天广直流输电工程换流站中新技术的应用
　　余建国¹，杨　明²，罗海云³，钱　海⁴2．中南电力设计院，湖北省武汉市430071；
3．北京四方继保自动化有限公司，北京100085；
4．国电南方公司天生桥超高压局，贵州省兴义市562400）
1　引言　　天广直流输电工程是我国继葛上直流输电工程之后的又一投入商业运行的高压直流工程。它西起天生桥换流站，东至广州换流站，全长960km，额定电压为±500kV，输送容量为1800MW。整个工程的建设和运行管理单位为国电南方公司，设计由中南电力设计院配合西门子公司进行，施工由湖北输变电公司和广西送变电公司完成，并由中国电力科学研究院负责系统研究、调试方案的确定等工作。该工程是“西电东送”跨世纪战略规划的一个重要输电工程，也代表了国际上最先进的高压直流输电技术，因此对工程进行系统的汇总是十分有价值的。

2　工程简介

　　天广直流工程的简图如图1所示。　　两端换流站由交流部分和高压直流组成，并通过直流线路相连。其中，天生桥换流站的220kV交流场为一个半断路器接线，共8串，与高压直流相关的设备主要有交流滤波器／并联电容器组、换流变压器和交流PLC滤波器等。500kV直流场按可以实现单极大地返回、单极金属返回、单极双导线并联运行以及双极运行等四种运行方式进行配置，主要设备有：平波电抗器、复合型光CT／PT、直流滤波器以及直流开关等。阀厅内设备主要有悬挂式四重阀及相应的阀冷却系统。辅助设备包括站用电系统、消防系统、寻呼系统以及监视系统等。

3　工程中运用的新技术及特点

　　天广直流工程代表了高压直流输电技术在20世纪90年代的最新成就，其技术进步主要表现在以下几个方面：
（1）阀制造技术
　　天广工程整个阀组件按无油设计，阻尼电容采用SF₆电容器，阳极电抗器采用干式电抗器，全部采用阻燃性材料。阀冷却回路设计按并联方式考虑，在主水管两端用电极将进出水管短接，保证电位相等。天广工程中所使用的阀片耐压达到了8000V，通流能力达到3000A，相对于葛上工程来说，有了长足的进步。尽管天广工程的输送容量为葛上工程的1．5倍，但是其阀塔的尺寸不但没有增加，反而有所减小。另一方面，葛—上直流工程在进行零功率实验时，因各种原因造成14个晶闸管被击穿；而在天广工程零功率实验、过负荷性能实验以及额定功率运行中，晶闸管阀没有发生损坏的事故。
（2）特高压硅橡胶套管
　　高压直流输电工程来说，自然积污是一个非常大的问题。葛上工程中，每年都要花费大量的人力和物力用于清除污垢。在天广工程里，为了减轻自然积污的影响，配合整个阀厅无油化设计的原则，大量采用了内部充SF₆气体的合成硅树脂套管，绝缘性能较好，外壳的吸污能力和防爆炸强。应当说，这在解决高压直流输电自然积污经验积累方面，是非常有益的。
（3）有源滤波器的使用
　　有源直流滤波器技术先进、设备投资小、滤波效果好。天广直流工程中采用了有源直流滤波器。每端换流站按三组直流滤波器设计，每极各一组，另一组作为两极的公共备用。采用无源滤波器时，滤波效果一般只能达到中等标准（最大等值干扰电流限制在300～1000mA），天广直流工程在采用有源直流滤波器后，通过系统调试发现双极最大等值干扰电流基本都小于300mA，达到了高标准要求。
（4）复合型光CT／PT的应用
　　目前绝大多数的变电站，一次电流、电压值或其他参数都通过基于电磁感应原理的CT、PT获得，而且这些测量值传送至保护、测量及运动系统是通过连接到每台设备的电缆线来完成的，即所谓的“并行”方式。在天广直流输电工程天生桥换流站采用了一种先进的混合光学直流测量系统，实现了这类传变器件的串行化和小型化。其基本工作原理是：通过高精度电阻器得到的低压电气信号，就地由传感器转换为数字量，再通过复合型光纤传送至控制保护系统。同葛上工程所采用的粗重的常规CT相比，采用复合型光CT／PT有下列优点：
　　1）设备的重量从约4t减至100kg，从根本上实现了一次设备和二次系统之间的电气隔离；
　　2）磁路饱和问题和暂态过程响应问题比较容易解决，性能优异；
3）无负载引起的信号畸变；
　　4）减少了电缆数量，降低了设计工作量和现场安装的工作量。
（5）控制和保护系统
　　控制和保护系统的核心是SIMADYND快速可编程控制器。它同葛－上直流工程中所使用的PHSC系统相比，集成化程度大为提高，实现了完全冗余，并且全面支持现场总线技术。该系统采用了多种新技术，例如共享存储技术，基于DSP的测频锁相技术，微总线技术等，因此各项性能指标非常优异，最快的功能循环可以做到0．5ms，触发精度可以达到0．02°，完全适应变流站内各型控制和保护的需要。该系统的硬件、软件均具备基于标准模块进行灵活配置的能力，针对不同的需要，该系统在换流站内有4种不同的配置：极控制、直流保护、直流滤波器控制和保护、交流滤波器控制和保护，这些应用均比较成功。该系统还设计有多种总线通信接口，如现场总线接口，局域网络接口，双机备用接口等，可以非常方便地应用于自动化系统中和实现冗余设计。另外，该系统的软件界面也比较友好，具备在线修改、程序回读、过程监视、人工置数等功能，便于工程调试和未来的技术改进。该系统的设计思想是值得学习的。
　　（6）基于GPS对时原理的直流线路故障定位仪的应用
　　对于高压直流输电工程来说，线路故障定位是非常重要的，它意味着缩短停运时间，提高系统可用率和大大减少线路维护投入。葛－上直流工程应用的是SEL－LFL，通过检测故障行波的两次反射间的时间差及其极性来判断线路故障点的位置，误差较大，当线路发生故障时，需要全线寻找故障点，费时费力。天广工程应用的直流线路故障定位仪是由Manitoba水电局提供的基于GPS对时原理的行波测距装置。它通过对在两站（包括PLC中继站）接收到的行波波头及其精确的时间关系进行评估以得到故障位置的指示。从多次实际进行的带电线路故障实验的结果来看，在平原地区误差控制在100m之内，在线路悬垂情况较为复杂的山区，则可以达到200m之内，效果非常理想。
　　（7）脉冲反射波原理的接地极线路监视仪的应用
　　葛－上直流工程中，对地极线进行监测采用电流横差的原理，测距存在较大的死区。而本工程中采用的基于脉冲反射波原理的接地极线路监视仪PE－MO2000是西门子公司研究出来的一种新型装置，它由故障记录器、脉冲发生器、接收装置和电子分析仪组成。当地极线出现如开路、接地等故障时，在故障点将对PEMO2000发出的高频信号产生反射波，可调耦合单元AKE100－A5接收回波并通过高频电缆把信号传送至PEMO2000装置，同时，GPS将给回波信号签上时标。通过对脉冲回波行进时间的分析就能够提供有关故障地点的信息。PEMO2000采用多种脉冲输出的方法进行测量，因此，即使发生了雷击或换流器故障等暂态过程时，也不会误动。在多次系统带电实验中，PEMO2000测距误差在200m内，显示出非常优异的性能。

