换流站及其主要设备

我国高压直流输电的发展历史


1、葛洲坝一南桥直流输电工程（简称葛一南 直流工程） 1982 年开始对葛洲坝水电站向华东送电进行 可行性研究，由于直流输电在远距离输电和联 网方面的优点，最终选择了直流输电方案。该 工程既解决了葛洲坝电站向华东上海地区的送 电问题，又实现了华中与华东两大电网的非同 期联网，它具有输电和联网的双重性质。
直流输电的缺点


一、换流站的设备较昂贵 二、换流装置要消耗大量的无功功率 三、换流装置是一个谐波源，在运行中要产生 谐波，影响系统的运行 四、换流装置几乎没有过载能力，所以对直流 系统的运行不利
直流输电的优缺点


五、由于目前高压直流断路器还处于研制阶段， 所以阻碍了多端直流系统的发展 六、以大地作为回路的直流系统，运行时会对 沿途的金属构件和管道有腐蚀作用，以海水作 为回路时，会对航海导航仪表产生影响。


六、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。这不仅在正常 运行时保证稳定地输出功率，而且在事故情况 下，可通过正常的交流系统一侧由直流线路对 另一侧事故系统进行紧急支援。或者在交、直 流线路并联运行时，当交流系统发生短路，可 暂时增大直流输送的功率以减小发电机转子加 速，从而提高系统运行的稳定性。 单极运行

四、没有系统的稳定问题 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。所谓“系统稳 定”，就是指在系统受到扰动后所有互联的同 步发电机具有保持同步运行的能力。由于交流 系统具有电抗，输送的功率有一定的极限，当 系统受到某种扰动时，有可能使线路上的输送 功率超过它的极限。

３）谐波滤波器 换流器在交流和直流两侧均产生谐波电压和谐 波电流。 作用：滤波
二、换流站主接线

４）无功功率支持 换流器内部要吸收无功功率，稳态条件下，所 消耗的无功功率是传输功率的50 ％左右。
二、换流站主接线

５）接地极
直流线路与接地极线路同塔架设
二、换流站主接线

６）直流输电线 可以是架空线，也可以是电缆。除了导体数和 间距的要求有差异外，直流线路与交流线路十 分相似。

三、换流器的故障状态

6）误导通 对整流元件，引起输出电压的不规则（谐波）。 对逆变的误导通会引起换相失败。 7）换相失败 反压角太小。 电源电压下降，换相电压下降引起失败。 换相重叠角太大。 交流系统电压不对称，引起交流侧过零时间改变，使 反压角改变。 直流电流对换相的影响。
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葛－－南直流工程为双极±５００kV 、１ 200 A 、1200MW ，输送距离约１０４５ｋ Ｍ。 1985 年10 月开工，1989 年9 月极１ 投入运 行，1990年8 月全部工程建成，并投人商业运 行。原瑞士BBC 公司和德国西门子公司提供。
我国高压直流输电的发展历史
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新建成的直流线路： １）三峡－－上海 （500kV,2007） ２）贵州－－广东第２回直流输电 (500kV,2007)
我国高压直流输电的发展历史

南网超高压输电公司安宁局（以下简称安宁局）位 于云南省安宁市，成立于2008年6月27日，属国有大型 企业。全局现有职171人，平均年龄29．23岁，其中本 科及以上学历50人，硕士研究生3人。目前安宁局设有综 合科、安生部、变电部、输电部4个部门，主要负责国家 “西电东送”和西部大开发战略中云南至广东±800千伏 直流输电工程（以下简称“云广特高压直流工程”）楚 雄换流站以及±800干伏输电线路部分段设备的运行维护 工作。
我国高压直流输电的发展历史
我国高压直流输电的发展历史





2004以后投入的直流工程 三峡－－广东直流输电工程(2004.2-6) 工程为双极±500ｋＶ 、3000 A 、 3000ＭＷ， 全长约960 km。ABB 贵州－－广东直流输电工程(2004.6) 工程为双极±500ｋＶ 、3000 A 、 3000ＭＷ， 全长约960 km。siemens 灵宝背靠背直流工程 （2005） 360MW、120kV、3000A
我国高压直流输电的发展历史


