0 引言
在交流超高压输电系统中，变电站和换流站的型式、功能和在电力系统中所处的地位各不相同。常规为分址建设。但在某些选址条件受限、考虑优化进出线通道、节省工程的投资造价的情况下，变电站和换流站可能形成合建站。交直流合建站由于同时具备交流变电站和直流换流站两者的功能特性，因此其电气主接线也更为复杂，需要考虑更多的因素。本文基于具体工程，结合系统、线路等外界条件，对合建站的交流场500kV电气主接线设计进行分析和探讨，最终得出一套符合工程特殊输送方式要求的电气主接线。
1 概述
云南永仁至富宁±500kV直流输变电工程是首个省内±500kV直流输电工程，起于云南省楚雄州永仁换流站，止于云南省文山州富宁换流站，直流线路长度为561.97km，额定输送功率3000MW，承担着观音岩水电站电力外送的重要任务，同时也是南方电网西电东送通道的重要组成部分。
永富直流是实施云南电网与南方主网异步联网的一部分，受端富宁换流站需要承担异步联网、向广西电网送电、向云南文山州送电等多种功能。为了满足永富直流近期向广西电网送电，中远期电力留存云南文山州消纳的需求，换流站需要实现三种运行方式要求，即在异步联网的前提下，3000MW直流电力全部送广西、直流电力全部送云南以及直流电力按单极分别送电广西和云南各一半。
2 工程的前提条件
2.1 接入系统条件
根据可研设计阶段工程评审会议评审意见，永仁至富宁直流输电工程受端换流站500kV接入系统方案如下：
永仁至富宁直流受端换流站与500kV富宁变合建，合建站π接砚山至靖西双回线路，Ⅰ回（北侧）π接线砚山侧13.5km，靖西侧12.5km；Ⅱ回（南侧）π接线砚山侧5.3km，靖西侧5.3km。π接后形成富宁至砚山Ⅰ回线路长度142km，Ⅱ回线路长度132km；富宁至靖西Ⅰ回线路长度131km，Ⅱ回线路长度120km。
推荐的永仁至富宁换流站500kV交流配套方案如图1.1所示。
图1.1 永仁至富宁换流站500kV交流配套方案示意图
2.2 工程建设规模
根据系统规划，永仁至富宁±500kV直流输变电工程建设规模为±500kV/3000MW，富宁换流站具体建设规模考虑如下：
（1）直流换流站部分：
直流输送容量为双极3000MW，直流输电额定电压±500kV。换流变按12+2组单相双绕组变压器配置。500kV交流出线至靖西方向2回，按每回装设串联补偿装置，串补度暂按50%考虑：其中靖西Ⅰ回线路串补容量暂按457Mvar考虑，靖西Ⅱ回串补容量按418Mvar考虑；在换流站装设3组STATCOM（或SVC），容量为100Mavr；站内容性无功补偿为：容量不小于1825Mvar（含备用），每小组容量不大于110Mvar，每大组容量不大于440Mvar，本工程中交流滤波器组按4大组，每个大组分为4小组考虑。一次建成。
（2）交流变电站部分：
合址建设的富宁500kV变电站远期装设4组750MVA联络变压器，本期装设2组，不装设备用相；500kV远期出线6回，出线按顺时针方向排列顺序为：备用（北方向）2回、砚山2回、备用（南方向）2回，其中本期出线2回为至砚山变。本期500kV砚山变出线均不装设高抗及中性点小电抗；备用的4回500kV出线按预留线路高抗位置考虑。
220kV远期出线16回，出线按顺时针方向排列顺序为：至松林坡开关站2回、西北方向2回、富宁牵1回、东北方向2回、普厅变3回、跨省经济合作园区6回，其中本期出线6回，分别为至松林坡开关站2回、西北方向2回、富宁牵1回、普厅变3回。
远景按每台主变低压侧装设5组低压无功补偿设备考虑，本期每台主变低压侧均装设2×60Mvar低压电容器和2×60Mvar低压电抗器。
3 系统运行方式的特殊要求
±500kV富宁换流站位于云南省文山州富宁县里达镇，地处云南和广西交界处，采用交直流合建方式，系统运行方式与常规两端高压直流输电换流站的运行方式不同。根据系统要求，换流站交流侧电气主接线应满足三种不同运行方式要求（如图1.2所示）：方式1：直流电力全部送广西靖西侧，且换流站交流母线与云南砚山侧交流联系开断；方式2：直流电力全部送云南砚山侧，且换流站交流母线与广西靖西侧交流联系开断；方式3：直流电力按单极分别送电广西和云南各一半，且两个单极所在交流母线电气联系开断。三种运行方式下换流站近区接线示意图见图1.2所示。
运行方式3
图1.2 直流不同运行方式下富宁换流站近区接线示意图
按上述系统运行方式的要求，在进行500kV交流场电气接线设计时，应保证供电可靠、调度灵活、运行维护方便、合理控制投资，坚持安全、可靠、经济、合理的设计原则。
4 500kV 交流主接线区域划分分析
4.1 各进出线元件分布
由2.2节可知，本站500kV侧进出线元件为：直流2回至换流变进线、靖西2回出线（至广西电网）、砚山2回出线（至云南电网）、备用4回出线（至云南电网）、4回500kV交流联络变进线、2回500kV降压变进线（连接STATCOM）及4回交流滤波器大组进线，共20个进出线元件。
（1）运行方式1
在运行方式1下，直流电力全部送广西靖西侧时，各元件分布为：
广西侧：2回至靖西出线、2回直流进线、4大组交流滤波器组及2回500kV降压变压器（带3组statcom）共10个元件。
云南侧：2回至砚山出线、4回远景备用出线、以及4台500kV联络变压器共10个元件。
（2）运行方式2
