葛洲坝_上海高压直流输电系统简介_1_

・技术讲座・

葛洲坝—上海高压直流输电系统简介(1)

上海超高压输变电公司(201402) 吴元熙

编者按　葛洲坝至上海±500kV直流输电系统运行已近10年,为满足广大读者全面了解该工程全貌的愿望,本刊请作者就直流输电的特点、工程概况、基本原理、换流站主要设备、控制调节和保护等内容作较全面的介绍,从本期起以《技术讲座》的形式分5～6期刊出。正在建设中的“三峡”工程将大量采用直流输电的形式,促成大区间的联网,相信本系列讲座的刊出,将有助于普及直流输电的知识。

直流输电常用于跨海峡输电、电缆向市中心供电、非周期联网和远距离大容量输电。其中远距离大容量输电是直流输电的一个重要方面,约占世界已投入运行的直流输电工程的70%。葛洲坝—上海直流输电工程就属于这一类型。

1　直流输电的特点

1.1　优点

1)线路造价低

对于架空线路,常见三相交流输电线路需3根导线,而单极直流输电线路只需2根导线,当用大地或海水作回路时,仅需一根导线。因此,架空线的杆塔载荷小,线路所需走廊也较窄。在输送相同功率的条件下,直流输电可节省大量有色金属、钢材、绝缘子等材料。如果输电线路建设费用相等,则直流输电输送的功率通常可为交流输送功率的1.5倍。同时直流输电设备无集肤效应,导线截面得到充分利用,导线的功率损耗也比交流输电为小。

对同一电压等级,直流电缆比交流电缆的造价要低得多。油浸纸绝缘电缆的直流允许工作电压约为交流允许工作电压的3倍。因此,直流电缆输电的投资要比交流输电省得多。

2)适宜远距离输电

高压交流电缆线路单位长度的电容电流很大,为避免电缆的芯线过热,电缆输送交流容量总是远低于自然功率,这又使电缆线路末端或中间部分因电容效应而使电压升高,需要在电缆线路中安装并联电抗器补偿,以确保正常运行。采用直流输电就无此弊病。

3)输电距离不受电力系统同步运行稳定要求的限制

在交流电力系统中的所有发电机都要保持同步运行,如果输送功率过大或输电距离过长,线路两端的功角差过大,就不能保证系统运行的可靠性。而直流输电,由于不存在电抗,也就不存在系统稳定问题,因此,直流输电就不受距离的限制,两端连接的交流系统不需要同步运行,可按各自的电压、频率、相角运行,与对侧无关。

4)限制短路电流

用交流线路互联的电力系统,短路电流随系统容量的增加而会增大,可能会超出部分原有断路器的遮断容量。而用直流线路连接的两个交流系统,直流系统的“定电流控制”将快速地把短路电流限制在额定电流值之内,即使在暂态过程中也不超过2倍额定值。

5)交直流输电线路并列运行可提高交流输电系统的稳定性

在直流输电系统和交流输电系统的一端,或者两端都连接在一起并联的情况下,当交流输电线因扰动引起输送功率变化时,可迅速地调节直流输电的功率,以抵消交流输电系统因扰动引起的功率变化量。特别在事故情况下,能方便而快速调整功率甚至实现潮流翻转,对另

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一端事故系统进行紧急支援,从而提高了系统的稳定性。

6)接线方式灵活,提高了运行可靠性

直流输电接线方式有双极、单极大地回线、单极双线并联大地回线和单极金属回线4种,可按需要选择。一般,正常运行采用双极方式,一根导线是正极,另一根是负极,中性点接地,当一根导线或一极设备发生故障时,另一极的另一根导线能以大地作回路,继续输送一半功率或全部功率;如果设备绝缘薄弱或线路沿线某段大雾,还可降压运行,从而提高了运行的可靠性。

7)可以于分阶段建设,分期投资

可以先建造一个极,然后再增资建造另一个极。换流器也可以采取逐步增多串联(或并联)换流器个数的方法,提高直流输电系统的额定电压(或电流),增加输送功率,有利于提早收回投资。

1.2　缺点

1)换流装置价格昂贵,结构复杂

换流装置都由许多高电压、大电流可控硅元件串联组成一个桥阀,并附带有均压电阻器、电容器、电抗器、冷却装置以及电子触发板等组成,约占总投资1/3。

2)消耗无功功率

换流器在运行时,需要消耗较大的无功功率。一般情况下,整流器和逆变器所需无功功率分别为有功功率的30%～50%和40%～60%。

83)产生谐波

换流器运行中,会在交流侧和直流侧产生谐波电压和谐波电流,使电容器和发电机过热;使换流器本身的控制不稳定;对通信系统产生干扰。

4)缺乏直流开关

由于直流输电电流不像交流电流有过零点,故较难熄弧。一般是通过闭锁换流器的控制脉冲,使电流降到零,起到部分开关功能的作用。因此在多端供电时,不如交流方便。

5)控制装置复杂

虽然直流输电系统能方便而迅速地调节与控制功率、电流、电压、频率、无功功率,但控制装置复杂,通常需采取双重化措施,以保证可靠运行。

1.3　直流输电适用场合

根据直流输电的特点,直流输电主要适用于:

1)远距离大功率输电;

2)海底电缆隔海输电;

3)出线走廊拥挤地区,可用电缆代替高压架空线,向用电密度高的城市供电;

4)两大系统互联或不同频率的两电网连接;

2　葛上直流输电概况

葛洲坝至上海直流输电工程是典型的双极两线一地制的直流输电系统,其原理结线如附图所示。系统由送端交流系统、整流站、直流输电线路、逆变站、受端交流系统以及控制保护系统所组成。葛上直流系统换流站的全套设备是从瑞士、德国BBC-SIEM ENS公司引进。工程分两期建设,第一期±500kV双极线路以及两端换流站一极和相应配套工程于1989年9月17日联网送电。另一极和双极于1990年8月20日建成投运。

附图　葛洲坝至上海直流输电系统原理结线

2.1　送端与受端交流系统

送端交流系统属华中电网,受端交流系统属华东电网,华东电网是我国最大的电网,华中电网拥有葛洲坝大型水电站。

2.2　换流站

逆变站和整流站统称为换流站,通过控制

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