直流输电优点及适用场合 (阿灯).doc

直流输电优点及适用场合1输送相同功率时线路造价低交流输电架空线路通常采用3根导线而直流只需1根单极或2根双极导线因此直流输电可节省大量输电材料同时也可减少大量的运输、安装费2线路有功损耗小由于直流架空线路仅使用1根或2根导线所以有功损耗较小并且具有quot空间电荷quot效应其电晕损耗和无线电干扰均比交流架空线路要小3适宜于海下输电在有色金属和绝缘材料相同的条件下直流时的允许工作电压比在交流下约高3倍2根心线的直流电缆线路输送的功率Pd比3根心线的交流电缆线路输送的功率Pa大得多运行中没有磁感应损耗用于直流时则基本上只有心线的电阻损耗而且绝缘的老化也慢得多使用寿命相应也较长4系统的稳定性问题在交流输电系统中所有连接在电力系统的同步发电机必须保持同步运行如果采用直流线路连接两个交流系统由于直流线路没有电抗所以不存在上述的稳定问题也就是说直流输电不受输电距离的限制5能限制系统的短路电流用交流输电线路连接两个交流系统时由于系统容量增加将使短路电流增大有可能超过原有断路器的遮断容量这就要求更换大量设备增加大量的投资直流输电时就不存在上述问题6调节速度快运行可靠直流输电通过晶闸管换流器能够方便、快速地调节有功功率和实现潮流翻转。

如果采用双极线路当一极故障另一极仍可以大地或水作为回路继续输送一半的功率这也提高了运行的可靠性直流输电适用于以下场合远距离大功率输电海底电缆送电不同频率或同频率非同期运行的交流系统之间的联络用地下电缆向大城市供电交流系统互联或配电网增容时作为限制短路电流的措施之一配合新能源的输电直流输电系统运行方式直流输电系统运行方式OperationmodeofHVDCsystem指可由运行人员进行选择的直流系统稳态的运行状态它通常由不同的直流系统接线方式或由直流系统不同的控制方式所确定对于两端双极的直流输电系统由不同的直流系统接线方式确定的运行方式可分为双极或单极运行1.双极接线运行方式架空线路的双极运行方式采用大地做回路某些工程设计为双极运行时如果大地回路损坏中断则自动转换为换流站内接地网为回路的暂时稳定运行方式这种运行方式必须保证双极直流电流完全平衡并配有良好的控制和保护功能2.单极接线运行方式当某一极换流站主设备或直流极线故障可采用单极大地回路方式如果接地极损坏可采用单极金属回线运行方式当某一极换流站主设备损坏可采用单极双极线并联运行方式不同的单极运行方式的损耗和运行费用不同海缆工程多为使用另一根海缆作为回路的运行方式。

对于两端双极直流输电系统由不同的直流控制方式确定的运行方式通常包括1.直流电流控制运行方式指运行控制中保证每极的直流电流与整定的直流电流值相同2.直流功率控制运行方式指运行控制中保证每极的直流输送功率与整定的直流功率值相同3.全压运行指极的直流运行电压值控制为额定直流电压4.降压运行指极的直流运行电压值控制为设计允许的降压电压值5.双极平衡运行指运行中双极的直流电压和直流电流值完全相同因此双极输送的直流功率相等接地极中的直流电流保持在设计允许的偏差之内6.双极不平衡指双极中的一极称为独立运行极按照自行整定的参数包括直流功率、直流电流或是否降压等参数运行另一极则将整定的双极输送功率值与独立运行极的输送功率的动态差值作为自己的输送功率整定值某些直流工程还设计为可双向送电这样的系统则存在潮流反送的运行方式不同运行方式的选择主要根据交、直流系统的运行条件和设备的状况决定第1章导论1.11.11.11.1高压直流输电概况1.1.1交流输电还是直流输电关于电能的输送方式是采用直流输电还是交流输电在历史上曾引起过很大的争论美国发明家爱迪生、英国物理学家开尔文都极力主张采用直流输电而美国发明家威斯汀豪斯和英国物理学家费朗蒂则主张采用交流输电。

