第四章高電壓與絕緣技術(shù)

第四章高電壓與絕緣技術(shù)第一頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期五第二頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期五高電壓技術(shù)簡介高電壓技術(shù)是以試驗(yàn)研究為基礎(chǔ)的應(yīng)用技術(shù)，主要研究在高電壓作用下各種絕緣介質(zhì)的性能和不同類型的放電現(xiàn)象，高電壓設(shè)備的絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，高電壓試驗(yàn)和測量的設(shè)備及方法，電力系統(tǒng)的過電壓、高電壓或大電流產(chǎn)生的強(qiáng)電場、強(qiáng)磁場或電磁波對環(huán)境的影響和防護(hù)措施，以及高電壓、大電流的應(yīng)用等。第三頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期五高電壓技術(shù)對電力工業(yè)、電工制造業(yè)以及近代物理的發(fā)展（如X射線裝置、粒子加速器、大功率脈沖發(fā)生器等）都有重大影響，工程上把1000伏及以上的交流供電電壓稱為高電壓。高電壓技術(shù)所涉及的高電壓類型有直流電壓、工頻交流電壓和持續(xù)時(shí)間為毫秒級的操作過電壓、微秒級的雷電過電壓、納秒級的核致電磁脈沖（NEMP）等。高電壓技術(shù)簡介第四頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期五20世紀(jì)以后，隨著電能應(yīng)用的日益廣泛，電力系統(tǒng)所覆蓋的范圍越來越大，輸電電壓等級不斷提高，輸電線路經(jīng)歷了35、60、110、150、230千伏的高壓，287、400、500、735～765千伏的超高壓和1150千伏的特高壓的發(fā)展。直流輸電也經(jīng)歷了±100、±250、±400、±450、±500以及±750千伏的發(fā)展。這幾個階段都與高電壓技術(shù)解決了輸電線路的電暈現(xiàn)象、過電壓的防護(hù)和限制以及靜電場、電磁場對環(huán)境的影響等問題密切相關(guān)。這一發(fā)展過程以及物理學(xué)中各種高電壓裝置的研制又促進(jìn)了高電壓技術(shù)的進(jìn)步。第五頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期五高電壓技術(shù)解決了輸電線路的電暈現(xiàn)象、過電壓的防護(hù)和限制以及靜電場、電磁場對環(huán)境的影響等問題密切相關(guān)鄂東某500千伏變電站第六頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期五為了適應(yīng)大城市電力負(fù)荷增長的需要，以及克服城市架空輸電線路走廊用地的困難，地下高壓電纜輸電發(fā)展迅速，由220、275、345千伏發(fā)展到70年代的400、500千伏電纜線路；同時(shí)為減少變電所占地面積和保護(hù)城市環(huán)境，氣體絕緣全封閉組合電器（GasInsulatedSwitchgear簡稱GIS）天生橋水電站550kVGIS第七頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期五高電壓技術(shù)可大致分為電力系統(tǒng)過電壓及其限制，高電壓絕緣特性研究，高電壓試驗(yàn)設(shè)備、方法和測量技術(shù)等幾個方面。

我國：超高壓電網(wǎng)：指交流330kV、500kV、750kV電網(wǎng)和直流±500kV輸電系統(tǒng)；特高壓電網(wǎng)是指交流1000kV電網(wǎng)和直流±800kV輸電系統(tǒng)第八頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期五電力系統(tǒng)過電壓及其限制研究電力系統(tǒng)中各種過電壓，以便合理確定其絕緣水平是高電壓技術(shù)的重要內(nèi)容。電力系統(tǒng)的過電壓包括外過電壓(又稱雷電過電壓)和內(nèi)過電壓。一般雷電過電壓幅值遠(yuǎn)超過系統(tǒng)的額定工作電壓，但作用時(shí)間較短，平均波長時(shí)間為30微秒。雷擊除了威脅輸電線路和電工設(shè)備的絕緣外，還會危害高建筑物、通信線路、天線、飛機(jī)、船舶、油庫等設(shè)施的安全。因此，這些方面的防雷也屬于高電壓技術(shù)的研究對象。第九頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期五第十頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期五第十一頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期五第十二頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期五第十三頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期五第十四頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期五電力系統(tǒng)內(nèi)過電壓是因正常操作或故障等原因使電路狀態(tài)或電磁狀態(tài)發(fā)生變化，引起電磁能量振蕩而產(chǎn)生的。其中衰減較快、持續(xù)時(shí)間較短的稱為操作過電壓；無阻尼或弱阻尼、持續(xù)時(shí)間長的稱為暫態(tài)過電壓。對110～220千伏電力系統(tǒng)，內(nèi)過電壓水平一般取3倍最大工作電壓；對330～500千伏電力系統(tǒng)，取2～2.5倍；對特高壓電力系統(tǒng)，完全有可能將過電壓限制到1.5～1.8倍。

第十五頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期五高電壓絕緣特性研究高壓電工設(shè)備的絕緣應(yīng)能承受各種高電壓的作用，包括交流和直流工作電壓、雷電過電壓和內(nèi)過電壓。研究電介質(zhì)在各種作用電壓下的絕緣特性、介電強(qiáng)度和放電機(jī)理，以便合理解決電工設(shè)備的絕緣結(jié)構(gòu)問題是高電壓技術(shù)的重要內(nèi)容。第十六頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期五過電壓對輸電線路和電工設(shè)備的絕緣是個嚴(yán)重的威脅。為此，要著重研究各種氣體、液體和固體絕緣材料在不同電壓下的放電特性。其中氣體包括大氣條件下的空氣、壓縮空氣、六氟化硫氣體及高真空等常用作輸電線路和電工設(shè)備絕緣及其他用途的材料。研究如何提高氣體絕緣的放電電壓，研究影響氣體放電的各種因素，對確保電工設(shè)備的經(jīng)濟(jì)合理和安全運(yùn)行都有重要的意義。第十七頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期五隨著電壓等級的提高，工作電壓對絕緣特性的影響越來越重要。在工作電壓作用下超高壓輸電線路和電工設(shè)備的電暈放電、局部放電、絕緣老化、靜電感應(yīng)、無線電干擾、噪聲等現(xiàn)象都是高電壓技術(shù)研究的課題。

第十八頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期五第十九頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期五高電壓試驗(yàn)設(shè)備、方法和測量技術(shù)高電壓領(lǐng)域的各種實(shí)際問題一般都需要經(jīng)過試驗(yàn)來解決。因此，高電壓試驗(yàn)設(shè)備、試驗(yàn)方法以及測量技術(shù)在高電壓技術(shù)中占有格外重要的地位。第二十頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期五常見的高電壓發(fā)生裝置有：①由工頻試驗(yàn)變壓器及其調(diào)壓設(shè)備等組成的工頻試驗(yàn)設(shè)備。②模擬雷電過電壓或操作過電壓的沖擊電壓發(fā)生裝置。③利用高壓硅堆等作為整流閥的高壓直流發(fā)生裝置。第二十一頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期五試驗(yàn)變壓器第二十二頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期五工頻耐壓試驗(yàn)現(xiàn)場第二十三頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期五

