國內(nèi)外高壓直流輸電的發(fā)展與現(xiàn)狀

1、國內(nèi)外高壓直流輸電的發(fā)展與現(xiàn)狀1.1 我國高壓直流輸電系統(tǒng)的進(jìn)展歷程我國的高壓直流輸電工程總體上能夠講是起步較晚 , 但進(jìn)展迅速。 198 0 年國家確定全部依靠自己力量建設(shè)中國第一項(xiàng)直流輸電工程舟山 直流輸電工程。它具有向自主建設(shè)大型直流輸電工程過渡的工業(yè)性試驗(yàn)性 質(zhì) ,于 1984 年開始施工 , 1987 年投入試運(yùn)行 , 1989 年正式投運(yùn)。工程最終 規(guī)模為士 1 100 kV, 500 A, 100 MW,線路全長54 km。嗓泅直流輸電工程 （ 上海嗓泅島 ） 是我國自行設(shè)計(jì)、制造、建設(shè)的雙極海底電纜直流工程 , 于1996 年完成研究工作 , 2002 年全部建成。工程為雙極士

2、 500 kV,600 A, 60 MW, 可雙向供電 , 線 路長度66.2 km,其中海底電纜59.7 km。葛南（葛洲壩一上海南橋）高壓 直流輸電系統(tǒng) , 是我國引進(jìn)的第一個高壓直流輸電工程 , 1989 年單極投運(yùn) , 1990 年雙極投運(yùn)。進(jìn)入 21 世紀(jì), 我國的高壓直流輸電進(jìn)展迅速 , 相繼建 成投產(chǎn)了天廣 （ 天生橋廣州 ） 、三常 （ 三峽常州 ） 、三廣（ 三峽廣東 ） 和貴廣 （ 貴州廣東 ） 等多項(xiàng)高壓直流輸電項(xiàng)目。作為引進(jìn)技術(shù)的驗(yàn)證 , 自主研發(fā)設(shè)計(jì)制造的華中西北聯(lián)網(wǎng)靈寶背背直流工程 , 2005 年 7 月投入 運(yùn)行。1.2 我國高壓直流輸電系統(tǒng)的現(xiàn)狀至 2004

3、年末, 我國高壓直流輸電工程累計(jì)輸送容量達(dá) 12 470 MW, 輸電線路長度累計(jì)達(dá) 4 840 km, 差不多超過美國位列世界第一。 截至 2007 年年底 , 我國已建成并正式投入運(yùn)行葛 （ 洲壩） 滬（ 上海） 、三（ 峽） 常（ 州） 、三（ 峽） 廣（ 東） 、三（ 峽） 滬（ 上海） 、天（ 天生橋） 廣（ 東） 、貴（ 州）廣（東）I回、H回等7個超高壓直流輸電工程和靈寶背靠背直流工程， 直流輸電線路總長度達(dá)7 085 km, 輸送容量達(dá) 18 560 MW, 線路總長度和輸送容量均居世界 第一。與此同時 , 我國超高壓直流輸電工程的設(shè)計(jì)建設(shè)、 運(yùn)行治理和設(shè)備制 造水平也處于國際

4、領(lǐng)先地位。2 高壓直流輸電系統(tǒng)中存在的咨詢題2.1 直流輸電中的諧波咨詢題工頻的交變電流在換流站中的整流和逆變過程中 , 實(shí)際上輸出的波形 并不是穩(wěn)固的直流 , 而是有些許波動的脈動電流。再加上換相的非理想性 , 使得輸出電流進(jìn)一步畸變。這些緣故促成了直流輸電系統(tǒng)中諧波的存在。隨著高 壓直流輸電的進(jìn)展 , 有關(guān)的諧波咨詢題也日益突出。 輸電系統(tǒng)中的換流器在 交流側(cè)為諧波電流源 ,在直流側(cè)為諧波電壓源。嚴(yán)峻的情形下 , 可能還會引 起諧波放大甚至諧波不穩(wěn)固 , 即交直流側(cè)電壓、 電流通過換流站非線性環(huán)節(jié) 時互相調(diào)制 , 構(gòu)成了一個 AC/DC 之間的正反饋調(diào)劑環(huán)。受到擾動時 , 就會 造成諧波振

