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1、直流输电主接线和运行方式直流输电主接线和运行方式王明新王明新 中国电力科学研究院中国电力科学研究院 2005年年8月月一、直流输电系统主接线直流输电系统主接线1.直流输电是什么直流输电是什么?在电网中，以直流电的方式实现电能传输，在电网中，以直流电的方式实现电能传输，兼顾输电和联网作用的电力设施兼顾输电和联网作用的电力设施（1 1）直流系统将接收交流电整流）直流系统将接收交流电整流-转转换为直流输电换为直流输电-再逆变为交流电送出，再逆变为交流电送出，按设定的功率输电。按设定的功率输电。（2 2）直流系统主要由换流器和相应的变）直流系统主要由换流器和相应的变压器，交流滤波器（包括电容器和电抗压
2、器，交流滤波器（包括电容器和电抗器等无功补偿装置）和直流滤波器（包器等无功补偿装置）和直流滤波器（包括平波电抗器），直流线路等主设备，括平波电抗器），直流线路等主设备，以及二次控制保护系统组成。以及二次控制保护系统组成。（3 3）直流系统基本结构双极大地回线）直流系统基本结构双极大地回线,并通过直流断路器、隔离刀闸，可以组并通过直流断路器、隔离刀闸，可以组成单极大地回线、单极金属回线等结构。成单极大地回线、单极金属回线等结构。本节主要介绍：换流器的接线；换流变压器与换流器的连接方式；交流滤波器的接入系统方式；直流开关场的接线；以及一些换流站特殊的接线方式。常规交流开关场的接线方式不在本节讨论范
3、围之内。2.换流阀组接线 换流器通常采用三相桥式整流电路，早期的直流输电工程多采用6脉动阀组作为基本换流单元，由于6脉动换流阀组会在换流器的交直流侧产生较多的低次谐波电流，因此现代超高压直流工程均采用12脉动阀组作为基本换流单元。6脉动换流阀组12脉动阀组每极采用几组12脉动换流单元主要与以下因素有关：单个12脉动换流单元的最大制造容量；换流变压器的制造及运输限制；分期建设的考虑；可靠性及可用率；投资考虑；交流系统的要求。三种接线方式的投资估计接 线 方 案 每极1组12脉动冲单元 每极2组12脉动单元串联每极2组12脉动单元并联 阀及相关设备投(含阀厅)100%120%150%180%换流阀
4、通常布置在户内(也有布置在户外：的如卡布拉巴萨直流工程的油冷阀以及ABB公司推出的户外阀)，户内阀的布置可以是悬挂式，也可以是支撑式。悬挂式或支撑式阀通常都采用一个四重阀作为一个阀塔。3.换流变压器与换流阀的连接 三相三绕组换流变压器，对于每极1组12脉动换流器，每极只用一台，多用于容量较小的直流工程。三相双绕组换流变压器，对于每极1组12脉动换流器，多用于中型直流工程，每极需两台。单相三绕组换流变压器，对于每极1组12脉动换流器，每极需3台。单相双绕组换流变压器，对于1组12脉动换流器，每极需6台，多用于大型直流工程。单相三绕组换流变压器，对于每极2组12脉动换流器串联或并联，每极需6台，多
5、用于大型直流工程。换流变压器与阀厅的布置有以下几种：换流变压器(单边插入)阀厅布置，可适用于各种接线方式；换流变压器双边插入阀厅布置，可适用于每极两组12脉动换流器的情况；换流变压器脱开阀厅布置，可适用于各种接线方式。换流变压器阀侧套管插入阀厅布置的优点是：可利用阀厅内良好的运行环境来减小换流变压器阀侧套管的爬距；可防止换流变压器阀侧套管的不均匀湿闪；可省掉从换流变压器至阀厅电气引线的单独穿墙套管。换流变压器阀侧套管插入阀厅布置的缺点是：阀厅面积显著增大，增加了阀厅及其附属设施的造价及年运行费用；增加了换流变压器的制造难度；换流变压器的运行维护条件较差；换流变压器的备用相更换不方便。几种布置方