2、天生桥－－广州直流输电工程（简称天一 广直流工程） 1991 年开始进行可行性研究，1997 年与德国 西门了公司签订了供货合同，2000年12 月极 １ 投人运行，2001 年工程全部建成。该工程 为西电东送工程的一部分。直流工程为双极 ±500ｋＶ 、 1800 A 、1800ＭＷ，西起天生 桥水电站附近的马窝换流站，东至广州的北郊 换流站。全长约960 Ｋｍ。
直流输电系统的分类

D “背靠背”( back-to-back ）换流方式 没有直流输电线路，而将整流站和逆变站建在 一起的直流系统称为“背靠背”换流站。这种 方式适用于不同额定频率或者相同额定频率非 同步运行的交流系统之间的互联。因为没有直 流输电线路，所以直流系统可选用较低的额定 电压。这样，整个直流系统的绝缘费用可降低。 目前世界各国已修建和准备投建的“背靠背” 直流工程较多，其主要用途是系统的增容时限 制短路容量，从而不致更换大量的电气设备。
换流站及其 主要设备
一、概述

① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ ⑧ ⑨
换流站的主要设备有： 阀厅 控制楼 换流变压器 交流开关场 滤波器 无功补偿设备 接地极 辅助设备 站用电系统
阀厅
阀厅
阀厅
换流变压器
换流变压器
换流变压器
换流变压器
开关场
开关场
贵州安顺换流站
滤波器
滤波器
电容器
新建成的直流线路： 3 ）云南－－广东（±800千伏直流输电工程 ）
云—广特高压直流工程于2006年12月19日开工建 设。工程途经云南、广西、广东三省（区），线路全长 1373公里，额定直流电压为±800千伏，输送容量500 万千瓦。 2009年12月底，云—广特高压直流单极投运，输 送容量达到260万千瓦。2010年6月双极投产后，输送 容量达到500万千瓦。 云广直流工程两端换流站共56台换流变压器（含备用 8台）。其中28台800千伏高端换流变由西门子公司和沈变、 西变、保变等国内三大变压器厂联合设计、共同制造，其 中，17台由西门子公司生产，11台由国内三大变压器厂生 产。28台400千伏低端换流变压器全部由国内厂家自主设 计和制造。800千伏换流变运输重量333吨，属超宽超高超 重，运输十分困难。
直流输电的优缺点



根据ＨＶＤＣ的优缺点，直流输电适用于以下场合： 1 ）远距离大功率输电 2 ）海底电缆送电 3 ）不同频率或同频率非周期运行的交流系统之间的 联络 4 ）用地下电缆向大城市供电 5 ）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 6 ）配合新能源的输电


直流输电系统的分类


由于目前各种类型的直流断路器都还处于研制 阶段，致使直流输电系统还不能像交流系统一 样构成各种复杂的网络，所以目前直流输电大 多是两端供电系统。 该系统常见的接线类型有：
直流输电系统的分类

１）单极线路方式 是用一根架空导线或电缆线，以大地或海水作 为返回线路组成的直流输电系统
二、换流站主接线

７）交流断路器 为了排除变压器故障和使直流联络线停运，在 交流侧装有断路器，它们不是用来排除直流故 障的，因为直流故障可以通过换流器的控制更 快地清除。
断路器
二、换流站主接线




8）换流变压器 利用原副边的匝数不同取得所需电压，与电力 变压器基本相同，但须注意几个问题。 9）晶闸管装置的过电压、过电流保护P200 10）触发回路P197 11）元件的均压 12）阀的安装形式 13）冷却方式
重达530吨的±800千伏楚雄换流站高端变压器
1.4 直流输电的优缺点

优点： 一、输送相同功率时，线路造价低 对于架空线路，交流输电通常采用3 根导线， 而直流只需1 根（单极）或2 根（双极）导线。 直流输电对其线路走廊、铁塔高度、占地面积 等方面，也比交流输电优越。对于电缆线路， 直流电缆与交流电缆相比，其投资费和运行费 都更为经济 。
惠州换流站全景图
荆州换流站全景图
二、换流站主接线
二、换流站主接线

