奉賢換流站是向家壩-上海±800kV特高壓直流輸電工程的受端換流站，位于上海奉賢區(qū)境內(nèi)，站址總用地面積17.48hm²，圍墻內(nèi)用地面積15.06hm²。奉賢換流站容量為6400MW，直流額定電壓為±800kV；每極兩個12脈沖閥組串聯(lián)接線方式；換流變壓器(單相雙繞組)28臺(4臺備用)，每臺容量297.1MVA；交流濾波器4大組，15小組，總?cè)萘?746Mvar。1回±800kV高壓直流輸電線路，1回接地極線路。交流出線本期3回，遠景4回。

1．主接線方式的選取

直流換流站主接線的設計主要包括直流側(cè)主接線和交流側(cè)主接線兩方面。

奉賢換流站直流側(cè)主接線采用（400 +400）kV 換流器的接線方法，如圖1所示。12 脈動換流器每一極的兩端的電壓相同，直流旁路斷路器接在12 脈動換流器的兩端，這樣就可以操作直流旁路斷路器決定該12 脈動換流器投入或者推出。所以，該運行方式靈活性好，在實際情況下可靈活運用。

當正送和反送功率傳輸時，直流輸電系統(tǒng)按如下過程運行:

1）雙極運行方式。

2）半雙極運行方式。

3）單極大地返回運行方式。

4）半單極大地返回運行方式。

5）單極金屬回路運行方式。

6）半單極金屬回路運行方式。

7）3/4 雙極運行方式。

圖1 直流側(cè)電氣主接線示意圖

平波電抗器采用2 臺串連的型式，分別配置在直流極線和中性線母線上，降低了平波電抗器的制造難度。每一個12 脈動換流器兩端并接有旁路斷路器以及隔離開關，用于旁路或者投入此12 脈動換流器。換流變壓器的型式為單相雙繞組。

由于直流系統(tǒng)電壓從±500 kV 提高到了±800kV，特高壓直流輸電工程換流器接線從傳統(tǒng)的單12脈動換流器改為采用雙12 脈動換流器結構。采用雙12 脈動換流器結構，使主回路有更多的運行方式，提高了整個系統(tǒng)運行的靈活性和可用率。

針對雙12 脈動的特點，在直流側(cè)接線中，增加了旁路斷路器和隔離開關。通過旁路斷路器和隔離開關的配合控制，可以完成單12 脈動換流器的正常起?？刂坪凸收锨闆r下的換流器退出操作，以實現(xiàn)上述7 種不同運行方式。

奉賢站交流側(cè)主接線則采用常規(guī)的3/2斷路器接線方式，這種接線方式的優(yōu)點是運行的可靠性和靈活性很高，在檢修回路斷路器或母線時省去了使用隔離開關實現(xiàn)的很多倒閘操作，使得操作十分便捷。并且，調(diào)度和擴建也很方便。

但不足的地方是與單斷路器雙母線相比，設備投資和斷路器維修量都有所增加；并且一條回路故障有二臺斷路器要跳開，聯(lián)絡斷路器故障會造成相連兩條回路的短時停電；再有，為了便于回路的交叉配置，要求電源數(shù)和出線數(shù)最好相等；還有這種接線的繼電保護裝置也比其他接線要復雜得多。交流側(cè)主接線參見圖2。

2．直流側(cè)主要部分及其功能

2.1換流變壓器

換流變壓器是接在換流閥與交流系統(tǒng)兩端的變壓器。通過使用換流變壓器連接交流母線與換流閥，使得換流閥包含中性點不接地的三相換相電壓。換流單元的主體部分包括換流變壓器和換流閥。

換流變壓器在直流輸電系統(tǒng)中有以下幾個作用：①輸送電能；②將交流側(cè)工作電壓變換成換流器的換相電壓；③根據(jù)變壓器繞組的接法不同，為實現(xiàn)十二脈動換流，應為兩個串聯(lián)的換流器提供幅值相同、相位差為30°的三相對稱的換相電壓；④應在交直流兩部分之間加入絕緣物質(zhì)而實現(xiàn)二者的絕緣隔離，以免兩部分中性點接地造成直接短路，使得無法實現(xiàn)換相功能；⑤換流變壓器的漏感抗可以限制故障電流；⑥可以緩沖和抑制通過交流系統(tǒng)進入到換流站的雷電沖擊過電壓波。

圖2 交流側(cè)主接線圖

換流變壓器的正常運行和換流器換相之間存在非線性關系，它在諧波抑制、絕緣隔離、漏抗、有載調(diào)壓、直流偏磁和試驗等方面的特點和要求與普通變壓器是不同的。

2.2晶閘管換流閥

可控硅晶閘管換流閥是直流輸電工程的“心臟”，實現(xiàn)交流和直流的變換?？煽毓栝y安裝于室內(nèi)，采用空氣絕緣和水冷卻。

按照觸發(fā)原理的不同可分為ETT換流器和LTT換流器。

ETT換流器是由電觸發(fā)晶閘管ETT組成的換流單元，其工作原理是將閥控系統(tǒng)來的觸發(fā)信號轉(zhuǎn)化為光信號，由光纜將光信號傳送到每個晶閘管級，在門極控制單元把光信號再次轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)放大后觸發(fā)晶閘管元件。

LTT換流器是由光觸發(fā)晶閘管LTT組成的換流單元，光觸發(fā)晶閘管工作原理是在晶閘管門極區(qū)周圍，有一個小光敏區(qū)，當一定波長的光被光敏區(qū)吸收后，在硅片的耗盡層內(nèi)吸收光能而產(chǎn)生電子空穴對，形成注入電流使晶閘管元件觸發(fā)。這種觸發(fā)方式與電觸發(fā)方式相比，省去了控制單元的光電轉(zhuǎn)換、放大環(huán)節(jié)及電源回路，簡化了閥的輔助元件，改善了閥的觸發(fā)特性，提高了閥的可靠性。

