浅谈巴西美丽山特高压直流输电一期工程新技术的应用

浅谈巴西美丽山特高压直流输电一期工程新技术的应用

卢少鹏

（安徽送变电工程有限公司230022）

摘要：新技术、新工艺、新材料等在电力建设项目实践中得到广泛运用。本文依托国家电网公司投资的首个海外特高压工程-巴西美丽山±800kV特高压直流输电一期工程建设阶段采用的新技术、新工艺和新材料的应用实例，通过和国内比较并深入分析各项新技术应用的优势，给国内电力工程建设提供具体的参考。

关键词：巴西；特高压直流；换流阀；接地极；应用

1引言

巴西美丽山±800kV特高压直流输电一期工程是巴西美丽山水电站的送出工程，是巴西乃至美洲第一个±800kV特高压直流输电工程，工程在实施过程中采用了新技术、新工艺和新材料。通过新技术、新工艺和新材料的应用，节约了工程造价成本，提高了工程建设效率，给工程提前两个月投运奠定了基础。本文提炼了工程中主要的新技术、新工艺和新材料应用实例。

2新技术应用

2.1单极单12脉动技术方案

巴西美丽山水电站装机容量11000MW，最终需要将8000MW送至2000km以上的巴西东南部负荷中心，为了减少单个大容量直流系统故障时引起的功率损失和对系统的冲击，提高整体运行的可靠性,美丽山输电采用±800kV特高压直流系统，规划为两期，均选择额定电流2500A，输送容量4000MW，共两个单极，极1和极2，每个单极采用单12脉动换流器的主接线形式。

一般国内的±800kV特高压直流工程输电容量大，采用这种接线方式对单台换流变压器的结构、绝缘水平、容量和换流阀的绝缘等均提出了很高的要求，设备制造和运输成本增大。由于美丽山一期工程输电容量4000MW，额定电流2500A，采用单极单12脉动技术方案时，换流变的容量只需396MVA，换流变和换流阀的绝缘水平也在正常范围内，对设备制造没有难度。这也是世界上首次在±800kV特高压直流工程中单极单12脉动技术，单极单12脉动换流器技术方案中，换流站结构最简单、设备数量最少，有效节约了成本，运行方式简单、可靠，是理想的接线方式。

2.2阀厅和换流变“一字”布置的设计形式

由于换流阀采用了单极单12脉动的接线方式，共两个单极，极1和极2，每个单极各1个阀厅，没有高端和低端，换流变只需配置800kV和400kV两种型号，两个阀厅“一字”布置，中间为主控楼，每个阀厅的前后两侧分别为直流场和交流场，高低压直流穿墙套管均设置在侧面，阀厅的长度减少了约10米，节约了阀厅成本。

由于换流变正面与交流区域相对，每个单极换流变的相序排列为：C、B、A、A、B、V、C，而国内的换流变相序排列一般为C、B、A、C、B、A，本工程采用此种相序排列的优点是两台A相的换流变相邻，两台换流变的500kV套管可以直接连接在交流500kVA相出线上，换流变上方的500kV跨线只需B、C两相即可，节省了一项跨线。

2.3送端和受端均设计采用新型式的接地极

根据ANEEL（巴西电监局）技术招标要求，美丽山特高压直流输电一期工程接地极的电阻为0.35Ω，额定电流2500A，最大电流为3325+40A（1.33倍）。由于美丽山输电工程一期和二期的送端站都是Xingu换流站，而且共用500kV母线。因此ANEEL要求美丽山一期的Xingu站接地极和美丽山二期的Xingu站接地极可以互用。

2.3.1Xingu换流站一期工程接地极特点：

Xingu换流站处在巴西北部帕拉州欣古河附件，靠近赤道，全年分为雨季和旱季，雨季期间降雨量较大，平均土壤电阻率较低，满足设计要求。但旱季期间降雨量少，而且靠近赤道，造成土壤电阻率接近或高于临界值。根据当地地下水分布和地质特点，较适用于水平式布置，最终Xingu换流站接地极采用水平双环布置。接地极区域平均设置16个温度传感器和32个湿度传感器，在双环增加灌溉系统，灌溉的系统的水管敷设在双环焦炭上方，为了控制土壤温度和电阻率，当土壤温度超过75℃时，启动灌溉系统。

