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奉贤换流站是向家坝 - 上海±800kV 特高压直流输电工程的受端换流站，位于上海奉贤区境内，站址总用地面积 17.48hm2，围墙内用地面积 15.06hm2。奉贤换流站容量为 6400MW，直流额定电压为±800kV；每极两个 12 脉冲阀组串联接线方式；换流变压器 (单相双绕组)28 台 (4 台备用)，每台容量 297.1MVA；交流滤波器 4 大组，15 小组，总容量 3746Mvar。1 回±800kV 高压直流输电线路，1 回接地极线路。交流出线本期 3 回，远景 4 回。

1．主接线方式的选取

直流换流站主接线的设计主要包括直流侧主接线和交流侧主接线两方面。

奉贤换流站直流侧主接线采用（400 +400）kV 换流器的接线方法，如图 1 所示。12 脉动换流器每一极的两端的电压相同，直流旁路断路器接在 12 脉动换流器的两端，这样就可以操作直流旁路断路器决定该 12 脉动换流器投入或者推出。所以，该运行方式灵活性好，在实际情况下可灵活运用。

当正送和反送功率传输时，直流输电系统按如下过程运行:

1）双极运行方式。

2）半双极运行方式。

3）单极大地返回运行方式。

4）半单极大地返回运行方式。

5）单极金属回路运行方式。

6）半单极金属回路运行方式。

7）3/4 双极运行方式。

图 1 直流侧电气主接线示意图

平波电抗器采用 2 台串连的型式，分别配置在直流极线和中性线母线上，降低了平波电抗器的制造难度。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，用于旁路或者投入此 12 脉动换流器。换流变压器的型式为单相双绕组。

由于直流系统电压从±500 kV 提高到了±800kV，特高压直流输电工程换流器接线从传统的单 12 脉动换流器改为采用双 12 脉动换流器结构。采用双 12 脉动换流器结构，使主回路有更多的运行方式，提高了整个系统运行的灵活性和可用率。

针对双 12 脉动的特点，在直流侧接线中，增加了旁路断路器和隔离开关。通过旁路断路器和隔离开关的配合控制，可以完成单 12 脉动换流器的正常起停控制和故障情况下的换流器退出操作，以实现上述 7 种不同运行方式。

奉贤站交流侧主接线则采用常规的 3 / 2 断路器接线方式，这种接线方式的优点是运行的可靠性和灵活性很高，在检修回路断路器或母线时省去了使用隔离开关实现的很多倒闸操作，使得操作十分便捷。并且，调度和扩建也很方便。

但不足的地方是与单断路器双母线相比，设备投资和断路器维修量都有所增加；并且一条回路故障有二台断路器要跳开，联络断路器故障会造成相连两条回路的短时停电；再有，为了便于回路的交叉配置，要求电源数和出线数最好相等；还有这种接线的继电保护装置也比其他接线要复杂得多。交流侧主接线参见图 2。

2．直流侧主要部分及其功能

2.1 换流变压器

换流变压器是接在换流阀与交流系统两端的变压器。通过使用换流变压器连接交流母线与换流阀，使得换流阀包含中性点不接地的三相换相电压。换流单元的主体部分包括换流变压器和换流阀。

换流变压器在直流输电系统中有以下几个作用：①输送电能；②将交流侧工作电压变换成换流器的换相电压；③根据变压器绕组的接法不同，为实现十二脉动换流，应为两个串联的换流器提供幅值相同、相位差为 30°的三相对称的换相电压；④应在交直流两部分之间加入绝缘物质而实现二者的绝缘隔离，以免两部分中性点接地造成直接短路，使得无法实现换相功能；⑤换流变压器的漏感抗可以限制故障电流；⑥可以缓冲和抑制通过交流系统进入到换流站的雷电冲击过电压波。

图 2 交流侧主接线图

换流变压器的正常运行和换流器换相之间存在非线性关系，它在谐波抑制、绝缘隔离、漏抗、有载调压、直流偏磁和试验等方面的特点和要求与普通变压器是不同的。

2.2 晶闸管换流阀

可控硅晶闸管换流阀是直流输电工程的心脏，实现交流和直流的变换。可控硅阀安装于室内，采用空气绝缘和水冷却。

按照触发原理的不同可分为 ETT 换流器和 LTT 换流器。

ETT 换流器是由电触发晶闸管 ETT 组成的换流单元，其工作原理是将阀控系统来的触发信号转化为光信号，由光缆将光信号传送到每个晶闸管级，在门极控制单元把光信号再次转换成电信号，经放大后触发晶闸管元件。

LTT 换流器是由光触发晶闸管 LTT 组成的换流单元，光触发晶闸管工作原理是在晶闸管门极区周围，有一个小光敏区，当一定波长的光被光敏区吸收后，在硅片的耗尽层内吸收光能而产生电子空穴对，形成注入电流使晶闸管元件触发。这种触发方式与电触发方式相比，省去了控制单元的光电转换、放大环节及电源回路，简化了阀的辅助元件，改善了阀的触发特性，提高了阀的可靠性。

