高电压工程课程小论文

一、高压直流输电系统发展概况HVDC技术是从20世纪50年代开始得到应用的。

经过半个世纪的发展，HVDC 技术的应用取得了很大的进步。

据不完全统计，目前包括建设工程在内，世界上已有近百个HVDC工程，遍布5大洲20多个国家。

HVDC的发达地区在欧洲和北美，ABB和西门子等公司拥有最先进的HVDC技术，美国是HVDC工程最多的国家。

HVDC在我国是从20世纪80年代末开始应用的，起步虽然较晚，但发展很快。

目前包括建设工程在内，总输送容量已达18000MW以上，总输送距离超过7000km,该两项指标均已成为世界第一。

我国第一个HVDC工程是浙江舟山HVDC 工程（为工业试验性工程），葛沪HVDC工程是我国第一个远距离大容量HVDC 工程，灵宝（河南省灵宝县）HVDC工程是我国第一个背靠背HVDC工程。

我国已经邮多条直流线路投入运行，这些直流输电工程的投运标志着我国的直流输电技术有了显著的提高和发展[1]。

我国拥有世界上先进的直流输电技术, 如换流站中首次采用GIS全封闭组合电气及户内直流开关场, 既有传统的电触发也有大功率光触发可控硅换流阀、光TA及有源滤波器技术, 直流线路用720mm2 大截面导线及OPGW复合地线光缆。

我国直流输电技术应用的日益广泛, 必将促进直流设备国产化进程的加快。

目前, 国家计划通过3 个阶段逐步实现直流工程的全面国产化。

自舟山直流工程开始到三峡第一条直流工程等4 个工程, 为国产化的初始阶段; 再经过三广、贵广直流建设, 为国产化的第二阶段( 即从阀元件到换流变、平波电抗器等主要设备基本掌握设计、制造、试验技术) ; 再通过华中- 西北背靠背工程等二三个工程, 实现全面国产化的第三阶段, 其主要标志为直流输电工程设计、设备制造、施工调试和运行管理全面实现独立自主, 并建立完善的质保体系[2]。

随着三峡工程的兴建和贯彻中央“西电东送”的发展战略，我国将陆续兴建一批超高压、大容量、远距离直流输电工程和交直流并联输电工程。

此外，在这些新建工程中还将采用直流输电的新技术。

随着我国直流输电技术的日益完善，输电设备价格的下降和可靠性的提高，以及运行管理经验的不断积累，直流输电必将得到更快的发展。

标志着我国直流输电将进入一个新的发展时期[1]。

二、高压直流输电系统构成组成部分有：三相电源，换流站，输电电缆或者架空线，换流站，交流电网。

系统的机构图如下[1]：图2-1 高压直流输电系统结构图1-换流器（整流器&逆变器）；2-换流变压器；3-直流电抗器；4-交流滤波器；5-直流滤波器；6-调试设备；7-直流输电线。

下面分别阐述各组成部分的作用[1]：1、换流器：如上图所示，在直流线路两端都有进行直流转换的换流站，即在送端将交流电转换为直流电，经直流线路送到受端后再将直流电转换为交流电，将交流电转换为直流电得过程称为整流，而将直流电转换为交流电的过程称为逆变，实现整流和逆变的装置分别称为整流器和逆变器，相应的换流站分别称为整流站和逆变站。