高壓測量設(shè)備高壓靜電電壓表高壓球隙第二十四頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期五進(jìn)行高電壓試驗(yàn)需要有正確的試驗(yàn)方法，如耐壓試驗(yàn)、介質(zhì)損耗試驗(yàn)、局部放電試驗(yàn)等。對不同類型的高電壓需采用不同的測量裝置。如測量直流電壓或低頻交流電壓的有效值用高壓靜電電壓表；測單次短脈沖用高壓示波器。常用的高電壓測量裝置還有各種分壓器、分流器、局部放電儀等。60年代以后，光電測試技術(shù)引入高電壓領(lǐng)域，避免了高電壓傳到低電壓的測量系統(tǒng)而引起的危險(xiǎn)和電磁場對低電壓測量系統(tǒng)的干擾。

第二十五頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期五60年代后期以后，高電壓技術(shù)在電工以外的領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，同時(shí)也不斷采用新技術(shù)以發(fā)展自身。前者主要指高電壓技術(shù)在粒子加速器、大功率脈沖發(fā)生器、受控?zé)岷朔磻?yīng)研究、磁流體發(fā)電、靜電噴涂、靜電復(fù)印等方面的應(yīng)用；后者包括利用電子計(jì)算機(jī)計(jì)算電力系統(tǒng)的暫態(tài)過程和變電所的波過程，利用激光技術(shù)進(jìn)行高電壓下大電流的測量等。第二十六頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期五另一方面，高電壓技術(shù)對于進(jìn)一步發(fā)展超高壓、特高壓輸電以及高壓直流輸電繼續(xù)起著重要的推動作用。此外，美國、前蘇聯(lián)的一些學(xué)者還利用電力電子技術(shù)的新成就，對現(xiàn)有的超高壓電網(wǎng)進(jìn)行技術(shù)改造和擴(kuò)大傳輸容量的研究。第二十七頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期五4.2高電壓與絕緣技術(shù)的基本任務(wù)及特點(diǎn)研究在高電壓作用下各種絕緣介質(zhì)的性能和不同類型的放電現(xiàn)象，高電壓設(shè)備的絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，高電壓試驗(yàn)和測量的設(shè)備及方法，電力系統(tǒng)的過電壓、高電壓或大電流產(chǎn)生的強(qiáng)電場、強(qiáng)磁場或電磁波對環(huán)境的影響和防護(hù)措施，以及高電壓在其它領(lǐng)域的應(yīng)用等。第一、實(shí)驗(yàn)性強(qiáng)；第二，理論性強(qiáng)；第三、交叉性強(qiáng)特點(diǎn)基本任務(wù)第二十八頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期五4.3高電壓與絕緣技術(shù)的理論基礎(chǔ)及主要研究內(nèi)容一、高電壓與絕緣技術(shù)的理論基礎(chǔ)：絕緣介質(zhì)的放電和擊穿理論與相關(guān)的理論知識(1)氣體（主要包括大氣條件下的空氣、壓縮空氣、六氟化硫SF6氣體及高真空）放電過程的規(guī)律；(2)不同電壓形式下各種氣體電介質(zhì)的絕緣特性；(3)絕緣子的沿面放電、污穢放電；(4)液體、固體電介質(zhì)的極化、電導(dǎo)與損耗以及擊穿理論；(5)液體、固體電介質(zhì)的老化機(jī)理。第二十九頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期五二、高電壓與絕緣技術(shù)的主要研究內(nèi)容1、高電壓絕緣特性研究和絕緣診斷；2、過電壓及其防護(hù)；3、高電壓試驗(yàn)設(shè)備、方法和測量技術(shù)直擊雷防護(hù)產(chǎn)品和接地極以硅橡膠為主要材料的復(fù)合絕緣子第三十頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期五1200kV直流電壓發(fā)生裝置2400kV沖擊電壓發(fā)生器第三十一頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期五4.4我國高等學(xué)校的高電壓與絕緣技術(shù)專業(yè)高電壓與絕緣技術(shù)方向?yàn)楸究齐姎夤こ碳捌渥詣踊髮I(yè)下的一個專業(yè)方向。研究生階段，高電壓與絕緣技術(shù)專業(yè)是研究生專業(yè)目錄中電氣工程一級學(xué)科下的一個二級學(xué)科。其它的四個二級學(xué)科分別是電機(jī)與電器、電力系統(tǒng)及其自動化、電力電子與電力傳動和電工理論與新技術(shù)。第三十二頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期五4.5高電壓新技術(shù)及其在其它領(lǐng)域中的應(yīng)用等離子體線爆技術(shù)高電壓新技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域高功率脈沖技術(shù)液電技術(shù)第三十三頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期五線爆技術(shù)：強(qiáng)大的電流通過金屬線時(shí)，會使金屬線熔化、氣化、爆炸，產(chǎn)生很強(qiáng)的力學(xué)效應(yīng)及光、電、熱和電磁效應(yīng)高功率脈沖技術(shù)：高功率脈沖技術(shù)是研究高電壓、大電流、高功率窄脈沖的產(chǎn)生和應(yīng)用的技術(shù)液電效應(yīng)：液電效應(yīng)是液體電介質(zhì)在高電壓、大電流放電時(shí)伴隨產(chǎn)生的力、聲、光、熱等效應(yīng)的總稱等離子體：等離子體，是一種擁有離子、電子和核心粒子的不帶電的離子化物質(zhì)。等離子體包括有幾乎相同數(shù)量的自由電子和陽極電子第三十四頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期五關(guān)于防雷保護(hù)第三十五頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期五幾個概念雷害：指由雷云放電引起的自然界普遍存在的一種自然災(zāi)害。它可以引發(fā)森林火災(zāi)、使石油庫或炸藥庫等易燃易爆設(shè)施起火、使建筑物及其內(nèi)部的各種現(xiàn)代設(shè)施（主要是各種弱點(diǎn)和微電子設(shè)備）受到損壞。雷電過電壓：是由雷云放電引起的電力系統(tǒng)供電線路以及發(fā)、變電站的電氣設(shè)備上出現(xiàn)遠(yuǎn)高于其正常工作電壓的電壓升高，亦稱為大氣過電壓。它不僅會危害供電線路以及各種電氣設(shè)備，還會導(dǎo)致大面積停電，引起重大經(jīng)濟(jì)損失。