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1、电网版碳技术特高压直流输电技术目录1 .什么是特高压直流输电？ 21.1. 特高压直流输电概述21.2. 直流输电优缺点比照31.2. 1.直流电流输电31. 2. 2,交流电流输电31.2. 3.扩展资料：我国输电的相关工程：41.3. 直流输电系统开展历程41.4. 我国直流输电开展概况51.5. 换流基本单元（6脉动换流阀）51.6. 特高压换流站核心设备介绍61.6. 1.特高压换流站核心设备61.6. 2.换流变压器71.7. 3.换流变压器特点71.8. 4.交流滤波器的作用81.9. 5.直流断路器81.10. 网公司国际典型直流工程81.11. 高压工程经济带动效应102.案例
2、1东南-南阳-荆门1000kV特高压交流试验示范工程112. 1.工程概况112. 2.工程建设规模112. 2.1,晋东南变电站112. 2.2.南阳开关站112. 2.3.荆门变电站112. 2.4.线路工程112. 2.5.系统通信工程122. 3.关键技术研究123.案例2向家坝-上海十800kV特高压直流输电示范T程133. 1.工程概况133. 2.工程建设规模133. 3.关键技术研究14案例3乌东德送电广东广西特高压多端直流工程15第1页共16页图8巴西美丽山换流站1. 8.特高压工程经济带动效应相较于传统高压输电，特高压输电技术的输电容量将提升2倍以上，可将 电力送达超过25
3、00千米的输送距离，输电损耗可降低约60%,单位容量造价 降低约28%,单位线路走廊宽度输送容量增加30%o2020年，中国特高压产业直接建设总规模将到达919亿元，其中特高压 直流、交流输电线路核心设备建设规模占比分别为24.6%和22.1%。竞争格局 方面，特高压核心设备市场集中度较高，市场呈现明显头部集聚效应；铁塔、 电缆市场格局相对分散，市场呈现燕尾分布效应。“十四五”时期，特高压产业开展潜力巨大，到2025年，预计将有超过 30条新建特高压线路工程相继核准，带动社会资本进入产业链上、下游市场整 体规模可达5870亿元。特高压核心设备、工程及设备原材料、泛在电力物联 网及智能电网相关领
4、域龙头企业应受到投资重点关注。第10页共16页2.案例1东南-南阳-荆门lOOOkV特高压交流试验示范工程2.1. 工程概况晋东南一南阳一荆门lOOOkV特高压交流试验示范工程起于山西晋东南变 电站，经河南南阳开关站，止于湖北荆门变电站。全线单回路架设，全长 640km,跨越黄河和汉江。系统标称电压lOOOkV,最高运行电压llOOkV。该工程于2006年底开工建设，2009年1月6日投入运行。2. 2.工程建设规模特高压交流试验示范工程包括5局部，即晋东南变电站、南阳开关站、荆 门变电站、线路工程和系统通信工程。2. 2.1.晋东南变电站晋东南变电站位于山西省长治市长子县，装设1组3X100
5、0MVA特高压主 变压器。lOOOkV出线1回，双断路器接线，采用SF,气体绝缘金属封闭组合 电器(Gs Insulated Switchgear, GIS)500kV 出线 5 回,3/2 断路器接线，采用 混合式SFo气体绝缘金属封闭组合电器(HydG nslat SwicGIS)装设1组 3x320Mvar特高压并联电抗器，2组240Mvar低压电抗器，4组210Mvar低 压电容器。2. 2. 2.南阳开关站南阳开关站位于河南省南阳市方城县，本期不装设主变压器。lOOOkV出 线2回，双断路器接线，采HGIS设备。500kV本期无出线。装设2组 3x240Mvar特高压并联电抗器。2.
