中国的背靠背直流工程，换流站

〇、背靠背直流工程简介

背靠背直流输电系统（Back to Back DC Transmission System）是输电线路长度为零的直流输电系统。这种类型的直流输电主要用于两个非同步运行（不同频率或相同频率但非同步）的交流电力系统之间的联网或送电，也称为非同步联络站。背靠背直流输电的整流站设备和逆变站设备通常装在一个换流站内，也称为背靠背换流站。在背靠背换流站内，整流器和逆变器的直流侧通过平波电抗器相连，构成直流侧的闭环回路；而其交流侧则分别与联接电网的连接点相连，从而形成两个电力系统的非同步联网。被联电网之间交换功率的大小和方向均由控制系统快速方便地进行控制。

为了降低换流站产生的谐波，通常选择12脉动换流器作为基本换流单元。这里需要解释以下的是，相比普通直流输电，背靠背输送容量较小，换流变采用3卷变压器，如下图所示，副边角形侧输出产生30°角差。因此一个背靠背直流单元用到6个换流变，而不是12个。

背靠背工程的特点有：

① 背靠背直流输电工程没有长距离输电线路带来的直流损耗，因此可以选择直流侧低电压大电流方式。一方面充分利用大截面晶闸管的电流值，同时降低换流变，换流阀，平波电抗器等设备的绝缘要求，从而降低这些设备的造价。

② 由于整流器和逆变器装设在一个阀厅内，直流侧谐波可全部控制在阀厅内，而不会产生对通信的干扰，从而可降低直流侧滤波的要求。通常可省去直流滤波器，同时平波电抗器值也可选择的较小。

③ 利用背靠背直流输电系统，除可方便快速地调节有功功率以外，还可比远距离直流输电更加方便地进行无功功率的调节，从而更有利于改善被联交流电网的电压稳定性。

综上所述，背靠背直流输电的造价低，设备制造难度小，运行的灵活性好，是进行非同步联网的最佳选择。

世界上最著名的背靠背直流工程就是日本50Hz系统区与60Hz系统互联工程，容量只有120万千瓦。

我国的背靠背工程虽然起步晚，但发展迅速，目前已有5个背靠背工程，包含两个柔性直流。输送容量大、涉及电压等级多，实现了区域电网之间的互联互通，在保证交流系统安全的同时，做到了电力的规模化输送。下面按照投运时间，分别介绍下。

一、灵宝背靠背工程

我国的第一个背靠背工程，连接西北电网和华中电网。

灵宝背靠背有两个单元，电压分别是120kV和167kV，设计容量是36万千瓦和75万千瓦，总计111万千瓦。

灵宝换流站位于河南省三门峡市灵宝市，西距陕西电网330kV罗敷变82km，东距河南电网500kV紫东变400m。

一期工程（单元I）于2005年8月投入运行，西联罗敷变，东接紫东变。2009年扩建单元II，西联330kV渭南东开关站（2回），东接500kV三门峡东变电站（1回）。

下图为灵宝换流站鸟瞰图，下面的应该是I期，上面的是II期，中间的是500kV紫东变。

二、高岭背靠背工程

高岭背靠背工程连接东北电网和华北电网，有利于东北电力外送，提升新能源消纳比例，提升电网安全运行水平。

高岭换流站位于辽宁省葫芦岛市绥中县，由4个换流单元构成，电压等级±125kV，设计容量为4*75万千瓦。项目建设分为两期，I期和II期都是两个单元，分别于2008年11月和2012年11月投产。

华北电网方向，距冀北天马500kV变电站70km左右，通过3回500kV交流线路相连。东北电网方向，2回500kV线路接绥中电厂，2回500kV线路连接沙河营变电站。

绥中电厂2*100万机组，2015年改接并入华北电网，归华北调度。

三、中俄背靠背

中俄500kV 跨国输电线路是电压等级最高的跨国输电线路，是继110kV 布黑线（布拉戈维申斯克至黑河一次变）、220kV 布爱线（布拉戈维申斯克至爱辉变）后的第3 条中俄跨国输电线路[1]，2011年投产送电，设计年供电量43亿kWh。

换流站为黑河换流站，位于黑河市区西北的五道豁洛，容量75万千瓦，直流电压为±125kV，额定直流电流为3kA。工程安装6+1台换流变压器，交流滤波器20组，容量100万千瓦。交流侧另有360MVA变压器一台，两回220kV出线至黑河一次变。中国方面，一回500kV出线到绥化的兴福变电站。同时，一回500kV出线连接俄方阿穆尔变电站。

初期电气主接线图如下：

2016年，黑山换流站的220kV交流侧扩建1个出线间隔，连接嫩江市多宝山变。之前，原有360兆伏安主变最大下网潮流已达349兆瓦，而新出线投运后，进一步增大了换流站交流主变下网功率，致使换流站主变过载严重。

黑河换流站2号主变扩建工程从2017年8月开工建设，一年后投运。

下图是鸟瞰图，阀厅屋顶是红色的，其他换流站多是蓝色的。

相对而言，高压套管是我国高压设备中的短板，几年前，*山换流站阀厅起火的根源就在于套管。下图是黑河换流站中，换流变套管引入阀厅与换流阀相连的照片：

四、鲁西背靠背

鲁西背靠背连接云南电网和南网主网，在前面的《换流站鸟瞰图-1：西电东送南线》中有提及。鲁西换流站不在德州，也不在聊城或菏泽，而是在云南，位于曲靖罗平县罗雄镇新寨村村委会鲁西村。