雷電過電壓事故在電力系統(tǒng)事故中占有很大的比例。第三十六頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期五幾個概念雷暴日：在一天中只要聽到雷聲就算作是一個雷暴日。在我國大部分地區(qū)一個雷暴日約為3個雷暴小時(shí)（即在一個小時(shí)內(nèi)聽到雷聲就算一個雷暴小時(shí)）。雷區(qū)分類：少雷區(qū)（平均雷暴日不超過15的地區(qū)）；中雷區(qū)（超過15單不超過40的地區(qū)）；多雷區(qū)（超過40但不超過90的地區(qū)）；強(qiáng)雷區(qū)（超過90的地區(qū)或者根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)雷害特別嚴(yán)重的地區(qū)）。如海南省及雷州半島雷電活動頻繁而強(qiáng)烈，年平均雷暴日高達(dá)100~133。落雷密度：每平方公里每雷暴日的地面落雷次數(shù)。我國電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中，落雷密度去0.07。第三十七頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期五幾個概念直擊雷、感應(yīng)雷過電壓：雷云對地放電時(shí)，不但會使受雷電直擊的線路或設(shè)備上產(chǎn)生過電壓，也會在雷擊點(diǎn)附近未受雷擊的線路或設(shè)備上形成過電壓，前者稱為直擊雷過電壓，后者稱為感應(yīng)雷過電壓。第三十八頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期五幾個概念流動波過電壓：當(dāng)架空線在直擊雷或感應(yīng)雷作用下出現(xiàn)過電壓時(shí)，過電壓波將沿導(dǎo)線向兩側(cè)傳播，并伴有電流的傳播。一般來說，這些流動波過電壓的幅值可達(dá)到幾千千伏，當(dāng)它沿導(dǎo)線傳播到電氣設(shè)備時(shí)，必將危及電設(shè)備的絕緣。第三十九頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期五防雷裝置常用的防直接雷的裝置是：避雷針和避雷線。它們是由導(dǎo)體制成，比被保護(hù)設(shè)備為高，且具有良好的接地裝置。避雷針（線）的作用是將雷吸引到自己身上并安全導(dǎo)入地中。常用的防進(jìn)行波過電壓的裝置是避雷器。避雷器與被保護(hù)設(shè)備并聯(lián)，其作用是釋放過電壓能量，限制過電壓水平，從而保護(hù)設(shè)備的絕緣。目前使用最廣泛的避雷器是氧化鋅避雷器。第四十頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期五避雷針包括：接閃器、引下線和接地體。接閃器可以用10~12mm的圓鋼，引下線可用6mm的圓鋼，接地體一般采用互距5m的3根2.5m長40mm*40mm*4mm的角鋼打入地下再并聯(lián)后與引下線做可靠連接。避雷針第四十一頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期五避雷線由懸掛在空中的水平接地導(dǎo)線、接地引下線和接地體（接地電極）組成。避雷線主要用來保護(hù)線路。其吸雷作用及保護(hù)寬度均比避雷針要小，但避雷線的保護(hù)長度是與線等長的，故特別適合保護(hù)架空線路或大型建筑物。避雷線避雷線第四十二頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期五避雷器是一種過電壓限制裝置。使用時(shí)安裝在被保護(hù)設(shè)備附近，接在被保護(hù)設(shè)備相線與地之間。避雷器第四十三頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期五架空輸電線路防雷在線路防雷設(shè)計(jì)中把線路絕緣不發(fā)生閃絡(luò)的的最大雷電流幅值叫耐雷水平。我國規(guī)程規(guī)定的各級電壓線路的耐雷水平值見表。由表可以看出線路防雷只要求有相對的安全，即可以允許有一部分雷擊引起絕緣閃絡(luò)。額定電壓（kV）3566110220330500耐雷水平I0（kV）20~3030~6040~7575~110100~150125~175雷電流超過I0的概率59~4646~2135~1414~5.67.3~2.03.8~1.0第四十四頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期五架空輸電線路防雷為了降低雷繞擊導(dǎo)線的概率，通常330~500kV線路采用雙避雷線（保護(hù)角不同）；山區(qū)的220kV線路也采用雙避雷線；平原的220kV及110kV線路可用單避雷線。35kV及以下的線路，因其絕緣很弱，裝避雷線對限制感應(yīng)雷過電壓的效果不大，所以一般不沿全線裝設(shè)避雷線。增加絕緣子片數(shù)亦可提高線路的防雷水平，但這會增加費(fèi)用（包括絕緣子和桿塔），一般不會采取這種辦法。降低桿塔的接地電阻是提高線路耐雷水平的最經(jīng)濟(jì)的辦法。第四十五頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期五電力系統(tǒng)接地電力系統(tǒng)接地主要分為三種：防雷接地，工作接地和保護(hù)接地。防雷接地：以把強(qiáng)大的雷電流安全導(dǎo)入大地為目的的接地。防雷接地要求接地電阻值在1~30Ω。工作接地：因電力系統(tǒng)正常運(yùn)行方式的需要而設(shè)置的接地。通常要求接地電阻為0.5~10Ω。保護(hù)接地：為保證人身安全而設(shè)置的接地，如高壓電氣設(shè)備的金屬外殼接地。要求接地電阻為1~10Ω。第四十六頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期五接地體輸電線路桿塔和避雷針的防雷接地常采用占地面積不大的垂直接地體和水平接地體。在一般土壤中，單根長度為2.5m的垂直接地體的工頻接地電阻約為30Ω。如果單根接地體不能滿足需求時(shí)，可以用多根垂直接地體并聯(lián)。第四十七頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期五4.7特高壓輸電特高壓電壓等級的選擇大容量遠(yuǎn)距離輸電的需求，使電網(wǎng)電壓等級迅速向超高壓330kV、345kV、400kV、500kV、735kV、750kV、765kV發(fā)展；20世紀(jì)60年代末，開始進(jìn)行1000kV（1100kV、1150kV）電壓等級和1500kV電壓等級特高壓輸電工程的可行性研究和特高壓輸電技術(shù)的研究和開發(fā)。更高電壓等級的出現(xiàn)時(shí)間用了15—20年。48第四十八頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期五特高壓電網(wǎng)發(fā)展的影響因素

