所提高，会高于平波电抗器中性母线侧的绝缘水平。当然，由于下组换流单元本身电压等级较低，相关位置绝缘水平的提高不会引起技术上的挑战。

（2）在某些故障工况下，中性母线平波电抗器会抑制通向中性母线避雷器的泄放电流，大部分能量只能通过平抗阀侧的避雷器释放，所以对该避雷器能量要求很高，往往由多柱并联形成高能避雷器。同时，为了避免该平抗阀侧的避雷器释放能量过大而发生爆炸，威胁到其他阀厅设备的安全，应该将其置于阀厅外。

因此，平抗分置带来的缺点均容易克服，不会对直流系统造成不良影响。