6、 2. 3.荆门变电站荆门变电站位于湖北省荆门市沙洋县，装设1组3X1000MVA特高压主变 压器。lOOOkV出线1回，双断路器接线，采用HGIS设备。500kV出线3回， 3/2断路器接线，采用HGIS设备。装设1组3x200Mvar特高压并联电抗器， 2组240Mvar低压电抗器，4组210Mvar低压电容器。2. 2. 4.线路工程第11页共16页线路全长640km,跨越山西、河南和湖北3个省，途经22个行政区。其 中，晋东南至南阳段359km,南阳至荆门段281km。2. 2. 5.系统通信工程系统通信工程分为1000kV OPGW光缆线路工程、东津线OPGW线路改造 工程、白郑线O
7、PGW线路改造工程、首峡线OPGW线路改造工程和通信设备 工程5局部。3. 3.关键技术研究关键技术研究的局部成果如下：(1)确定了系统标准电压并被推荐为国际标准。系统地评估了输送能力、送 电距离、平安稳定、运行控制、经济性能、设备难度和海拔、污秽等因素的影 响，确定特高压系统标称电压为lOOOkV、最高运行电压为llOOkV。(2)解决了过电压深度控制的难题。兼顾无功平衡需求，采用高压并联电抗 器、断路器合闸电阻和高性能避雷器联合控制过电压，并利用避雷器短时过负 荷能力，将操作过电压限制到1.61.7p.u,工频过电压限制到1.31.4p.u.,持 续时间限制在0.2s以内。(3)解决了潜供
8、电流控制的难题。采用高压并联电抗器中性点小电抗器控制 潜供电流，成功实现了 1s内的单相重合闸，防止了采用动作逻辑复杂、研制 难度大、价格昂贵的高速接地开关方案。(4)建立了特高压系统的绝缘配合方法。掌握了长空气间隙的放电特性曲 线，并成功应用于工程实践。提出空气间隙放电电压的海拔修正公式，引入反 映多并联间隙影响的修正系数，采用波前时间lOOOus操作冲击电压下真型塔 的放电特性进行绝缘配合，合理控制了各类间隙距离。(5)解决了污秽地区特高压工程的外绝缘配置难题。大规模采用有机外绝缘 新技术，在世界上首次采用特高压、超大吨位复合绝缘子和复合套管，结合高 强度瓷/玻璃绝缘子、瓷套管的使用，实现
9、了技术、经济的有机结合。(6)解决了电压提高带来的电磁环境控制难题。线路采用大截面多分裂导 线，变电站进行全场域电场计算和三维噪声计算，优化了变电站布置和金具结 构，成功开发了低噪声设备，开发了全封闭隔音室，工程的电晕损失和噪声控 制水平居国际领先地位。第12页共16页(7)具备了全面完整的特高压试验研究能力。建成了特高压交流试验基地、 高海拔试验基地和工程力学试验基地，建成了特高压电网综合仿真系统和仿真 计算数据平台，综合试验能力世界领先。(8)掌握了特高压系统的运行特性和控制规律。在世界上首次开展了特高压 电网平安稳定水平的大规模仿真计算分析，结合发电机及励磁系统的实测建 模，以及系统电压
10、控制、联网系统特性试验结果，研究掌握了特高压电网的运 行特性，提出了特高压电网的运行控制策略并成功实施。(9)掌握了特高压工程的运行检修技术。研发了全套特高压工程运行检修、 带电作业工具和平安防护装置，进行了真人真塔带电作业试验，解决了工程运 行检修的难题。(10)建立了特高压输电技术标准体系。形成了从系统集成、工程设计、设 备制造、施工安装、调试试验到运行维护的全套技术标准和试验规范，为特高 压输电的规模应用创造了条件。3.案例2向家坝-上海土 800kV特高压直流输电示范工程工程概况向家坝-上海800kV特高压直流输电示范工程是金沙江流域向家坝、溪洛 渡水电站的配套送出工程，起点为四川宜宾
11、县复龙换流站，落点为上海市奉贤 换流站，途经四川、重庆、湖北、湖南、安徽、江苏、浙江、上海等8省市， 4次跨越长江。线路全长约为1907km,工程额定输送功率6400MW,最大连 续输送功率7200MW。该工程于2007年12月开工建设，2009年12月单极 全线800kV带电成功，2010年2月实现单极低端功率输送，计划于2010年6 月底实现双极全压送电投运。4. 2.工程建设规模该工程交流侧电压为500kV,直流侧额定电压800kV,额定电流4000A。 直流侧采用双极、每极两个12脉动换流器串联接线，电压配置为 “400kV+400kV”。交流侧采用典型的3/2断路器接线，滤波器大组进