１）换流器 它们完成交－直流和直一交流转换，由阀桥和 有抽头切换器的变压器构成 。
二、换流站主接线


２）直流平波电抗器 这些大电抗器具有高达1H 的电感，在每个换 流站与每极串联。 作用
二、换流站主接线

直流输电系统的分类



2)双极线路方式 双极线路方式有两根不同极性（即正、负极） 的导线，可具有大地回路或中性线回路。 Ａ 双极两线中性点两端接地方式 Ｂ 双极两线中性点单端接地方式
直流输电系统的分类

Ｃ
双极中性线方式

将双极两端的中性点用导线连接起来，就构成 双极中性线方式 。这种方式由于增加了一根 导线．在经济上将增加一定的投资
水冷系统
三、换流器的故障状态

1）交流侧 过电压、过电流、甩负荷 2）整流桥臂短路
元件损坏，导致非特征谐波的产生 直流侧电压下降 交流侧电流含直流分量，引起交流互感器二次波形失真。 与故障元件同一半桥的健全元件也有故障电流通过。


三、换流器的故障状态

3）逆变桥臂短路 逆变阀短路破坏了直流输电的正常运行，但不会造成 过大的故障电流。 4）直流端口出口短路 不会产生严重的过电流 对交流侧有扰动，相当于切去有功电源和无功负荷。 5）晶闸管不触发 脉冲偶尔失落，可自行恢复。 脉冲永久丢失，逆变电路不能触发，引起换相失败。
我国高压直流输电的发展历史
我国高压直流输电的发展历史

3、嵊泗直流输电工程 嵊泗直流输电工程是中国自行设计和建造的双 极海底电缆直流工程。主要解决从上海向嵊泗 岛及宝钢马迹山码头的送电问题，同时也专虑 到嵊泗岛上的风力发电发展到一定规模时也具 有向上海反送的功能，工程的主要特点是受端 为弱交流系统。工程为双极±50ｋＶ、６００ A 、６０ＭＷ，共66.2km，其中59.7km为海 底电缆。
交流输电与直流输电比较的等价 距离

交、直流输电比较的等价距离

目前国际上对架空线路其等价距离约为500-700km， 电缆线路约为 20-40km。
直流输电的优缺点

二、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 以在导线上的有功损耗较小。同时，由于直流 线路没有感抗和容杭，在线路上也就没有无功 损耗 。
直流输电的优缺点

三、适宜于海下输电 海下输电必须采用电缆。电缆的绝缘在直流电压和交 流电压作用下的电位分布、电场强度和击穿强度都不 相同，以同样截面积的油浸纸绝缘电缆为例，用于直 流时的允许工作电压比在交流下约高3 倍。因此，在 有色金属和绝缘材料相同的条件下，2 根芯线的直流 电缆线路输送的功率比3 根芯线的交流电缆线路输送 的功率P大得多。所以海下输电采用直流电统在投资 上比采用交流电缆经济得多。
我国高压直流输电的发展历史

1996 年完成各种研究工作，1997 年进行设备 订货，2002 年工程全部建成。除控制保护装 装置由许继电气股份有限公司供货外，其余全 部设备均由西安电力机械股份有限公司承包 。
我国高压直流输电的发展历史
我国高压直流输电的发展历史

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4、三峡－－常州直流输电工程（简称三－－ 常直流工程） 主要为解决三峡水电站向华东电网的送电问题， 同时也加强了华中与华东两大电网的非同期联 网。工程为双极±500ｋＶ 、3000 A 、 3000 ＭＷ，全长约860 kｍ。工程于2002 年12月极 1 投入运行，2003 年5 月全部建成 。
直流输电的优缺点

五、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。而用直流输电线路连接 两个交流系统时，就不存在上述问题，这对于 交流系统的互联具有极大的实用价值。
直流输电的优缺点