6、式的技术经济性能 交流滤波器的接入系统方式(1)滤波器大组直接接在换流站交流母线上(或接入串中)。通常滤波器大组是由几个滤波器分组接在一个滤波器小母线上而形成。(2)滤波器大组直接T接在换流变压器的进线回路上。(3)滤波器分组直接接在换流站交流母线上(或接入串中)。(4)滤波器分组直接接在换流变压器单独的绕组上。交流滤波器接入系统方式的特点 5.直流开关场的接线 直流开关场的设备主要包括：平波电抗器、直流滤波器(部分工程不装直流滤波器)、直流测量装置(PT、CT)、避雷器、冲击电容器、耦合电容器、开关设备及母线和绝缘子等。双极直流工程，直流开关场的接线通常要适应双极运行、单极大地回线方式和单极
7、金属回线方式运行以及双导线并联大地回线方式等多种运行方式之间的转换，因此需要在中性线上装设相应的转换开关以便实现各种接线方式的转换。2.直流输电的主要特点直流输电的主要特点（1 1）直流系统功率可控，调节速度快，便于采取措施，）直流系统功率可控，调节速度快，便于采取措施，有利于互联交流系统稳定。有利于互联交流系统稳定。（2 2）直流输电线路本身不存在稳定和集肤效应问题，）直流输电线路本身不存在稳定和集肤效应问题，有利于长距离和电缆送电。有利于长距离和电缆送电。（3 3）直流系统使两端交流电网异步连接，可以防止电）直流系统使两端交流电网异步连接，可以防止电网事故扩大，便于实施快速停运解列。网事故
8、扩大，便于实施快速停运解列。（4 4）直流系统会在交直流两侧产生特征谐波；不采用）直流系统会在交直流两侧产生特征谐波；不采用双极平衡方式和单极金属回线时，接地极电流增大会双极平衡方式和单极金属回线时，接地极电流增大会对接地极和附近金属管线产生腐蚀，造成邻近中性线对接地极和附近金属管线产生腐蚀，造成邻近中性线接地的交流变压器直流偏磁。接地的交流变压器直流偏磁。二、直流输电系统的运行方式直流输电系统的运行方式1.基本运行方式基本运行方式2.双极全压定功率平衡方式（1 1）双极运行功率可以根据调度计划运行在最小功率）双极运行功率可以根据调度计划运行在最小功率和额定功率之间。和额定功率之间。（2 2）
9、调度需要考虑直流输送功率的最大变化对交流系）调度需要考虑直流输送功率的最大变化对交流系统的影响。统的影响。2、双极平衡运行方式1）双极降压：由于气候等原因威胁两端换流站双极降压：由于气候等原因威胁两端换流站设备和直流线路绝缘时，所采用的运行方式。设备和直流线路绝缘时，所采用的运行方式。此时，直流电流最大值被限制在额定电流，此时，直流电流最大值被限制在额定电流，最大允许功率相应降低。最大允许功率相应降低。2 2）双极功率独立控制：这种方式一般不采用，双极功率独立控制：这种方式一般不采用，仅为故障恢复过程的过渡方式。仅为故障恢复过程的过渡方式。3 3）双极独立电流控制：双极独立电流控制：一般在双极
10、站间通信全一般在双极站间通信全部故障时采取的临时运行方式。部故障时采取的临时运行方式。3、双极不平衡运行方式1）双极定功率不平衡方式：常用于双极方式双极定功率不平衡方式：常用于双极方式与单极方式的转换过程；或一个极因设备与单极方式的转换过程；或一个极因设备热容量问题限制输送功率，另一极可在最热容量问题限制输送功率，另一极可在最小功率到过负荷之间补偿；保持双极功率小功率到过负荷之间补偿；保持双极功率不变的运行方式。在接地极线中将出现两不变的运行方式。在接地极线中将出现两个极的电流差。个极的电流差。3、双极不平衡运行方式2 2）一极双极功率控制，另一极电流控制方式：一极双极功率控制，另一极电流控制
11、方式：因站间通信故障等原因，使一个极变成电流控因站间通信故障等原因，使一个极变成电流控制，主导极补偿电流极功率变化，双极功率不变。制，主导极补偿电流极功率变化，双极功率不变。两个极的电流差出现在接地极线中。两个极的电流差出现在接地极线中。3 3）双极独立电流控制方式：双极独立电流控制方式：两个极因站间通信等两个极因站间通信等原因，变成电流控制。两个极电流输送电流不同，原因，变成电流控制。两个极电流输送电流不同，将在接地极线中出现电流。将在接地极线中出现电流。3、双极不平衡运行方式4）双极电压不平衡方式：一个极因设备或线双极电压不平衡方式：一个极因设备或线路绝缘问题降压所形成的运行方式。路绝缘问