2、换流变压器换流变压器为换流器提供适当大小和相位的换相电压，在直流系统发生短路故障时，其阻抗还起限制短路电流、避免换流器损坏的作用。

3、平波电抗器1）平抑直流线路中的谐波电流；2)减少逆变器的换相失败；3）防止轻载时的电流不连续；4）在直流线路短路时限制换流器的峰值电流。

4、交直流滤波器作用是滤除换流器产生的谐波电流，交流滤波器还兼提供换流所需部分无功的任务。

5、通信系统在换流站之间传送运行控制和语音信息，以实现HVDC系统的协调控制。

为了利用大地（或海水）为回路来提供HVDC系统运行的灵活性和可靠性，HVDC系统还应有接地极及其引线。

三、换流技术1、概述在高压直流输电系统中, 只有输电环节是直流电, 发电系统和用电系统仍然是交流电。

在输电线路的始端, 发电系统所发出的交流电经升压变压器升压后, 送到整流器中。

整流器的主要部件是可控硅变流器和进行交直流变换的整流阀, 它的功能是将高压交流电变为高压直流电后送入输电线路。

直流电通过高压直流输电线路传输后送到逆变器中, 逆变器的结构与整流器相同而作用刚好相反,它把高压直流电转化为高压交流电, 再经过降压变压器降压后以交流的形式输送到用电系统中。

由于整流和逆变是可以互相转换的, 故通过改变换流器的控制状态, 既可以把能量从直流系统传递到交流系统中, 也可以从交流系统中传递到直流系统中去, 这样就更增加了直流输电的用途, 由此实现电网之间的互联以及电能的反送。

这就是高压直流输电系统的换流过程。

直流输电的发展与换流技术密切相关，其中特别是大功率换流器件起着关键的作用。

直流输电换流技术包括实现换流的高压大功率换流阀和控制保护装置，以及进行换流的理论方法，而前者往往起决定性作用。

例如，用普通晶闸管换流阀进行换流，只能采用6脉动或12脉动电网换相换流器进行自然换流，换流阀无关断电流的能力，换流器在运行中需要大量的无功功率；而采用高频可关断的IGBT、IGCT器件，则可应用脉宽调制（PWM）技术进行换流，大大的改善了换流器的特性。

因此，换流技术是实现直流输电的基本条件，换流技术的发展促进了直流输电的发展，而直流输电的发展又反过来促进换流技术的发展。

新型换流设备的应用以及换流技术的改进，将降低换流设备的造价，改善直流输电系统的运行性能，提高系统的可靠性，从而扩大其应用范围。

换流技术水平的高低是决定直流输电各种运行性能和经济性能的重要因素。

2、换流站的基本换流单元直流输电换流站由基本换流单元组成，基本换流单元是在换流站内允许独立运行，进行换流的换流系统，主要包括换流变压器、换流器、相应的交流滤波器和直流滤波器以及控制保护装置等，目前工程上采用的基本换流单元有6脉动换流单元和12脉动换流单元两种。

它们的主要区别在于所采用的换流器不同，前者采用6脉动换流器（三相桥式换流回路），而后者则采用12脉动换流器（由两个交流侧电压相位差300的6脉动换流器组成）[3]。

1）6脉动换流单元6脉动换流单元由换流变压器、6,脉动换流器以及相应的交流滤波器以及相应的交流滤波器、直流滤波器和控制保护装置所组成。

由图3-1所示：图3-1 6脉动换流单元原理接线图1-交流系统；2-换流变压器；3-6脉动换流器；4-平波电抗器；5-交流滤波器；6-直流滤波器；7-控制保护装置6脉动换流单元的换流变压器可以采用三相结构也可以采用单相，其阀侧绕组的接线方式可以是星形和三角形接线。

6脉动换流器在交流侧和直流侧分别产生6K+1和6K-1次和6K次的特征谐波（K为正整数）。

因此，在交流侧需要配备6K+1和6K-1的交流滤波器，而在直流侧除平波电抗器以外，对于架空线来说还需要配备6K次的直流滤波器。

除图上标出的主要设备之外，还有相应的交直流避雷器和交直流开关设备以及测量设备等。

2）12脉动换流单元12脉动换流单元是由两个交流侧电压相位相差300的6脉动换流单元在直流侧串联而在交流侧并联所组成，其原理接线图如图2-2所示：图 2-2 12脉动换流单元原理接线图（a）双绕组换流变压器；（b）三绕组换流变压器1-交流系统；2-环流变压器；3-12脉动换流器；4-平波电抗器；5-交流滤波器；6-直流滤波器；7-控制保护装置12脉动换流单元可以采用双绕组或三绕组换流变压器。