在早期工程师们主要致力于研究直流电发电站的供电范围也很有限而且主要用于照明还未用作工业动力例如1882年爱迪生电气照明公司创建于1878年在伦敦建立了第一座发电站安装了三台110伏“巨汉”号直流发电机这是爱迪生于1880年研制的这种发电机可以为1500个16瓦的白炽灯供电这一阶段发电、输电和用电均为直流电如1882年在德国建成的57km向慕尼黑国际展览会送电的直流输电线路2kV1.5kW1889年在法国用直流发电机串联而得到高电压从毛梯埃斯Moutiers到里昂Lyon的230km直流输电线路125kV20MW等均为此种类型但是随着科学技术和工业生产发展的需要电力技术在通信、运输、动力等方面逐渐得到广泛应用社会对电力的需求也急剧增大由于用户的电压不能太高因此要输送一定的功率就要加大电流PIU而电流愈大输电线路发热就愈厉害损失的功率就愈多而且电流大损失在输电导线上的电压也大使用户得到的电压降低离发电站愈远的用户得到的电压也就愈低直流输电的弊端限制了电力的应用促使人们探讨用交流输电的问题爱迪生虽然是一个伟大的发明家但是他没有受过正规教育缺乏理论知识难以解决交流电涉及到的数学运算阻碍了他对交流电的理解所以在交、直流输电的争论中成了保守势力的代表。

爱迪生认为交流电危险不如直流电安全他还打比方说沿街道敷设交流电缆简直等于埋下地雷并且邀请人们和新闻记者观看用高压交流电击死野狗、野猫的实验那时纽约州法院通过了一项法令用电刑来执行死刑行刑用的电椅就是通以高压交流电这正好帮了爱迪生的大忙在他的反对下交流电遇到了很大的阻碍但是为了减少输电线路中电能的损失只能提高电压在发电站将电压升高到用户地区再把电压降下来这样就能在低损耗的情况下达到远距离送电的目的而要改变电压只有采用交流输电才行1888年由费朗蒂设计的伦敦泰晤士河畔的大型交流电站开始输电他用钢皮铜心电缆将1万伏的交流电送往相距10公里外的市区变电站在这里降为2500伏再分送到各街区的二级变压器降为100伏供用户照明以后俄国的多利沃——多布罗沃斯基又于1889年最先制出了功率为100瓦的三相交流发电机并被德国、美国推广应用事实成功地证实了高压交流输电的优越性并在全世界范围内迅速推广随着三相交流发电机感应电动机和变压器的迅速发展发电和用电领域很快被交流电所取代同时变压器又可方便地改变交流电压从而使交流输电和交流电网得到迅速的发展并很快占据了统治地位随着科学的发展为了解决交流输电存在的问题寻求更合理的输电方式。

由于直流输电具有远距离海底电缆或地下电缆输电不同频率电网之间的联网或送电等优点人们现在又开始采用直流超高压输电但这并不是简单地恢复到爱迪生时代的那种直流输电发电站发出的电和用户用的电仍然是交流电只是在远距离输电中采用换流设备把交流高压变成直流高压这样做可以把交流输电用的3条电线减为2条大大地节约了输电导线如莫桑比克的卡布拉巴萨水电站至阿扎尼亚的线路架空直流输电线路长1414公里输电电压为50万伏可输电220万千瓦1954年HVDC输电首次商业性成功地应用于瑞典大陆与哥特兰岛之间的输电线路这套系统采用汞弧阀通过90km的水下电缆供给20MW的功率从此高压直流输电得到了稳步发展随着晶闸管阀的出现高压直流输电更加具有吸引力第一个采用晶闸管阀HVDC系统是于1972年建立的依尔河系统它是连接加拿大新不伦威克省和魁北克省的一个320MW背靠背直流输电系统晶闸管阀已成为直流换流站的标准设备换流设备的新发展使其体积减小、成本降低而可靠性得到了提高这些发展使高压直流输电得以更广泛地应用电力电子技术和计算机技术的迅速发展使直流输电技术日趋完善多端直流输电技术也已取得运行经验1.1.2我国直流输电现状1早在50年代初中国就已关注直流输电当时政府派人去学习苏联的高压汞弧阀设计制造。