12、题降压所形成的运行方式。ABBABB的的直流输电工程，为了减小流过接地极的电流，直流输电工程，为了减小流过接地极的电流，按电压比例分配两个极的功率。按电压比例分配两个极的功率。4、单极大地回线运行方式1）单极与单极与双极运行方式双极运行方式之间转换时，单极之间转换时，单极的临时接线方式。的临时接线方式。2 2）极电流通过接地极进入大地，构成输电）极电流通过接地极进入大地，构成输电回路。回路。3 3）单极大地一般使用功率控制方式，站间）单极大地一般使用功率控制方式，站间通信故障使用独立电流控制；绝缘有问通信故障使用独立电流控制；绝缘有问题可以降压运行。题可以降压运行。5、单极金属回线运行方式1
13、1）单极的长时运行接线方式。）单极的长时运行接线方式。2 2）直流电流通过另一极线路，构成输电回路，直）直流电流通过另一极线路，构成输电回路，直流系统一般在逆变站接地，作为参考电位。流系统一般在逆变站接地，作为参考电位。3 3）优点：直流电流不经过大地）优点：直流电流不经过大地 缺点：增加一倍线路损耗缺点：增加一倍线路损耗4 4）单极金属回线一般使用功率控制方式，站间通）单极金属回线一般使用功率控制方式，站间通信故障使用独立电流控制；设备或线路绝缘信故障使用独立电流控制；设备或线路绝缘有问题可以降压运行。有问题可以降压运行。6、双极线并联大地回线运行方式1 1）单极的一种运行接线方式。）单极的
14、一种运行接线方式。2 2）两个极的直流线路并联，直流电流通过）两个极的直流线路并联，直流电流通过大地构成输电回路。大地构成输电回路。3 3）优点：可以减小一半线路损耗）优点：可以减小一半线路损耗 缺点：电流仍需要通过接地极缺点：电流仍需要通过接地极3 3）同样这种方式一般使用功率控制，站间）同样这种方式一般使用功率控制，站间通信故障使用独立电流控制，设备或线通信故障使用独立电流控制，设备或线路绝缘有问题可以降压运行。路绝缘有问题可以降压运行。7、辅助控制方式1）潮流反转潮流反转：由于两端交流系统输电的需由于两端交流系统输电的需要，直流系统的潮流可以反向。反向可要，直流系统的潮流可以反向。反向可
15、以不停电自动进行，也可停电操作。以不停电自动进行，也可停电操作。2 2）大地与金属回线方式转换：单极系统可）大地与金属回线方式转换：单极系统可以不停电进行大地回线与金属回线转换。以不停电进行大地回线与金属回线转换。一般由于系统接地点在逆变侧，仅有转一般由于系统接地点在逆变侧，仅有转换刀闸；转换的断路器设置在整流侧。换刀闸；转换的断路器设置在整流侧。7、辅助控制方式3 3）无功功率：两端换流器换相需要无功功率的支）无功功率：两端换流器换相需要无功功率的支持；无功功率一般为换流站输送功率的持；无功功率一般为换流站输送功率的40%-40%-60%60%，在设计时确定，由换流站的滤波器提，在设计时确定
16、，由换流站的滤波器提供全部或部分，剩下的由交流系统提供。供全部或部分，剩下的由交流系统提供。4 4）换流变压器分接开关：根据直流系统控制的需）换流变压器分接开关：根据直流系统控制的需要，采用人工或自动控制；按照保持换流变要，采用人工或自动控制；按照保持换流变压器阀侧电压恒定，或触发角在一定的范围压器阀侧电压恒定，或触发角在一定的范围进行控制进行控制8、其它控制方式1）直流功率调制：根据两端电网安稳装置的要求直流功率调制：根据两端电网安稳装置的要求或并联交流系统稳定的需要，可以采用功率或并联交流系统稳定的需要，可以采用功率阻尼控制、单端或两端频率控制，以及直流阻尼控制、单端或两端频率控制，以及直流功率紧急变化。功率紧急变化。2 2）调度中心控制：目前，已经实现了一条直流输）调度中心控制：目前，已经实现了一条直流输电系统，在国调执行起停、功率升降操作。电系统，在国调执行起停、功率升降操作。3 3）地区直流控制中心：多条直流受端集中控制，地区直流控制中心：多条直流受端集中控制，可减少运行人员；正在进行前期研究。可减少运行人员；正在进行前期研究。谢谢！