2.3.2、Estreito换流站接地极特点

Estreito换流站位于米纳斯州，接地极位于换流站南部70公里处，位于圣保罗州，圣保罗州人口稠密，地下基础设施多，而且电阻率较高，经过筛选，最终接地极选择在一处沉积的盆地，电阻率相对较低，地下水位较浅，宜采用垂直式布置，垂直式接地极布置在巴西为首次采用，在国内也没有先例。接地极共分8个单元，每个单元包括8个垂直接地井，每个接地井直径0.355米，设计深度40米，接地极区域平均设置16个温度传感器和4个湿度传感器，为防止水分气化，接地井设计最高温度不能超过100℃，单独设置4个监测井以监测地下水位。每根接地井共6根阳极棒，每根阳极棒长3米，施工中确保阳极棒在地下水位以下，在接地井内设置排气管。

3新工艺的应用

3.1装配式建筑物的应用

由于巴西劳工人本较高，加上雨季期间降雨量较大，给混凝土现场浇筑带来了一定的困难。因此换流站的建筑物如主控楼、继保小室、泵房、水冷室、通风空调室、备品备件库和换流变防火墙、电缆沟、阀外冷基础、电缆沟等均为现场装配式，装配式的建筑物主结构的柱、梁、地板、墙板均在工厂预制，在相关的连接处预留预埋件。采用预制的方式避免了现场浇筑的工作量，节省了混凝土保养的时间，安装方便，使用的劳工人数少，有效节省了工期，也为工程提前2个月投运打下了一定的基础。

3.2阀厅采用组装式墙板

阀厅为换流站内最重要的建筑物，换流阀设备安装在阀厅内部，由于换流阀为精密设备，在安装和运行过程中对于环境的要求非常高，对温度、湿度、颗粒度等均有严格的要求，就要求阀厅需要密封良好。同时换流阀为交直流转换的关键元件，在换流过程中也要求阀厅具有极高的电磁屏蔽性能。目前，国内换流站阀厅的墙板安装程序复杂，一般分内外彩钢板的安装和内部防火层、保温层、屏蔽等安装，而且需要现场制作和安装，整体的安装程序复杂，耗时时间长。

美丽山一期换流站工程创新性的使用了组装式墙板，墙板采用模块化在工厂制作，所有保温、防火、隔声和屏蔽集中在单个模块中。模块式的墙板安装简单，可以从各个位置同时安装，墙板固定在钢结构上，墙板之间采用铜绞线连接达成整体屏蔽的性能，每块墙板的连接处采用封条进行密封以达到防雨防潮的目的。

4.新材料的应用

4.1高强度高性能纤维混凝土的应用

美丽山换流站工程的交、直流滤波器组采用一体式板式基础，滤波器组各设备采用化学螺栓固定，由于滤波器组设备较多，如电流互感器、避雷器、电阻器、电抗器、支柱绝缘子、电容器等，而且各设备之间间距较小，采用一体式板式基础可以省去单独浇筑很多小型基础的麻烦，板式基础为整体浇筑，基础稳定，节约整体造价。

高强度高性能纤维混凝土作为一种实用、高效、性能优良的结构工程材料，目前已广泛应用于工业地板、高速公路和机场跑道等。本工程交、直流滤波器组板式基础采用的纤维型号为BarchipMQ58，在高低强度的混凝土均具有良好的性能，抗碱性能优良。在每立方C25/30混凝土中加入3kg高强度纤维，试验表明加入高强度纤维后混凝土的抗拉强度高、极限延伸率均满足设计要求，而且成本只有钢筋混凝土的一半，浇筑方便快捷。

5结束语

新技术、新工艺和新材料在电力工程建设的应用大大提高了建设效率、节省了工程成本、提升了工艺质量。在大型输变电工程建设过程中应加大各项新技术的研发和应用，特别是应依托特高压等重点工程，结合工程难点开展各项创新，以推动电力工程的发展。

参考文献

[1]刘振亚.特高压交直流电网[M].北京：中国电力出版社，2013：270-307.

[2]程改红，殷威扬巴西美丽山特高压直流输电系统设计特点[J],中国电力，2015,48（7）：22-26.

作者简介

卢少鹏，男，1987-10-12，安徽砀山，大学本科，工程师。