用電負(fù)荷增長是促進(jìn)超高壓電網(wǎng)向特高壓電網(wǎng)發(fā)展的最主要因素，還有如下因素：發(fā)電機(jī)和發(fā)電廠規(guī)模經(jīng)濟(jì)性與電廠廠址不斷增長的用電需求促進(jìn)發(fā)電技術(shù)，包括火力、水力和核電發(fā)電技術(shù)向單位千瓦造價(jià)低、效率高的大型、特大型發(fā)電機(jī)組發(fā)展。美國第一臺300MW、500MW、1000MW、1150MW和1300MW汽輪發(fā)電機(jī)組分別于1955年、1960年、1965年、1970年和1973年投入運(yùn)行。前蘇聯(lián)第一臺300MW、500MW、800MW和1200MW汽輪發(fā)電機(jī)組分別于1963年、1967年、1971年和1980年投入運(yùn)行。

49第四十九頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期五特高壓電網(wǎng)發(fā)展的影響因素由于大容量發(fā)電廠供電范圍的擴(kuò)大和需要燃料的增加以及環(huán)保要求的提高等，電廠廠址宜建在遠(yuǎn)離負(fù)荷中心的煤礦坑口、大的集運(yùn)港口和道口及大河沿岸，并形成發(fā)電基地或電源中心，以較低的電煤價(jià)格降低發(fā)電成本。大電廠的建設(shè)根據(jù)環(huán)保的要求，在能源基地建電廠時(shí)，各大容量規(guī)模廠應(yīng)相距50km左右，同時(shí)形成總?cè)萘?000—10000MW的發(fā)電中心為宜。50第五十頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期五特高壓電網(wǎng)發(fā)展的影響因素

在20世紀(jì)60年代至80年代初，曾規(guī)劃和建設(shè)容量達(dá)5000—10000MW的發(fā)電中心。核電站按規(guī)模經(jīng)濟(jì)建設(shè)2000—6000MW的發(fā)電中心。在遠(yuǎn)離負(fù)荷中心的地區(qū)建設(shè)大型水電站及梯級電站，從而形成水力發(fā)電中心。從超高壓和特高壓各電壓等級的輸電能力可看出，大型和特大型機(jī)組及相應(yīng)的大容量電廠的建設(shè)更增加了特高壓輸電的需求。51第五十一頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期五特高壓電網(wǎng)發(fā)展的影響因素燃料、運(yùn)輸成本和發(fā)電能源的可用性未來的燃料和運(yùn)行成本以及各種燃料的可用性，對電源的總體結(jié)構(gòu)和各種發(fā)電電源在地域上的布局有重要影響。對于同一種燃料來說，運(yùn)送燃料到負(fù)荷中心地區(qū)發(fā)電，還是在燃料產(chǎn)地發(fā)電并以遠(yuǎn)距離輸電向負(fù)荷中心供電，兩者的經(jīng)濟(jì)比較和環(huán)境保護(hù)的制約是決定電廠廠址的重要因素。燃料運(yùn)輸成本上升，運(yùn)力受制約而使燃料的保證率變差，運(yùn)送燃料的經(jīng)濟(jì)性不如輸電，便促進(jìn)在燃料產(chǎn)地建設(shè)大容量規(guī)模的發(fā)電廠，以特高壓向負(fù)荷中心地區(qū)輸電。

52第五十二頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期五特高壓電網(wǎng)發(fā)展的影響因素燃料、運(yùn)輸成本和發(fā)電能源的可用性

發(fā)電能源與用電負(fù)荷地理分布不均衡，經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，用電需求增長快，往往缺乏一次能源；具有豐富一次能源，如礦物燃料，水電資源的地區(qū)，用電增長相對較慢或人均用電水平較低。加拿大、美國、俄羅斯、巴西和中國等國都存在這種不平衡情況。這種不平衡情況增加了遠(yuǎn)距離大容量輸電和電網(wǎng)互聯(lián)的需求。53第五十三頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期五特高壓電網(wǎng)發(fā)展的影響因素網(wǎng)損和短路電流水平在電壓等級不變的情況下，遠(yuǎn)距離輸電意味著線路電能耗損的增加。當(dāng)輸送的功率給定時(shí)，提高輸電電壓等級，將減少輸電線通過的電流，從而減少有功和電能損耗，提高遠(yuǎn)距離輸送大功率的能力，同時(shí)又降低輸電電能損耗是推動特高壓輸電的重要動力。不同容量的電廠按其電力流,應(yīng)分層、分區(qū)接入不同電壓等級的電網(wǎng)，以降低電網(wǎng)的短路電流水平。由于特高壓的引入，特大容量電廠可直接接入特高壓電網(wǎng)。這樣，可減少電廠直接接入超高壓電網(wǎng)的容量，并改善超高壓電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，從而降低超高壓電網(wǎng)的短路電流水平。這是發(fā)展特高壓電網(wǎng)的一個重要因素。54第五十四頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期五特高壓電網(wǎng)發(fā)展的影響因素生態(tài)環(huán)境輸電線路和變電站的生態(tài)環(huán)境影響主要表現(xiàn)在土地的利用、電暈所引起的通信干擾、可聽噪聲，工頻電、磁場對生態(tài)的相互作用等方面。在地區(qū)電力負(fù)荷密度小、輸電線路和變電站數(shù)量少的年代，生態(tài)環(huán)境不會成為問題。當(dāng)輸電線和變電站隨用電增加而數(shù)目增多時(shí)，環(huán)境問題可能成為影響輸電網(wǎng)發(fā)展的突出問題。

55第五十五頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期五特高壓電網(wǎng)發(fā)展的影響因素生態(tài)環(huán)境一方面，特高壓輸電由于其輸送功率大，可大大減少線路走廊占用土地，從而減少對生態(tài)環(huán)境的影響而受到青睞。另一方面特高壓輸電的電、磁場對生態(tài)環(huán)境的相互作用和電暈產(chǎn)生的干擾問題也受到社會廣泛關(guān)注。這是發(fā)展特高壓輸電需深入研究和解決的問題。解決問題的目標(biāo)是既滿足未來預(yù)期的電力增長需求又做到對生態(tài)環(huán)境影響最小。56第五十六頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期五特高壓電網(wǎng)發(fā)展的影響因素政府的政策和管理從各國電力工業(yè)的發(fā)展來看，政府的產(chǎn)業(yè)政策、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、資金借貸成本等都將影響投資決策，影響輕重工業(yè)的比例和布局，以及一、二、三產(chǎn)業(yè)的發(fā)展等，影響總的用電負(fù)荷的增加和各地區(qū)用電負(fù)荷的增長率。能源政策直接激勵各種不同發(fā)電資源的開發(fā)力度。它將影響區(qū)域電網(wǎng)互聯(lián)是強(qiáng)聯(lián)網(wǎng)還是弱聯(lián)網(wǎng)。弱聯(lián)網(wǎng)以區(qū)域電網(wǎng)的最高電壓等級互聯(lián)。強(qiáng)聯(lián)網(wǎng)需要以比區(qū)域電網(wǎng)電壓更高的電壓等級實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，才能在區(qū)域之間實(shí)現(xiàn)大的功率交換。

57第五十七頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期五特高壓電網(wǎng)發(fā)展的影響因素政府的政策和管理電力工業(yè)管理體制對特高壓電網(wǎng)規(guī)劃和建設(shè)的影響是不言而喻的。電力公司的結(jié)構(gòu)，經(jīng)營的地域范圍，對電力系統(tǒng)規(guī)劃的地域范圍有明顯的影響。只有在大范圍進(jìn)行電力電量平衡，才會有特高壓電網(wǎng)的需求。電力工業(yè)管理模式可以說是特高壓電網(wǎng)發(fā)展的決定性因素。幾乎在同時(shí)起步對特高壓可行性和技術(shù)進(jìn)行研究的幾個國家中，前蘇聯(lián)是第一個建成和運(yùn)行1150kV輸電線路的國家，前蘇聯(lián)實(shí)行統(tǒng)一電力系統(tǒng)管理模式。58第五十八頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期五國內(nèi)外特高壓輸電研究和應(yīng)用概況（1）美國邦德維爾電力局（BPA）前期規(guī)劃：BPA公司于1970年作出規(guī)劃，擬用1100kV遠(yuǎn)距離輸電線路，將喀斯喀特山脈東部煤礦區(qū)的坑口發(fā)電廠群的電力輸送到西部用電負(fù)荷中心，輸送容量為800～1000萬千瓦。