介绍鲁西换流站之前，首先介绍下云南500kV罗平变。罗平变电站是云电送粤的重要枢纽变电站，于1997年8月15日建成投产，2002年6月17日升压扩建为500千伏变电站，2015年底扩建工程投产后变电容量增加至159万千伏安。通过罗平变的500kV外送交流通道有三条，分别是：罗平-马窝、罗平0百色I回（属于天广IV回）、罗平-百色II回。2016年6月30日，鲁西直流背靠背工程投运后，云南交流外送通道转移至鲁西换流站，罗平变电站转为云电外送电力转运枢纽站。下图为油菜花包围的罗平变电站，截至2019年8月15日，500kV罗平变电站安全运行8035天，创下22年安全运行新纪录。

鲁西背靠背直流异步联网工程是世界上首次采用大容量柔直与常规直流组合模式的背靠背直流工程，工程最终规模300万千瓦。其中，柔直单元容量为100万千瓦，直流电压达±350千伏。

鲁西换流站通过4回500千伏交流线路接入云南电网，分别是圭山-鲁西双回、七罗-罗平-鲁西双回。同时，通过3回500KV出线接入南方电网主网，就是原来接到罗平变的罗马、罗百I、罗百II改接到鲁西换流站。

鲁西背靠背示意图如下：

一期建设1×100万千瓦常规直流单元+1×100万千瓦柔性直流单元，工程于2015年3月正式开工，2016年6月30日建成投运。二期工程再建设一个100万千瓦常规直流单元，包括装设6台398兆伏安换流变压器，整流侧装设2组160兆乏无功补偿、逆变侧装设3组110兆乏无功补偿，以及配套建设通信及二次系统。2017年6月26日，二期扩建工程建成投运，标志着世界首个柔性直流和常规直流混合背靠背换流站全面建成投运。

鲁西背靠背直流工程建成后，将有效化解交直流功率转移引起的电网安全问题，简化复杂故障下电网安全稳定策略，避免大面积停电风险，提高南方电网主网架的安全稳定运行。鲁西换流站鸟瞰图如下：

上图中，大一些的阀厅估计是柔直单元的，两个小的是常规直流单元的。

2019年6月，云南省发改委正式核准500千伏罗平至鲁西换流站（罗平换流站）通道加强工程，新建罗平至鲁西Ⅲ回线路。

五、渝鄂背靠背

渝鄂背靠背连接华中电网和川渝电网，工程于2016年12月获国家发改委核准，工程投资64.9亿元。2017年5月25日开工建设，2019年6月24日，工程正式投运。

该工程分为南北两个通道，在位于渝鄂断面九盘-龙泉、张家坝-恩施500千伏输电通道上，分别新建宜昌、恩施2座柔性直流背靠背换流站，每座换流站建设±420kV、2×125万千瓦柔性直流换流单元。渝鄂直流背靠背联网工程全面投运后，通过2座背靠背换流站，川渝断面双向输电能力大幅提升，同时，将解决川渝和湖北、湖南、河南、江西之间500千伏跨区长链式电网存在的稳定问题，优化电网安全稳定控制策略，提高电网运行的灵活性和可靠性。渝鄂背靠背如下图所示：

1.北通道。宜昌换流站，位于宜昌市夷陵区龙泉镇香烟寺村，紧邻龙泉±500kV换流站。直流背靠背换流单元2×1250MW，额定电压±420kV。500kV交流出线4回，其中，重庆侧出线2回至九盘变，湖北侧出线2回至龙泉换流站。下图为宜昌换流站和龙泉换流站的合影，能看出哪个是宜昌换流站吗？

2. 南通道。施州换流站，位于恩施咸丰杉树园村。直流背靠背换流单元2×1250MW，额定电压±420kV。500kV交流出线4回，其中，重庆侧出线2回至张家坝变，湖北侧出线2回至500kV恩施变。

换流阀：

换流变

换流变套管引入阀厅：

交流滤波场，方的是电容，圆的的是电抗：

整齐、漂亮的干抗：

由于是背靠背工程，没有直流滤波器。即使有，也会平波电抗器一样，在阀厅里面。

六、未来的闽粤联网背靠背工程

据eo了解，至少从“七五”酝酿西电东送开始，有关推进福建和广东电网互联的设想就已经展开讨论。2016年，闽粤电网联网工程被列入国家电力发展“十三五”规划，开始逐渐推进。2018年9月,国家能源局印发《关于加快推进一批输变电重点工程规划建设工作的通知》，该工程是其中要求推进的9个重点输变电项目之一，属于国家基础设施补短板项目。

该项目由国网和南网共同投资，拟采用直流背靠背联网方式建设，规划在福建境内新建1座直流背靠背换流站，通过2回交流500千伏线路分别接入福建东林和广东嘉应500千伏变电站。

该工程是继江城直流（三广直流）后，国网和南网之间的又一互联工程，对加强两网互联互通、余缺互济和紧急事故支援能力等具有重要意义。

最新消息：今年6月15日，闽粤联网工程（福建段）正式取得《用地预审与选址意见书》，至此，闽粤联网工程核准前所需的福建省内支持性文件已全部取得，标志着工程项目取得突破进展。