奉賢換流站采用的是6英寸、8.5kV、4kA的大功率電觸發(fā)晶閘管原件。每極閥廳包括高端和低端各一個，高、低端閥廳分別懸吊六個雙重閥塔，每個雙重閥塔有兩個單閥組成；每個單閥包含兩個閥層，每個閥層有4個可控硅組件和4個電抗器組件，每個單閥共有8個可控硅組件和8個電抗器，每個單閥并聯(lián)一個閥避雷器；每個可控硅組件由七個可控硅元件及其并聯(lián)的均壓電阻、電容串聯(lián)而成，每個可控硅位于兩個鋁制散熱器之間，7個可控硅和8個鋁制散熱器被壓力達190kN的夾緊件壓在一起；全站共有48個單閥，每個單閥共有56個可控硅（包括2個冗余可控硅），雙極總計可控硅數(shù)目為2688只。

2.3直流開關場的優(yōu)化

傳統(tǒng)的直流典型接線輸電工程中，為滿足檢修要求和保證直流主接線的基本運行，直流開關場按極對稱原理裝設了直流濾波器、直流隔離開關、直流電壓測量裝置、直流電流測量裝置、直流PLC 濾波裝置、過電壓保護裝置、中性點設備、中性母線高速開關裝置、平波電抗器、金屬回路轉(zhuǎn)換開關裝置、中性母線高速接地開關裝置及大地回路轉(zhuǎn)換開關裝置等，特高壓直流系統(tǒng)也需要裝配上述裝置。以上設備的基本功能如下：

1）平波電抗器的主要作用是減小換流閥產(chǎn)生的輸出紋波電壓、防止逆變器不能實現(xiàn)換相、直流系統(tǒng)小電流運行時保證電流的連續(xù)性、直流故障時抑制電流快速突變、防止通過換流閥的放電電流流過換流站直流側(cè)容性設備和線路中電容、減少雷電波從直流線路侵入到換流站后對換流閥的損害、減小損壞元件的可能性等作用，通過與直流濾波器的密切配合，減少系統(tǒng)諧波的產(chǎn)生，避免干擾到附近的通信線路。

2）直流極線上串聯(lián)接在直流PLC，可以濾除該頻段的諧波和電流分量，避免直流線路干擾到附近的線路。

3）直流極線與中性母線之間并聯(lián)一個直流濾波器，其主要作用為了濾除直流側(cè)的諧波，從而降低架空線路對附近通訊線路的負面影響。

4）中性母線電容器、直流側(cè)避雷器及閥組避雷器構成了過電壓保護裝置。

直流側(cè)測量裝置包括直流濾波器組、直流極線和中性線，用以設置電流互感器和電壓互感器的參數(shù)，從而為直流控制保護系統(tǒng)的有效測量提供合理的輸入。

3.交流側(cè)主要部分及其功能

3.1GIS

奉賢換流站500kV交流側(cè)主接線采用3/2斷路器接線方式，其交流場內(nèi)采用的是戶內(nèi)GIS方案。GIS即為SF₆封閉式組合電器，它將變電所中，除了變壓器的一次設備包括油斷路器、電流互感器、電壓互感器、母線、進出線套管接器接地開關、電纜終端和隔離開關等，經(jīng)過合理的設計組合為一個有機的整體，并封裝在金屬封閉外殼內(nèi)，與出線套管、電纜連接裝置、匯控柜等共同組成，充以一定壓力的SF₆氣體作為滅弧和絕緣介質(zhì)的高壓成套配電裝置。GIS結構參見圖3。

圖3 GIS結構圖

GIS具有結構小型化、可靠性高、安全性好、杜絕了對外部的不良影響、安裝周期短、維護方便等優(yōu)點。

3.2交流濾波器

奉賢換流站交流濾波器共分4大組（15小組），分別接在交流場第1、2、3、4串上。第一大組分3小組交流濾波器或并聯(lián)電容器，其他每大組分4小組交流濾波器或并聯(lián)電容器。全站共有8組HP12/24型交流濾波器；6組帶阻尼電抗器的并聯(lián)電容器（SCD），1組不帶阻尼電抗器的并聯(lián)電容器（SC）。直流濾波器共2組，每條800kV極母線上各接有一組2/12/24的的三調(diào)諧直流濾波器。

奉賢換流站是我國為實現(xiàn)西電東送的重大特高壓直流工程建設項目。從四川復龍換流站到南匯和奉賢交界處的邵廠鎮(zhèn)上海奉賢換流站，向家壩-上?！?00kV特高壓直流輸電工程綿延1900km。上海奉賢作為受端換流站，同時創(chuàng)下18項電力工業(yè)技術的世界紀錄，把主要集中在金沙江、大渡河、雅礱江三江流域的四川豐富的水電資源，同中國經(jīng)濟最發(fā)達地區(qū)之一的上海聯(lián)結在一起。

該項工程每年可輸送電量給上海約305億kW·h，可以替代600多萬千瓦燃煤火電機組、約1500萬t煤炭，每年可減少二氧化碳2500萬t、二氧化硫排放20萬t，氮氧化物4萬t，減少1500萬噸煤炭運輸。向家壩－上?！?00kV特高壓直流輸電示范工程是解決上海能源問題的重中之重，具有十分重要的意義。

（本文選編自《電氣技術》，作者為岳麗霖、連美霞。）