1978年上海投运一条31kV、150A、送电电缆长9km的直流输电试验线累计运行2300h2舟山直流输电工程于20世纪70年代后期开始进行调查研究与可行性分析1980年底由中国国家计委和国家科委正式批准建设1981年国家科委与浙江省电力工业局、西安电力机械制造公司简称西电公司签订了科研总合同1982年签订了新产品研制协议与供货合同由西安电力机械制造公司、北京重型机械厂、红旗电缆厂和上海继电器厂承制1984年开始土建1986年底完成设备安装1987年进行调试于同年12月投入试运行1989年9月1日通过了国家鉴定并正式投入运行该工程的输电距离为54.1km其中架空线分三段总长42.1km海底电缆分二段总长12km第一期工程的规模为单极直流-100kV500A50MW采用6脉动换流器留有扩建二期工程的位置最终规模为双极直流±100kV500A100MW建设该工程的目的除了实行大陆向舟山地区供电以外同时通过工程建设还可促进中国高压直流输电技术的发展3为了把葛洲坝水电站丰水期多余电力送至上海1984年10月国家批准建设葛洲坝至上海直流输电工程??989年投入运行规模为±500kV、1.2kA、双极额定输送容量1200MW线路全长1045.7km。

设备及技术主要从瑞士BBC公司引进由中国安装调试4随着天生桥一、二级水电站的建设天生桥送广东500kV交流输电线已有二条增加一条直流线路可以利用附加控制功能进行直流调制以抑制两个电力系统间的功率振荡同时可以增加原有交流联网线路的输送容量天广500kV直流输电工程西起贵州安龙马窝东至广州北郊该线1998年4月16日开工由西门子公司总承包总投资39.8亿元规模:±500kV、1.8kA、双极额定容量1800MW线路全长980km该线已于2000年12月底单极投产2001年6月26日双极投产工程有所创新采用了有源直流滤波器、直流光纤电流互感器、合成材料穿墙套管等同时在工程质量、造价控制、建设速度以及调试方面都是国内最好水平5三峡至常州±500kV直流输电工程西起宜昌龙泉东至常州政平全长890km额定输电容量3000MW2002年单极投运2003年双极投运直流线路采用ASCR-720/50四分裂导线是我国采用截面最大的导线随线架设OPGW复合地线光缆一条不但提供快速、可靠的远动信号完善了调度通信功能还可望在东西部之间架起信息高速公路6随着三峡电站将于2003年开始投运国家电力公司部署了“西电东送、南北互联、全国联网”的方针。

全国互联电网的基本格局是以三峡输电系统为主体向东西南北方向辐射形成以北、中、南送电通道为主体南北电网间多点互联纵向通道联系较为紧密的全国互联电网格局北、中、南三大片电网之间原则上采用直流背靠背或常规直流隔开以控制交流同步电网的规模另一方面随着西部开发号角的吹响龙滩、公伯峡、洪家渡、索风营、乌江渡扩机、百色水利枢纽、紫坪铺水利枢纽等水电工程的开工以及后继工程小湾、三板溪、溪洛渡、景洪、瀑布沟、拉西瓦、彭水等正在编制可行性研究预计今后十几年内直流输电项目不少十五”期间安排了7项直流输电工程除三峡至常州外荆州至惠州博罗响水镇±500kV、3000MW、940km工程已由ABB公司中标将于2005年投运安顺至肇庆±500kV、3000MW、980km工程已由西门子公司中标也将于2005年投运稍后开工的还有三峡至上海练塘±500kV、3000MW工程作为大区互联的直流背靠背工程将有陕西至河南灵宝、邯郸至新乡、东北至华北项目其中灵宝直流换流站额定容量为360MW已被列为直流输电国产化的依托工程后两项目的规模及落点也将在近期内明确1.1.3已采用的直流输电类型以下是已采用的高压直流输电的类型1超过30km左右的水下电缆。

由于电缆的大电容需要中间补偿站对这么长的距离来说交流输电是不切实际的瑞典FENNO芬兰SKAN横跨海峡采用220km长的电缆2两个交流系统之间的异步联接由于直流系统稳定性问题或两系统的额定频率不同在这钟情况下也不适宜采用交流联接另外两大系统逐渐发展需要互联它们虽有相同的频率有时却不同期采用直流互联也是常用手段这两种情况在美国最多见其它印度、日本、欧洲等地方也采用3大容量远距离架空线输电超过700km距离时用高压直流输电替代交流输电极具竞。