12、串。每 端换流站各装设28台换流变压器(其中4台换流变压器备用)，换流变压器最 大容量为321MVA(送端)。297MVA(受端)。每站每极包括高、低压阀厅各1第13页共16页 座，采用6英寸电触发品闸管换流阀，每台换流器容量达1800MW。直流开关 场接线采用双极直流典型接线，在阀组侧增设旁通开关回路，并考虑融冰运行 方式。每极装设1组直流滤波器和4台干式平波电抗器。干式平波电抗器分置 于极母线与中性母线，每台电感值75mH。每站每极装设1组3调谐直流滤波 器组。每站考虑3回独立电源，其中在站内设置2台500kV/10kV站用降压变 压器，分别接入交流滤波器大组母线和500kV配电装置GIS
13、母线。复龙换流站交流滤波器按3080Mvar配置，分4个大组，共14小组，每 小组无功补偿容量为220Mvar；设置1组180Mvar高压并联电抗器接入滤波 器母线，纳入换流站无功控制。复龙换流站本期出线9回，其中至泸州变电站 3回，至向家坝左岸电站2回，至向家坝右岸电站2回，至建的溪洛渡-浙西特 高压直流工程送端换流站2回，另预留1回备用。奉贤换流站交流滤波器和并联电容器总容量3746Mvar,分为4大组，共 15小组，单组容量分别为260Mvar和238Mvar。奉贤换流站本期出线3回至 远东变电站，远期出线4回，其中至远东变电站2回，至三林变电站2回。5. 3.关键技术研究截至2009年
14、底，国家电网公司完成129项特高压直流关键技术研究课题 和工程单项研究专题，制定特高压直流技术标准66项(其中企业标准57项、 行业标准8项、国家标准1项)、申报127项国家专利(其中已获授权56项)， 取得了一大批具有自主知识产权的创新成果，并成功应用到示范工程中，既解 决了一系列技术难题，又大大节省了工程投资，为特高压直流输电技术开展奠 定了良好的基础。关键技术研究的局部成果如下：(1)研究确定了特高压直流工程额定电压和主接线方式。800kV特高压直流 工程采用双极、每极两个12脉动换流器、400kV+400kV串联接线方式。(2)提出了直流电压序列推荐方案。选择500、660、800kV
15、和1000kV构 成直流输电电压等级序列，提出了各电压等级直流工程的经济输电距离、推荐 接线方式和输送容量优化方案。(3)自主编制形成了特高压直流设备全套技术规范，首次提出了 6英寸晶闸管技术参数并研制成功。第14页共16页(4)采用多换流站共用接地极，提出临近交流线路杆塔入地电流影响解决措 施，成功解决接地极选址难题，大大节约占地和工程投资。开展接地极跨步电 压和直流线路等效干扰电流研究，为应用新的接地极跨步电压设计标准和直流 滤波器设计标准提供了科学有力的依据。(5)综合应用复合外绝缘等技术，成功解决800kV户外直流设备外绝缘和 干式平波电抗器的支撑可靠性问题。(6)开展全域仿真计算、复
16、合间隙和接地体放电试验，确定了 800kV换流 站阀厅、直流场间隙设计距离，提出了换流设备和直流系统绝缘配合方案。(7)研究并推广应用高强钢、F型塔、原状土基础、旋挖钻机机械成孔工 艺、导线同步展放工艺、可拆卸式全钢瓦楞导线盘以及复合绝缘子防鸟害技术 等新材料、新技术和新工艺:利用海拉瓦技术，组织开发三维可视管理信息平 台，实施线路工程数字化施工管理。(8)研究解决了特高压直流工程的电磁环境问题。开展换流站及线路的三维 电场计算及真型试验，优化导线选型和布置，围墙合理装设隔音屏，经仿真计 算结果说明特高压换流站满足国家环评批复要求，场界噪声控制指标均为昼间 不大于60dB(A),夜间不大于50