電壓等級：1100kV試驗(yàn)設(shè)施：萊昂斯電氣試驗(yàn)場（2.1km）莫洛機(jī)械試驗(yàn)線段（1.8km）試驗(yàn)內(nèi)容：電暈和電場、生態(tài)和環(huán)境、操作和雷電沖擊絕緣研究；可聽噪聲、無線電雜音、電視干擾、電暈損失和臭氧的觀測。機(jī)械和結(jié)構(gòu)試驗(yàn)；對變電站設(shè)備進(jìn)行試驗(yàn)，變壓器、避雷器和SF6氣體設(shè)備的性能評價(jià)等。59第五十九頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期五國內(nèi)外特高壓輸電研究和應(yīng)用概況（2）美國電力公司（AEP）前期規(guī)劃：AEP公司為了減少輸電線路走廊用地和環(huán)境問題，規(guī)劃在已有的765KV電網(wǎng)之上迭加一個1500kV特高壓輸電骨干電網(wǎng)。

電壓等級：1500kV試驗(yàn)條件：雷諾特高壓試驗(yàn)場（線路長523米）

試驗(yàn)內(nèi)容：操作沖擊試驗(yàn)，污穢絕緣子工頻電壓試驗(yàn)，可聽噪聲、電暈損失、電視干擾、地面場強(qiáng)和臭氧發(fā)生量。60第六十頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期五國內(nèi)外特高壓輸電研究和應(yīng)用概況AEP-ASEA特高壓試驗(yàn)基地61第六十一頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期五國內(nèi)外特高壓輸電研究和應(yīng)用概況（3）俄羅斯1150kV交流特高壓62前期規(guī)劃：蘇聯(lián)于70年代規(guī)劃在西伯利亞的坎斯克和哈薩克斯坦的?；退箞D茲建設(shè)火力發(fā)電廠群，通過1150kV輸電線路將煤電輸送到蘇聯(lián)的烏拉爾和其他歐洲部分的用電負(fù)荷中心。電壓等級:1150kV工程應(yīng)用:前蘇聯(lián)從1981年起開始建設(shè)特高壓輸電系統(tǒng)，計(jì)劃建成車?yán)镅刨e斯克～庫斯坦奈～科克切塔夫～?；退箞D茲～巴爾腦爾～伊塔特1150kV特高壓線路2362km。其中?；退箞D茲～科克切塔夫～庫斯坦奈線路最先建成并投運(yùn)，該兩段線路長約900km，特高壓變電站三座，在額定電壓下累積運(yùn)行超過5年。

第六十二頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期五國內(nèi)外特高壓輸電研究和應(yīng)用概況蘇聯(lián)1150kV輸電線路地理接線圖63第六十三頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期五國內(nèi)外特高壓輸電研究和應(yīng)用概況（4）俄羅斯±750kV直流特高壓64前期規(guī)劃：蘇聯(lián)于1978年確定建設(shè)?；退箞D茲-唐波夫750kV，600萬千瓦，2414km的直流輸電工程。電壓等級:750kV工程進(jìn)展:進(jìn)行了大量的試驗(yàn)研究和設(shè)備研制工作，試制出工程所用的全套設(shè)備，并通過了現(xiàn)場試驗(yàn)。兩端換流站完成了大部分土建及設(shè)備安裝工作。直流輸電線路己建成1090km。停建原因：送端火電基地建設(shè)放慢和蘇聯(lián)解體。第六十四頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期五國內(nèi)外特高壓輸電研究和應(yīng)用概況（4）日本前期規(guī)劃:日本于70年代開始規(guī)劃，80年代初開始特高壓技術(shù)研究，建設(shè)東西和南北兩條1000kV輸電主干線，將位于東部太平洋沿岸的福島第一和第二核電站（裝機(jī)共910萬千瓦）和裝機(jī)為812萬千瓦的柏崎核電站的電力輸送到東京灣的用電負(fù)荷中心。電壓等級：1000kV試驗(yàn)設(shè)備：赤城試驗(yàn)線段、新榛名試驗(yàn)場工程應(yīng)用：建成同塔雙回線路427km，目前降壓500KV運(yùn)行。日本發(fā)展特高壓輸電系統(tǒng)的功能歸結(jié)為：（1）解決現(xiàn)有500kV系統(tǒng)的穩(wěn)定問題；（2）解決500kV系統(tǒng)東部日益增長的短路電流問題；（3）解決未來遠(yuǎn)距離輸送電力的穩(wěn)定問題。

65第六十五頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期五國內(nèi)外特高壓輸電研究和應(yīng)用概況東京電力公司建成的特高壓線路66第六十六頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期五國內(nèi)外特高壓輸電研究和應(yīng)用概況（5）意大利67前期規(guī)劃:意大利為了把本國南部地區(qū)的大容量煤電和核電輸送到北部工業(yè)區(qū)，規(guī)劃在原有380kV輸電網(wǎng)架之上疊加1050kV特高壓輸電骨干網(wǎng)。電壓等級：1000kV試驗(yàn)設(shè)備：薩瓦雷托試驗(yàn)站，1km長試驗(yàn)線段、40米試驗(yàn)籠組成的電暈、電磁環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備。試驗(yàn)內(nèi)容：對操作和雷電過電壓試驗(yàn)；可聽噪聲、無線電雜音、電暈損失的測量；機(jī)械試驗(yàn)；電場的生態(tài)效應(yīng)試驗(yàn)第六十七頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期五國內(nèi)外特高壓輸電研究和應(yīng)用概況意大利1000kV工程雷電沖擊試驗(yàn)68第六十八頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期五國內(nèi)外特高壓輸電研究和應(yīng)用概況（6）中國69基本概況：1986～1990年“特高壓輸電前期研究”被列為國家攻關(guān)項(xiàng)目；1990～1995年國務(wù)院重大辦開展了“遠(yuǎn)距離輸電方式和電壓等級論證”；1990～1999年國家科委就“特高壓輸電前期論證”和“采用交流百萬伏特高壓輸電的可行性”等專題進(jìn)行了研究。截至2004年，共完成特高壓研究項(xiàng)目37項(xiàng)。電壓等級：1000～1200kV試驗(yàn)情況：武漢高壓研究院于1996年建成1000kV級長200m的試驗(yàn)線段。電力建設(shè)研究所于2004年建設(shè)的桿塔試驗(yàn)站可進(jìn)行特高壓單回路8×800分裂導(dǎo)線，30—60度轉(zhuǎn)角級桿塔原型強(qiáng)度試驗(yàn)，還可進(jìn)行特高壓輸電線路防振設(shè)計(jì)方案試驗(yàn)。第六十九頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期五國內(nèi)外特高壓輸電研究和應(yīng)用概況中國百萬伏級特高壓試驗(yàn)線段70第七十頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期五特高壓輸電技術(shù)研究的基本結(jié)論可聽噪聲特性和環(huán)境要求是特高壓線路設(shè)計(jì)應(yīng)考核的主要因素，按滿足可接受的可聽噪聲標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行線路設(shè)計(jì)，對無線電和電視的干擾水平可得到滿意的結(jié)果，電暈功率損耗可降至最小。特高壓輸電電網(wǎng)的工頻過電壓和操作過電壓是選擇和設(shè)計(jì)絕緣系統(tǒng)的決定性因素。限制工頻過電壓特別是操作過電壓（1.7p.u以下）水平是特高壓輸電的基本可行性問題。工頻和操作過電壓的空氣擊穿電壓特性，即擊穿電壓與兩電極間的距離關(guān)系有飽和的趨勢。對于1000～1600kV特高壓輸電電網(wǎng)，空氣間隙的飽和趨勢不會使輸電成本達(dá)到難于接受的水平，更不會制約特高壓輸電的發(fā)展。根據(jù)工頻過電壓和操作過電壓確定的絕緣水平能滿足雷電過電壓的絕緣水平要求。