在运行方式2下，直流电力全部送云南砚山侧时，各元件分布为：
广西侧：2回至靖西出线，共2个元件。
云南侧：2回至砚山出线、2回直流进线、4大组交流滤波器组、2回500kV降压变压器（带3组statcom）、4回远景备用出线、以及4台500kV联络变压器共18个元件。
（3）运行方式3
在运行方式3下，直流电力按单极分别送电广西和云南各一半时，各元件分布为：
广西侧：2回至靖西出线、1回直流进线、2大组交流滤波器组及1回500kV降压变压器（带2组statcom）共6个元件。
云南侧：2回至砚山出线、1回直流进线、2大组交流滤波器组、1回500kV降压变压器（带1组statcom）、4回远景备用出线、以及4台500kV联络变压器共共14个元件。
4.2 主接线的分区
由4.1节的元件分布，先考虑方式3：直流电力按单极分别送电广西和云南各一半，且两个单极所在交流母线电气联系开断。因此500kV交流主接线的母线应当进行分段，且至少分为云南电网和广西电网两部分。如图1.3所示：
图1.3 500kV交流主接线分区示意图一
此分区设置只能实现运行方式3，即按单极分送两侧电网的运行方式，分送状态下断路器CB1断开。无法实现运行方式1、2，即两极功率全送广西侧（或全送云南侧）时，两侧交流母线断开，之间无联系的工况。
由于直流功率全送广西侧或全送云南侧时，2回直流进线和4个大组的交流滤波器必须全部投入送出电网的一侧运行，因此考虑在图1.3中，将两个电网之间再增设一块公用部分，将这6个元件纳入公用部分，主接线分区如图1.4所示：
图1.4 500kV交流主接线分区示意图二
此分区设置能实现运行方式1和方式2：
当直流功率全送广西侧时，断路器CB1断开，断路器CB2合上，能实现运行方式1：直流电力全部送广西靖西侧，且换流站交流母线与云南砚山侧交流联系开断。
当直流功率全送云南侧时，断路器CB1合上，断路器CB2断开，能实现运行方式2：直流电力全部送云南砚山侧，且换流站交流母线与广西靖西侧交流联系开断。
对运行方式3，在分送状态可以通过在公用部分两侧电网各投入1回直流进线和2个大组的交流滤波器实现，但分送时两侧电网的交流母线仍然有联系，不完全满足系统运行条件。
如果再将公用部分一分为二，通过断路器CB3的分合，可以在图1.4的基础上，同时实现运行方式3，且满足分送状态两个单极所在交流母线电气联系开断。如图1.5所示，但此接线方式母线分段多，断路器和相应的电流互感器等一次设备设置多，保护配置也非常复杂。
图1.5 500kV交流主接线分区示意图三
考虑到广西电网侧最终仅有两回出线，断开广西电网的另一种方式可以通过设置靖西一、靖西二线路隔离开关（DS1、DS2）来实现。此方式较图1.5可省去一组分段断路器，分区更为简单。同时调整ACF1、ACF2和#2降压变的位置，得到新的主接线分区图，如图1.6所示：
图1.6 500kV交流主接线分区示意图四（最终）
按照图1.6的元件分区设置，可完全实现系统提出的三种运行方式：
断路器CB1断开，CB2合上时，可实现运行方式一，双极直流功率全送广西靖西侧。此时两极直流进线、四个大组的ACF和两回降压变进线均连接在广西侧。并且广西侧交流母线与云南侧交流母线断开联系。
断路器CB1合上，CB2合上，且靖西一、靖西二线路隔离开关DS1、DS2断开时，可实现运行方式二，双极直流功率全送云南砚山侧。此时两极直流进线、四个大组的ACF和两回降压变进线均连接在云南侧，并且广西侧交流电网与云南侧电网断开联系。
断路器CB1合上，CB2断开时，且DS1、DS2合上时，可实现运行方式三，直流功率按单极分别送广西、云南各一半。此时极1直流进线、ACF1、ACF2和#1降压变进线连接在广西侧；极2直流进线、ACF3、ACF4和#2降压变进线连接在云南侧。并且广西侧交流母线与云南侧交流母线断开联系。
5 500kV交流主接线配串
各元件的分区设置确定后，接下来再进行配串。本站500kV交流主接线采用可靠性高，运行方式灵活的一个半断路器接线。根据配串原则：
（1） 同名回路应布置在不同串上；
（2） 应将电源线路和负荷线路配成一串；
（3） 对特别重要的同名回路，可考虑分别交替接入不同侧母线即“交替布置”。
（4） 换流变（或降压变）宜与交流滤波器组（或出线）配成一串。
结合直流、交流线路的出线方向和出线间隔的排列顺序，因此形成本站的配串为：
500kV交流场3/2接线配串表
500kV交流部分主接线配串图如图1.7所示：
6 结语
本文以500kV富宁换流站工程可研设计为基础，研究了交直流合建站在系统三种输送功能（直流功率全送外省、直流功率全送本省、直流功率一半输送外省、一半留存本省）的前提要求下，500kV交流场电气主接线的设计应当依次从哪些方面思考，如何分析将电源进线回路、出线回路、无功补偿回路（包括静态和动态）按照不同工况要求，借助500kV母线分段断路器和出线隔离开关的设置，以及不同运行方式下的合闸或分闸状态，来实现合理的区域划分。然后将各连接元件（换流变、出线、交流滤波器、降压变、联络变等）进行配串组合，落实本期建设规模，远期预留规模。本文为两个省区、地区、长距离跨区域之间异步联网，建设功能复杂的交直流合建站，其交流场电气主接线设计提供了重要参考。
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