17、dB(A)。(9)平面布置优化取得显著成果。换流站高低压阀厅面对面布置，两级低压 阀厅背靠背布置，交流滤波器大组、小组均采用田字形布置，全站布置方E、 规整、紧凑。4 .案例3乌东德送电广东广西特高压多端直流工程该工程西起云南昆北换流站，东至广西柳北换流站、广东龙门换流站，采 用800千伏三端混合直流技术，线路全长1489千米，输送容量800万千 瓦，是国家能源开展“十三五”规划及电力开展“十三五”规划明确 的跨省区输电重点工程，是国家特高压多端直流的示范工程。工程采用多端技 术，对于大规模电源送出实现受端多点分散接入、节约通道走廊、优化电网结 构、提高受端电网的平安稳定水平具有重大示范作用。
18、其建设将有利于我国占 领特高压多端、柔性直流输电技术制高点，从长远看，将为未来大规模可再生 能源基地的开发与并网提供强有力的技术支撑。第15页共16页5 .案例4昌吉-古泉1100kV直流输电工程昌吉-古泉土 lioo千伏特高压直流输电线路工程，起于新疆准东（昌吉）换 流站，止于安微宣城（古泉）换流站，途径新疆、甘肃、宁夏、陕西、河南、安 徽六省区，线路全长3324公里，输送容量1200万千瓦，是目前世界上电压 等级最高、输送容量最大、输电距离最远、技术水平最先进的直流输电工程。 对于促进新疆能源基地开发、保障华东地区电力可靠供应、拉动经济增长、实 现新疆跨越式开展和长治久安、落实大气污染防治
19、行动计划等具有十分重要的 意义，是当之无愧的“大国重器”，在我国电力工业开展史上具有里程碑意 义。第16页共16页5.案例4昌吉-古泉1100kV直流输电工程16.什么是特高压直流输电?1.1. 特高压直流输电概述直流输电是在送端将交流电经整流器变换成直流电输送至受端，再在受端用逆变器将直流电变换成交流电送到受端交流电网的一种输电方式。直流特高 压定位于西部水电基地和大煤电基地远距离、大容量外送。大规模西电东送二光振光明源灯.、亍E也L九三j图1大规模西电东送第2页共16页整流侧逆变侧直流线路交流系统换流变II换流变交流系统逆变器整流逆变交流系统I 宁直流系统飞统IIInvertRectify
20、图2直流输电系统原理图1. 2.直流输电优缺点比照直流输电和交流输电有以下优缺点:1.2. 1.直流电流输电1. 2. 1. 1.优点(1)当输送相同功率时，直流线路造价低，架空线路杆塔结构较简单，线路 走廊窄，同绝缘水平的电缆可以运行于较高的电压。(2)直流输电的功率和能量损耗小。(3)直流输电对通信干扰小。1. 2. 1. 2.缺点(1)直流输电的换流站比交流系统的变电所复杂、造价高、运行管理要求 高。(2)换流装置(整流和逆变)运行中需要大量的无功补偿。(3)正常运行时可达直流输送功率的4060%。1.2.2.交流电流输电1. 2. 2. 1.优点(1)交流电源和交流变电站与同功率的直流
21、电源和直流换流站相比，造价大 为低廉。(2)交流电可以方便地通过变压器升压和降压，这给配送电能带来极大的方第3页共16页便。1. 2. 2. 2.缺点(1)交流输电线路存在电容电流，引起损耗。(2)交流输电比直流输电发生故障多。1.2. 3.扩展资料：我国输电的相关工程：2014年2月21日，国产单根电压等级最高、长度最长的直流海缆在舟山 敷设入海，这标志着世界首个五端柔性直流输电示范工程进入后期攻坚阶段。2014年7月4日，在圆满完成168小时试运行后，世界首个五端柔性直 流输电工程一一浙江舟山200千伏五端柔性直流工程正式投入运营，标志着 我国站上了世界柔性直流输电领域的制高点。2015年
22、11月11日，福建厦门柔性直流输变电工程圆满完成单极线路空 载升压试验，标志着世界首条320千伏柔性直流电缆首次耐受额定电压试验 取得成功。2015年12月17日，世界上电压等级最高、输送容量最大的柔性直流工 程一一厦门320千伏柔性直流输电科技示范工程正式投运。1 .远距离、大容送电；2 .输电线路造价低；3 .实现交流系婚E同步联网；4 .利用直流的快速控制，改善交流 系统的特定性.1 .换流站设母类型多,结构复杂， 蛟为昂贵；2 .换流时需要消耗大无功；3 .换流在交流侧产生谐波电流,在直流侧产生谐波电压；缺点4.单极大地回”亡r ,根岫极腐蚀问题及对周12笠a 也亚Rk1. 3.直流输