71第七十一頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期五特高壓輸電技術(shù)研究的基本結(jié)論特高壓輸電線下和輸電走廊邊緣的地面工頻電場強(qiáng)度可以做到與超高壓線路相同的水平。按可聽噪聲標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的特高壓導(dǎo)線布置、導(dǎo)線高度、相間距離和線路走廊寬度，將形成類似于超高壓線路已接受的電場強(qiáng)度和環(huán)境影響。特高壓線路電流產(chǎn)生的磁場，與超高壓線路沒有根本的差異，不會成為影響線路設(shè)計(jì)的重要問題。特高壓的環(huán)境效應(yīng)按超高壓輸電線路原則設(shè)計(jì)，對生態(tài)不會有不良的效果，公眾應(yīng)當(dāng)而且可以接受。72第七十二頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期五特高壓輸電技術(shù)研究的基本結(jié)論從20世紀(jì)60年代末開始的特高壓技術(shù)研究，大多數(shù)研究項(xiàng)目和任務(wù)，包括主要設(shè)備的原型試驗(yàn)在1983年—1986年幾乎已近完成。在蘇聯(lián)，世界第一條1150kV特高壓輸電線路和戶外變電站于1985年投入商業(yè)運(yùn)營國際大電網(wǎng)會議（CIGRE）組織來自特高壓輸電研究和建設(shè)的國家的專家成立38·04工作組，對特高壓技術(shù)進(jìn)行了評估，于1988年以38委員會的名義提出報(bào)告，并確認(rèn)：特高壓交流輸電（UHVa.c.transmission）技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用已經(jīng)成熟；根據(jù)現(xiàn)有的知識和經(jīng)驗(yàn)，±800kV是特高壓直流輸電確實(shí)和有把握的可行電壓等級。73第七十三頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期五特高壓輸電技術(shù)研究的基本結(jié)論經(jīng)過各國特高壓技術(shù)的研究和試驗(yàn)，技術(shù)問題已不是特高壓輸電發(fā)展的限制性因素。發(fā)展特高壓電網(wǎng)在經(jīng)濟(jì)上是有吸引力的。特高壓電網(wǎng)出現(xiàn)和發(fā)展的進(jìn)程由大容量輸電的需求所決定，主要取決于用電負(fù)荷的增長情況。74第七十四頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期五特高壓直流輸電的系統(tǒng)特性高壓直流輸電

高壓直流輸電的系統(tǒng)構(gòu)成（多端系統(tǒng)）多端直流輸電可以解決多電源供電或多落點(diǎn)受電的直流輸電問題，它還可以聯(lián)系多個交流系統(tǒng)或?qū)⒔涣飨到y(tǒng)分成多個孤立運(yùn)行的電網(wǎng)。多端直流系統(tǒng)中的換流站可以作為整流運(yùn)行也可以作為逆變運(yùn)行，但整流運(yùn)行的總功率與逆變運(yùn)行的總功率必須相等，即多端系統(tǒng)的輸入和輸出功率必須平衡。多端系統(tǒng)換流站之間的連接方式可以是并聯(lián)或串聯(lián)方式，連接換流站的直流線路可以是分支形或閉環(huán)形。

75第七十五頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期五特高壓直流輸電的系統(tǒng)特性高壓直流輸電高壓直流輸電的系統(tǒng)構(gòu)成（多端系統(tǒng)）

多端系統(tǒng)比多個兩端系統(tǒng)要經(jīng)濟(jì)，但其控制保護(hù)系統(tǒng)及運(yùn)行操作比較復(fù)雜。目前世界上己運(yùn)行的多端直流工程只有意大利-撒丁島（三端，小型）和魁北克-新英格蘭（五端，實(shí)為三端運(yùn)行）兩項(xiàng)。加拿大的納爾遜河雙極1和雙極2以及美國的太平洋聯(lián)絡(luò)線直流工程也具有多端直流輸電的運(yùn)行性能。

76第七十六頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期五特高壓直流輸電的系統(tǒng)特性高壓直流輸電

高壓直流輸電的特點(diǎn)及應(yīng)用直流輸電的主要特點(diǎn)與其兩端需要換流以及輸送的是直流電這兩個基本點(diǎn)有關(guān)。直流輸電的發(fā)展與換流技術(shù)的發(fā)展，特別是大功率電力電子技術(shù)的發(fā)展有著密切的關(guān)系。目前絕大多數(shù)直流輸電工程均采用晶閘管換流，今后隨著新型電力電子器件（如IGBT、IGCT、碳化硅器件等）在直流輸電中的應(yīng)用，將會明顯的改善直流輸電的運(yùn)行性能，目前已經(jīng)出現(xiàn)輕型直流輸電?；诰чl管換流的情況，直流輸電有13項(xiàng)主要特點(diǎn)。

77第七十七頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期五特高壓直流輸電的系統(tǒng)特性高壓直流輸電

高壓直流輸電的特點(diǎn)及應(yīng)用直流輸電架空線路只需正負(fù)兩極導(dǎo)線，桿塔結(jié)構(gòu)簡單，線路走廊窄，造價(jià)低，損耗小。直流線路的輸送能力強(qiáng)，一回士500kV的直流線路可輸送3000～3500MW，士800kV則可輸送4800～6400MW；直流線路無電容電流，沿線的電壓分布均勻，不需裝設(shè)并聯(lián)電抗器。直流電纜線路耐受電壓高、輸送容量大、輸電密度高、損耗小、壽命長，且輸送距離不受電容電流的限制。遠(yuǎn)距離跨海送電和地下電纜送電大多采用直流電纜線路。78第七十八頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期五特高壓直流輸電的系統(tǒng)特性高壓直流輸電