奉贤换流站采用的是 6 英寸、8.5kV、4kA 的大功率电触发晶闸管原件。每极阀厅包括高端和低端各一个，高、低端阀厅分别悬吊六个双重阀塔，每个双重阀塔有两个单阀组成；每个单阀包含两个阀层，每个阀层有 4 个可控硅组件和 4 个电抗器组件，每个单阀共有 8 个可控硅组件和 8 个电抗器，每个单阀并联一个阀避雷器；每个可控硅组件由七个可控硅元件及其并联的均压电阻、电容串联而成，每个可控硅位于两个铝制散热器之间，7 个可控硅和 8 个铝制散热器被压力达 190kN 的夹紧件压在一起；全站共有 48 个单阀，每个单阀共有 56 个可控硅（包括 2 个冗余可控硅），双极总计可控硅数目为 2688 只。

2.3 直流开关场的优化

传统的直流典型接线输电工程中，为满足检修要求和保证直流主接线的基本运行，直流开关场按极对称原理装设了直流滤波器、直流隔离开关、直流电压测量装置、直流电流测量装置、直流 PLC 滤波装置、过电压保护装置、中性点设备、中性母线高速开关装置、平波电抗器、金属回路转换开关装置、中性母线高速接地开关装置及大地回路转换开关装置等，特高压直流系统也需要装配上述装置。以上设备的基本功能如下：

1）平波电抗器的主要作用是减小换流阀产生的输出纹波电压、防止逆变器不能实现换相、直流系统小电流运行时保证电流的连续性、直流故障时抑制电流快速突变、防止通过换流阀的放电电流流过换流站直流侧容性设备和线路中电容、减少雷电波从直流线路侵入到换流站后对换流阀的损害、减小损坏元件的可能性等作用，通过与直流滤波器的密切配合，减少系统谐波的产生，避免干扰到附近的通信线路。

2）直流极线上串联接在直流 PLC，可以滤除该频段的谐波和电流分量，避免直流线路干扰到附近的线路。

3）直流极线与中性母线之间并联一个直流滤波器，其主要作用为了滤除直流侧的谐波，从而降低架空线路对附近通讯线路的负面影响。

4）中性母线电容器、直流侧避雷器及阀组避雷器构成了过电压保护装置。

直流侧测量装置包括直流滤波器组、直流极线和中性线，用以设置电流互感器和电压互感器的参数，从而为直流控制保护系统的有效测量提供合理的输入。

3. 交流侧主要部分及其功能

3.1GIS

奉贤换流站 500kV 交流侧主接线采用 3 / 2 断路器接线方式，其交流场内采用的是户内 GIS 方案。GIS 即为 SF6 封闭式组合电器，它将变电所中，除了变压器的一次设备包括油断路器、电流互感器、电压互感器、母线、进出线套管接器接地开关、电缆终端和隔离开关等，经过合理的设计组合为一个有机的整体，并封装在金属封闭外壳内，与出线套管、电缆连接装置、汇控柜等共同组成，充以一定压力的 SF6 气体作为灭弧和绝缘介质的高压成套配电装置。GIS 结构参见图 3。

图 3 GIS 结构图

GIS 具有结构小型化、可靠性高、安全性好、杜绝了对外部的不良影响、安装周期短、维护方便等优点。

3.2 交流滤波器

奉贤换流站交流滤波器共分 4 大组（15 小组），分别接在交流场第 1、2、3、4 串上。第一大组分 3 小组交流滤波器或并联电容器，其他每大组分 4 小组交流滤波器或并联电容器。全站共有 8 组 HP12/24 型交流滤波器；6 组带阻尼电抗器的并联电容器（SCD），1 组不带阻尼电抗器的并联电容器（SC）。直流滤波器共 2 组，每条 800kV 极母线上各接有一组 2 /12/24 的的三调谐直流滤波器。

奉贤换流站是我国为实现西电东送的重大特高压直流工程建设项目。从四川复龙换流站到南汇和奉贤交界处的邵厂镇上海奉贤换流站，向家坝 - 上海±800kV 特高压直流输电工程绵延 1900km。上海奉贤作为受端换流站，同时创下 18 项电力工业技术的世界纪录，把主要集中在金沙江、大渡河、雅砻江三江流域的四川丰富的水电资源，同中国经济最发达地区之一的上海联结在一起。

该项工程每年可输送电量给上海约 305 亿 kW·h，可以替代 600 多万千瓦燃煤火电机组、约 1500 万 t 煤炭，每年可减少二氧化碳 2500 万 t、二氧化硫排放 20 万 t，氮氧化物 4 万 t，减少 1500 万吨煤炭运输。向家坝-上海±800kV 特高压直流输电示范工程是解决上海能源问题的重中之重，具有十分重要的意义。

（本文选编自《电气技术》，作者为岳丽霖、连美霞。）

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