4　换流站中存在的问题

　　由上面的介绍可以看出，在天广工程中，运用了大量的新技术，整个工程代表了国际上高压直流输电的最新成就。但同时也应当看到，本工程中也存在一些问题。例如，硅橡胶的粘接工艺出现的裂纹比较多，这说明硅橡胶绝缘套管在制造工艺上，还有进一步提高的必要；光CT／PT在现场曾经出现由于变换头连接不好而出现差动保护误动作的现象，这说明，该类型器件在工程设计中还没有象常规器件那样形成反措，还需要进一步加强安全性考虑；有源直流滤波器的有源部分抗暂态性能较差，在运行中有突然退出的现象，也需要进一步完善。
　　另外，在本工程中交流保护同变电站层的接口采用开关量传递方式，信息不完整，且不具备远方设定、监查条件，这直接影响到了整个系统的自动化水平。该系统在站级总线上采用了西门子独有的SINEC规约，开放性较差，对未来进行进一步的信息处理十分不利。
　　建设和运行管理单位对于上述问题给于充分的重视，已经开始在后继的高压直流输电工程中着手解决。

5　结语

　　天广直流工程基本具备一个现代化直流输电工程的特点，尤其是在提高一次设备的可靠性和光PT／CT的运用方面使用了多项新技术。它的投运成功，说明我国在超高压直流输电项目的建设和运行方面已经达到了世界先进的水平，而进一步对天广工程所运用的新技术及其中存在的问题进行深入的研究和分析，有利对于进一步提高该项目的维护和运行水平。
　　迅速提高我国超高压直流输电设备的制造水平是当务之急。研究天广工程的特点和不足，也可以为我国超高压直流输电制造技术的国产化，提供一些有益的参考。

参考文献：

［1］　PengBaoshu，RaoHong，YuJianguo，etal．DesignandrealizationofTian－GuangHVDCproject［C］．2001InternationalP[1][2]下一页