5、蕩的放大 , 其結(jié)果確實(shí)是換流站交流母線電壓嚴(yán)峻畸變。 現(xiàn)在要 緊通過小信號分析法、諧波特點(diǎn)值分析法、頻域分析和傳遞函數(shù)法、時域 仿真一頻率掃描法等來進(jìn)行研究。一樣通過加裝非特點(diǎn)濾波器、使用有源 濾波器、附加諧波阻尼電路或者是采納輕型直流輸電技術(shù)來抑制諧波。2.2 高壓直流斷路器的制造目前我國的直流輸電系統(tǒng)中 , 高壓直流斷路器的制造技術(shù)還不成熟 , 多數(shù)需要進(jìn)口。研制高壓斷路器的難點(diǎn)在于 : ( 1) 直流電沒有像交流電那 樣的過零點(diǎn) , 因此滅弧的技術(shù)專門困難 ; ( 2) 直流回路的電感專門大 , 因 此需要的平波電抗器專門大，約1H,這在工藝上做起來不容易；(3)由于滅 弧時的直流電流

6、專門大 , 故要求斷路器能夠吸取專門大的能量。在實(shí)際的生產(chǎn)當(dāng)中 , 利用大容量金屬氧化物這種新型材料能夠較好地 解決后 2 個咨詢題。但滅弧仍舊不是專門理想 , 一樣采納疊加振蕩電流和 耗能限流 2 種方式來實(shí)現(xiàn)。后者較為普及 , 一樣采納分段串入電阻、拉長 電弧和采納金屬氧化物耗能。2.3 大地回流造成的接地體腐蝕及對交流系統(tǒng)的阻礙 直流輸電過程是以大地作為回流電路的。 回流流經(jīng)大地時 , 會與鄰近的金屬接地體發(fā)生化學(xué)反應(yīng) , 腐蝕掉金屬。例如關(guān)于鐵而言 , 就會發(fā)生如下的 化學(xué)反應(yīng)：陽極：Fe2+2OH-二Fe(OH) 2陰極：2e-+2H+二H2經(jīng)研究表明：( 1) 接地體深埋并可不能明

7、顯地減小腐蝕 , 同時這種做法在經(jīng)濟(jì)上是 不合適的 ； ( 2) 金屬接地體與直流接地極之間的距離會明顯阻礙腐蝕的程 度,當(dāng)兩者相距 10 km 以外時, 腐蝕阻礙即可忽略不計(jì) ；( 3) 在相同的距離條件下 , 金屬接地體的走向會阻礙腐蝕的程度 , 一 樣垂直走向的接地體受腐蝕阻礙比平行走向的接地體大。同時 , 強(qiáng)大的直流電流將經(jīng)接地極注入大地 , 在極址土壤中形成一個 恒定的直流電流場?，F(xiàn)在如果極址鄰近有變壓器中性點(diǎn)接地的變電站、地 下金屬管道或鎧裝電纜等金屬設(shè)施 , 若這些設(shè)施可能給地電流提供比大地土壤更為 良好的導(dǎo)電通道 , 則一部分電流將沿著并通過這些設(shè)施流向遠(yuǎn)方 , 從而給 這些設(shè)

8、施帶來不良阻礙。 其中 , 中性點(diǎn)直截了當(dāng)接地變壓器是受阻礙最大的 設(shè)備。我國 110 kV 及以上系統(tǒng)的變壓器中性點(diǎn) , 一樣都采納直截了當(dāng)接地 點(diǎn)式。如變電站位于接地極電流場范疇內(nèi) , 那么在場內(nèi)變壓器間會產(chǎn)生電位 差 , 接地極入地電流將有部分直流電流會通過大地、 交流輸電線路 , 由一個變電站變壓器 中性點(diǎn)流入 , 在另一個變電站變壓器中性點(diǎn)流出 , 由此在變壓器三相繞組 中產(chǎn)生直流重量 ,產(chǎn)生直流偏磁電流。流過變壓器繞組的直流電流大小不僅與接地極的距離有關(guān) , 同時與極址土壤導(dǎo)電性能、 電網(wǎng)接線和參數(shù) 等有關(guān)。如果流過變壓器繞組的直流電流較大 , 可能引起變壓器鐵心磁飽 和 , 導(dǎo)致

9、變壓器噪音增加、損耗增大、溫升增高 , 對變壓器的安全運(yùn)行構(gòu)成 威逼。變壓器發(fā)生直流偏磁后 , 使磁化曲線的運(yùn)行部分變得不對稱 , 加大鐵 心的飽和程度 , 導(dǎo)致噪音增大和變壓器鐵心、金屬緊固件等的發(fā)熱增加。2.4 直流輸電系統(tǒng)電磁環(huán)境對通信系統(tǒng)的阻礙 由于直流線路強(qiáng)大的直流電流 , 在其周圍也就存在著專門強(qiáng)的干擾磁 場。如此的磁場將阻礙到鄰近通信線路的正常運(yùn)行。一樣可把直流電磁阻礙分為危險(xiǎn)阻礙和干擾阻礙。危險(xiǎn)阻礙即指當(dāng)直 流輸電線路發(fā)生故障時 , 有可能在鄰近的通信線路上感應(yīng)出專門高的電壓 , 危及人員生命安全和通信設(shè)備安全 ; 干擾阻礙即指在直流輸電線路正常運(yùn) 行的情形下對通信產(chǎn)生阻礙 ,