为了得到换流变压器阀绕组的电压相位差300，其阀侧绕组的接线方式，必须一个为星形连接，另一个为三角形接线。

换流变压器可以选择三相结构或单相结构。

因此，对于一组12脉动换流单元的换流变压器，可以有四种选择方案：1）1台三相三绕组变压器；2）2台三相双绕组变压器；3）3台单相三绕组变压器；4）6台单相双绕组变压器。

12脉动换流器在交流侧和直流侧分别产生12K+1、12K-1和12K次的特征谐波。

因此在交流侧和直流侧只须分别配备12K+1、12K-1和12K次的滤波器。

从而可简化滤波装置，缩小占地面积，降低换流造价。

这是现则12脉动换流单元作为基本换流单元的主要原因。

对于12脉动换流单元除图上标出的主要设备外，还有相应的交直流避雷器和交直流开关以及测量设备等。

大部分直流输电工程均采用每极一组换流单元的接线方式，因此这种接线方式换流站的设备数量最少，投资最省，运行可靠性最高。

但是在以下情况，有时需要考虑采用每极两组基本换流单元接线方式：1）当直流输送容量大，而交流系统相对较小时。

2）当换流站的设备（主要是换流变压器），对于每极一组基本换流单元来说，制造或运输困难。

3）根据工程分期建设要求，每极分成两期建设在经济上有利时。

四、高压直流输电系统主设备1、换流装置换流器是高压直流输电工程中最重要的元件。

它们不仅完成交直流的转换，实现整流和逆变的功能，而且整流器还具有开关的功能。

通过对整流器实施快速控制，实现高压直流输电系统的起动和停运，从而有效地保护直流输电系统，它们是交流电网安全和稳定运行的重要保障。

换流器一般由阀桥和带抽头的变压器构成。

阀桥可以是6脉波或者是12脉波(采用直流端串联、同时交流端并联方式)的高压晶闸管桥。

为了减少换流器正常运行时产生的注入交、直流系统的谐波，同时降低交、直流滤波器的安装容量及投资费用，现代高压直流输电工程均采用12 脉动换流器作为基本换流单元。

换流变压器向阀桥提供适当等级的不接地三相电压源。

由于变压器阀侧不接地，直流系统能建立自己的对地参考点，通常将阀换流器的正端或负端接地。

换流变压器的交流侧配有有载调压分接头。

变压器交流侧绕组通常采用星形接地连接，阀侧绕组通常采用三角形或星形连接。

2、换流变压器在高压直流输电系统中，换流变压器是最重要的设备之一，它不仅参与了换流器的交流电与直流电的相互变换，而且还承担着改变交流电压数值（即变交流电压为桥阀所需电压）、抑制直流短路电流、削弱交流系统入侵直流系统的过电压、减少换流器注入交流系统的谐波等作用。

此外换流变压器容量大、设备复杂、投资昂贵，因此，换流变压器的可靠性、可用率以及投资对整个直流输电系统起着关键性的影响。

换流变压器具有4种结构型式，即三相三绕组式、三相双绕组式、单相双绕组式和单相三绕组式。

对于中小型直流输电工程，宜优先采用三相三绕组型式的换流变压器。

对于容量较大的换流变压器，可采用单相变压器。

而对于大型直流输电工程，宜采用单相三绕组换流变压器。

3、交流滤波器交流滤波器位于换流站交流场中，并联接于交流滤波器小母线上，主要作用是抑制换流器产生的注入交流系统的谐波电流，同时部分补偿换流器吸收的无功功率。

对单桥用调谐滤波器吸收 5、7、11 次(6k±1次)谐波，用高通滤波器吸收高次谐波；对双桥用11、13 次(12k±1次)谐波滤波器及高通滤波器。

以抑制12脉动换流器产生的注入交流系统的12k±1（k为正整数）次特征谐波。