23、电系统开展历程汞弧阀换流时期：1954年世界上第一个工业性直流输电工程(果特兰岛)在 瑞典投入运行。1977年最后一个采用汞弧阀换流的直流工程加拿大纳尔逊河 I期工程建成。晶闸管换流阀时期：20世纪70年代后，晶闸管换流阀和微机控制技术在第4页共16页直流输电工程中应用，1972年世界上第一个采用晶闸管换流的伊尔河背靠背 直流工程在加拿大投入商业运行。新型半导体换流设备时期：20世纪90年代，新型氧化物半导体器件（IGBT）首先在工业驱动装置得到应用。1997年3月世界上第一个采用IGBT组 成电压源换流器直流输电工业性试验工程在瑞典投入运行：称轻型直流。1. 4.我国直流输电开展概况2010
24、 年2010 年另次光明我国开始 对直流输 电进行试 验室研究500kV 葛 南直流输电 工程投运我国自主研发的 800kV换流阀在 锦苏工程中应用； 同年.完成世界首 个土1100kV特高压 换流阀研制，士800kV特高 压云南至广 东直流工程 在我国投运国网公司在运换流站共47 座（特高压24座，常规18 座，背靠背5座）同时 还有多条直流输电正在基 建、调试中1.5.换流基本单元（6脉动换流阀）第5页共16页图3整流的基本单元触发脉冲顺序：V1-V2-V3-V4-V5-V6-V1 每个阀触发间隔为：60每个阀导通时间为：120 换相顺序：VI - V3 一 V5 - VIV2 - V4
25、V6 f V2换相实质：换相是交流系统短时间的两相短路。换相是依靠交流电源提供 的短路电流进行的。除换相过程外，任何时刻上下各有一个阀导通。1. 6.特高压换流站核心设备介绍6. 1.特高压换流站核心设备第6页共16页换流变压器直流场阀冷却系统调相机图4特高压换流站核心设备换流阀作用：换流阀是直流输电工程的核心设备，通过将三相交流电压依 次连接到直流侧来得到期望的直流电压和实现对传输功率的控制。1.6. 2.换流变压器图5换流变压器结构换流变压器：换流变压器是直流输电系统的核心设备之一。作用为换流阀 提供换相电压；实现交、直流间的能量传输；实现交直流系统隔离；抑制网侧 过电压进入阀本体。1.7
26、. 3.换流变压器特点短路阻抗大：抑制换相时的短路电流，保护换流阀。大容量换流变压器的 短路阻抗百分数通常为12%18%,特高压换流变可达20%。第7页共16页谐波含量多：运行中换流变流过特征谐波和非特征谐波电流，损耗比普通 变压器高同时产生磁致伸缩噪音，导致换流变噪声比普通变压器高很多。绝缘要求高：阀侧绕组同时承受交、直流电压，同时运行时存在直流全压 启动、极性反转等工况，对换流变绝缘结构要求比普通变压器更为复杂。调压范围宽：直流系统具备降压运行方式，为了将触发角控制在平安域度 内，有载调压的范围高达20%-30%。1.6.4. 交流滤波器的作用1 .为交流电网和换流器提供所需的无功功率；2
27、 .滤除交流侧特定次谐波和稳定交流电压。滤波器类型：其中HP3、HP5：单调谐高通滤波器；HP12/24：双调谐高 通滤波器，滤除谐波并提供无功；SC：并联电容器提供无功。平波电抗器的作用限制故障电流的上升率；平滑直流电流的纹波；防止直流低负荷时的电流 断续。防止直流线路或直流场所产生的陡波冲击波进入阀厅，保护换流阀免受 过电压应力而损坏。与直流滤波器一起构成直流谐波滤波回路。1. 6. 5.直流断路器换流站直流侧的开关装置所涉及的是直流电流的转换或遮断。直流开关无 法象交流开关那样，可以利用交流电流过零的机会实现灭弧。为了使直流开关 也能有效开断直流电流，目前使用较多的方法就是利用一个L-C串联电路对 主触头间的弧道放电产生反向振荡电流，迭加在将被断开的直流电流上，造成 过零点，从而实现灭弧。1.7. 国网公司国际典型直流工程第8页共16页图6默蒂亚里换流站图7沂南换流站第9页共16页