高壓直流輸電的特點(diǎn)及應(yīng)用

直流輸電兩端的交流系統(tǒng)無需同步運(yùn)行，其輸送容量由換流閥電流允許值決定，輸送容量和距離不受兩端的交流系統(tǒng)同步運(yùn)行的限制，有利于遠(yuǎn)距離大容量輸電。采用直流輸電實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)非同步聯(lián)網(wǎng)，不增加被聯(lián)接電網(wǎng)的短路容量，不需要因短路容量問題而更換被聯(lián)接電網(wǎng)的斷路器以及對電纜采取限流措施；被聯(lián)電網(wǎng)可以是額定頻率不同（50Hz和60Hz），或額定頻率相同但非同步運(yùn)行的電網(wǎng)；被聯(lián)電網(wǎng)可保持各自的頻率和電壓而獨(dú)立運(yùn)行，不受聯(lián)網(wǎng)的影響；被聯(lián)電網(wǎng)之間交換的功率可方便快速地進(jìn)行控制，有利于運(yùn)行和管理。

79第七十九頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期五特高壓直流輸電的系統(tǒng)特性高壓直流輸電

高壓直流輸電的特點(diǎn)及應(yīng)用

直流輸電輸送的有功和換流器吸收的無功均可方便快速地控制，可利用這種快速控制改善交流系統(tǒng)的運(yùn)行性能。對于交直流并聯(lián)輸電系統(tǒng)，可以利用直流的快速控制以阻尼交流系統(tǒng)的低頻振蕩，提高與其并聯(lián)的交流線路的輸送能力。直流輸電可利用大地（或海水）為回路，省去一極的導(dǎo)線，同時(shí)大地電阻率低、損耗小。對于雙極直流系統(tǒng)，大地回路通常作為備用導(dǎo)線，當(dāng)一極故障時(shí)，可自動轉(zhuǎn)為單極方式運(yùn)行，提高了輸電系統(tǒng)的可靠性。

80第八十頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期五特高壓直流輸電的系統(tǒng)特性高壓直流輸電

高壓直流輸電的特點(diǎn)及應(yīng)用直流輸電可方便地進(jìn)行分期建設(shè)和增容擴(kuò)建，有利于發(fā)揮投資效益。雙極直流工程可按極分為兩期，當(dāng)每極采用兩組基本換流單元時(shí)，則可分為四期。直流輸電換流站比交流變電所的設(shè)備多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)高、損耗大、運(yùn)行費(fèi)用高、可靠性也相應(yīng)降低。換流站造價(jià)比同等規(guī)模交流變電所要高出數(shù)倍。81第八十一頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期五特高壓直流輸電的系統(tǒng)特性高壓直流輸電

高壓直流輸電的特點(diǎn)及應(yīng)用

換流器運(yùn)行時(shí)在交流側(cè)和直流側(cè)產(chǎn)生一系列的諧波，為降低諧波的影響，在兩側(cè)需分別裝設(shè)交流濾波器和直流濾波器，使得換流站的占地面積、造價(jià)和運(yùn)行費(fèi)用均大幅度提高。晶閘管換流閥組成的電網(wǎng)換相換流器將吸收大量的無功，除交流濾波器提供的無功外，有時(shí)還需裝設(shè)靜電電容器、調(diào)相機(jī)或靜止無功補(bǔ)償器。

82第八十二頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期五特高壓直流輸電的系統(tǒng)特性高壓直流輸電

高壓直流輸電的特點(diǎn)及應(yīng)用直流斷路器沒有電流過零點(diǎn)可利用，滅弧問題難以解決，給直流輸電中間抽能帶來困難，并且使多端直流輸電工程發(fā)展緩慢。直流輸電利用大地（或海水）為回路將帶來接地極附近地下金屬構(gòu)件、管道等埋設(shè)物的電腐蝕、直流電流通過中性點(diǎn)接地變壓器使變壓器飽和、以及對通信系統(tǒng)和航海磁羅盤的干擾等問題。當(dāng)?shù)乇砻骐娮杪屎芨邥r(shí)，接地極址的選擇比較困難。由于直流電的靜電吸附作用，使直流輸電線路和換流站設(shè)備的污穢問題比交流輸電嚴(yán)重，給外絕緣問題帶來困難，這也是特高壓直流輸電需要研究的重點(diǎn)問題。83第八十三頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期五特高壓直流輸電的系統(tǒng)特性高壓直流輸電

高壓直流輸電的特點(diǎn)及應(yīng)用

在電網(wǎng)建設(shè)中，經(jīng)過嚴(yán)格的技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證，采用直流輸電相對比較有利的場合有以下幾種：遠(yuǎn)距離大容量輸電；電力系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)；直流電纜送電；輕型直流輸電的應(yīng)用。從1954年到2000年，世界上共有63項(xiàng)直流輸電工程投入運(yùn)行，其中架空線路17項(xiàng)，電纜線路8項(xiàng)，架空和電纜混合線路12項(xiàng)，背靠背直流工程26項(xiàng)。其中單項(xiàng)架空線路的最高電壓和最大輸送容量為士600kV，3150MW（巴西伊泰普直流工程）。士500kV，輸送容量（3000MW）最大的工程在中國有三個。

84第八十四頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期五高壓直流輸電

高壓直流輸電的特點(diǎn)及應(yīng)用從1987年到2004年，我國己有7項(xiàng)直流輸電工程投入運(yùn)行，見下表。

85特高壓直流輸電的系統(tǒng)特性第八十五頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期五特高壓直流輸電

特高壓直流輸電的現(xiàn)狀在上世紀(jì)70~80年代，前蘇聯(lián)哈薩克斯坦的?；退箞D茲火電基地向其歐洲部分負(fù)荷中心的送電、巴西亞馬遜河水電群向其東南部和東北部的送電以及印度和非洲的遠(yuǎn)距離大容量送電，都曾經(jīng)對特高壓直流輸電的應(yīng)用進(jìn)行過研究，并發(fā)表了不少研究報(bào)告。研究結(jié)論是：士800kV的直流輸電工程在技術(shù)上是可行的；士1000kV不經(jīng)過很大努力進(jìn)行研究是困難的；士1200kV沒有重大的突破是不可能的。只有前蘇聯(lián)圍繞實(shí)際工程，開展了大量的試驗(yàn)研究和設(shè)備研制工作，其他國家由于工程項(xiàng)目不落實(shí)，而停留在研究階段。86特高壓直流輸電的系統(tǒng)特性第八十六頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期五特高壓直流輸電