10、 使其通信質(zhì)量下降 , 誤碼率提升。因此 , 在建設(shè)直流輸電線路時要注意以下幾點(diǎn) : 第一是和通信線路保 持合適的距離 ; 其次是在線路上安裝陶瓷放電管或是加掛屏蔽線路 ; 最后 是關(guān)于市話電路來講 , 可在分線箱、配電箱處加裝放電器。3 對我國高壓直流輸電工程的幾點(diǎn)方法3.1 換流站站址選擇及接地極極址選擇 換流站可謂是高壓直流輸電工程的核心建設(shè)項(xiàng)目 , 合理選擇換流站站 址是確保高壓直流輸電系統(tǒng)穩(wěn)固運(yùn)行的基礎(chǔ)。選址原則一樣為 : ( 1) 是否 適合大規(guī)模設(shè)備運(yùn)輸 ; ( 2) 是否靠近水源或者易獲得充足的水源供應(yīng) ; ( 3) 是否 會破壞生態(tài)環(huán)境 , 其電磁阻礙會可不能對周邊通信線路產(chǎn)

11、生較大的干擾阻 礙。而關(guān)于接地極來講 , 選址原則一樣為 : ( 1) 要求極址場地的可用面積 大、土壤導(dǎo)電性能好、導(dǎo)熱性能好、熱容率高、表層土壤厚和深層大地電 阻率低; ( 2) 若2個或多個接地極處于同一地區(qū)內(nèi) , 應(yīng)對 2 個甚至多個接 地極共用極址方案進(jìn)行論證。3.2 線路路徑的選擇走廊寬度 : 要緊是合理選擇與通信線路以及交流輸電線路之間的距離 盡可能地減小干擾 , 使得線路中心線與其他設(shè)備有良好的隔離。一樣關(guān)于 500 kV 直流輸電系統(tǒng)，要求走廊寬度不小于50 m。對地距離及交叉跨過間距： 確定導(dǎo)線對地最小距離的決定因素是合成場強(qiáng)和離子流密度。一樣為了安全起見，對地距離保持在17

12、20 m。當(dāng)高壓直流線路與鐵路、公路、 弱電線路、電力線路、建筑物及河流等交叉時 , 交叉跨過間距均有較大增加。 由于對地距離及交叉跨過間距的增大 , 在路徑選擇時 , 應(yīng)充分利用地勢條件, 以縮短交叉跨過檔距 , 減小交叉跨過塔高度 , 盡量 幸免大檔距、大高差及大跨過的顯現(xiàn)。3.3 如何應(yīng)對突發(fā)性大雪災(zāi)等惡劣氣象條件2008 年春節(jié)期間 , 全國大范疇的雪災(zāi)天氣使我國 電網(wǎng)經(jīng)受了一次較大的考查。電網(wǎng)在冰雪天氣下停運(yùn)會造成龐大的經(jīng)濟(jì)缺失。鑒于這場大雪的教訓(xùn) , 我們在 設(shè)計(jì)高壓直流輸電工程時 , 也應(yīng)考慮到這種極端氣象 條件下電網(wǎng)的穩(wěn)固運(yùn)行咨詢題。其中一點(diǎn)確實(shí)是導(dǎo)線的選 擇。導(dǎo)線選擇是解決特

13、高壓輸電關(guān)鍵技術(shù)的重要課 題, 對線路輸送容量、傳輸特性、環(huán)境咨詢題 ( 靜電感應(yīng) , 電暈引發(fā)的電場效應(yīng)、離子流、無線電干擾、電視干擾、 可聽噪聲等 ) 、技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等都專門有阻礙。一樣選線 原則應(yīng)為 : ( 1) 不能制約整條線路的傳輸能力 ; ( 2) 要有 較高的機(jī)械強(qiáng)度和過載能力 ; ( 3) 鋁導(dǎo)線在冰荷載下的 安全系數(shù)要高 , 以防止重冰區(qū)線路過荷載時斷股 ; ( 4) 弧垂特性要好 , 以降低桿塔高度 ; ( 5) 滿足環(huán)境參數(shù)要 求。4 終止語 目前世界上已投入運(yùn)行的直流輸電工程有 70 多 個。在遠(yuǎn)距離大容量輸電、海底電纜和地下電纜輸電以 及電力系統(tǒng)非同步聯(lián)網(wǎng)工程中 , 直流輸電差不多得到了 廣泛應(yīng)用。2007 年 10 月, 在湖北省宜昌市召開的第八屆國 際高壓直流輸電用戶會議上 , 國家電網(wǎng)公司副總經(jīng)