特高壓直流輸電的現(xiàn)狀前蘇聯(lián)于1978年確定建設(shè)?；退箞D茲-唐波夫750kV，6000MW，2414km的直流輸電工程。試制出工程所用的全套設(shè)備，并通過了現(xiàn)場試驗(yàn)。兩端換流站完成了大部分土建及設(shè)備安裝工作。直流輸電線路己建成1090km（約占全線的45％）。由于經(jīng)濟(jì)原因，火電基地建設(shè)放慢，原計(jì)劃在?；退箞D茲建設(shè)4個4000MW（8臺500MW機(jī)組）的火電站，在1992年僅建成1個，第2個電站僅有1臺機(jī)運(yùn)行。與此同時(shí)，在前蘇聯(lián)歐洲部分由于核電的發(fā)展，也降低了對外來電力的需求,因此該項(xiàng)工程被迫停建。87特高壓直流輸電的系統(tǒng)特性第八十七頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期五特高壓直流輸電特高壓直流輸電接線方式

由于特高壓直流輸電工程輸送容量大、電壓高、要求具有高可靠性，其接線方式通常均采用雙極兩端中性點(diǎn)接線方式。以800kV，4000A，6400MW，的直流輸電工程為例，可供選擇的換流站接線方式有以下三種：每極一組12脈動換流器每極兩組12脈動換流器串聯(lián)每極兩組12脈動換流器并聯(lián)

88特高壓直流輸電的系統(tǒng)特性第八十八頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期五890交流系統(tǒng)41325+800kV

4000A

3200MW圖中：6臺單相雙繞組換流變壓器每臺容量：640MVA2組6脈動換流器每組參數(shù)：400kV，4000A，1600MW平波電抗器4—交流濾波器5—直流濾波器圖4-12每極一組12脈動換流器原理接線（單極）每極1組12脈動換流器原理接線（單極）交流系統(tǒng)41325+800kV

4000A

3200MW圖中：12臺單相雙繞組換流變壓器，每臺容量：320MVA4組6脈動換流器，每組參數(shù)；200kV，4000A，800MW3、4、5—同圖4-12每極兩組12脈動換流器串聯(lián)原理接線（單極）特高壓直流輸電的系統(tǒng)特性第八十九頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期五特高壓直流輸電的系統(tǒng)特性900交流系統(tǒng)41325+800kV

4000A

3200MW圖中：12臺單相雙繞組換流變壓器，每臺容量：320MVA4組6脈動換流器，每組參數(shù)：400kV，2000A，800MW3、4、5—同圖4-12每極兩組12脈動換流器并聯(lián)原理接線（單極）第九十頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期五特高壓直流輸電的系統(tǒng)特性91

特高壓直流輸電

特高壓直流輸電接線方式對以上三種接線方式做簡單的比較和分析：

每極一組12脈動換流器接線方式，換流站結(jié)構(gòu)最簡單，換流站的設(shè)備數(shù)量最少，造價(jià)低，損耗小，可靠性高，是理想的接線方式。但其單臺設(shè)備的容量大，制造難度大，運(yùn)輸也困難。因此，換流變壓器的制造和運(yùn)輸是決定能否選擇這種方式的關(guān)鍵。其次，當(dāng)直流輸電單極（占額定容量的1/2）停運(yùn)時(shí)，對兩端的交流系統(tǒng)的沖擊和影響的程度，也是需要考慮的重要因素。第九十一頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期五特高壓直流輸電的系統(tǒng)特性特高壓直流輸電特高壓直流輸電接線方式每極兩組12脈動換流器串聯(lián)方式，換流器和換流變壓器的數(shù)量將增加一倍，但其單臺容量將降低一半，有利于設(shè)備的制造和運(yùn)輸。由于12脈動換流器作為基本換流單元可以獨(dú)立運(yùn)行，對于這種接線方式，仍以上述工程為例，可按12脈動換流器組分以下4期進(jìn)行建設(shè)：第一期：單極，+400kV，4000A，1600MW；第二期：雙極，400kV，4000A，3200MW；第三期：雙極電壓不對稱，+800kV，4000A，3200MW；-400kV，4000A，1600MW；總輸送功率為：4800MW。第四期：雙極，800kV，4000A，6400MW。92第九十二頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期五特高壓直流輸電的系統(tǒng)特性特高壓直流輸電特高壓直流輸電接線方式每極兩組12脈動換流器并聯(lián)方式，換流器和換流變壓器的數(shù)量以及單臺設(shè)備容量與串聯(lián)方式相同。其特點(diǎn)是設(shè)備的電壓高、電流小。這種接線方式同樣也可分4期進(jìn)行建設(shè)，只是分期的方式有所不同，具體是：第一期：單極，+800kV，2000A，1600MW；第二期：雙極，800kV，2000A，3200MW；第三期：雙極電流不對稱，+800kV，4000A，3200MW；-800kV，2000A，1600MW；總輸送功率為：4800MW，此時(shí)地中有2000A的不平衡電流。第四期：雙極，800kV，4000A，6400MW。

93第九十三頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期五特高壓直流輸電的系統(tǒng)特性特高壓直流輸電設(shè)備換流閥換流變壓器平波電抗器直流濾波器直流避雷器直流絕緣子和套管

94第九十四頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期五特高壓直流輸電的系統(tǒng)特性特高壓直流輸電設(shè)備

換流閥特高壓直流輸電工程所需換流閥的制造是現(xiàn)實(shí)可行的。但現(xiàn)有換流閥的試驗(yàn)設(shè)備，已不能滿足特高壓直流輸電所需換流閥的試驗(yàn)要求，而需要重新建立。

換流變壓器

對特高壓直流輸電來說，換流變壓器的研制是設(shè)備研制的重點(diǎn)。

平波電抗器直流輸電工程所采用的平波電抗器有干式和油浸式兩種類型。對于特高壓直流輸電，主要應(yīng)對直流電壓的油紙絕緣以及支柱絕緣子進(jìn)行更多的研究。

95第九十五頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期五特高壓直流輸電的系統(tǒng)特性特高壓直流輸電設(shè)備

直流濾波器直流濾波器采用由電容、電感和電阻組成的調(diào)諧型濾波器，并聯(lián)在換流站直流極母線上，當(dāng)直流輸電電壓升高時(shí)，串聯(lián)單元數(shù)隨之增加。目前所制造的高壓電容器，能夠滿足特高壓直流輸電的要求。

直流避雷器在士600kV直流避雷器的制造和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，制造士800kV（士750kV）的直流避雷器是困難不大的，其主要限制條件是熱穩(wěn)定性和壽命問題。

96第九十六頁，共一百零八頁，編輯于2023年，星期五特高壓直流輸電的系統(tǒng)特性特高壓直流輸電設(shè)備直流絕緣子和套管

由于直流輸電線路和換流站的積污嚴(yán)重，要求直流絕緣子（線路絕緣子和支柱絕緣子）和套管的爬距長并具有良好的防污性能。

直流套管主要有直流穿墻套管（換流器直流高壓端引出閥廳、換流器交流端引出閥廳）、油浸式平波電抗器套管、換流變壓器閥側(cè)繞組套管。在直流輸電工程中，由于直流穿墻套管的不均勻濕閃而引起的故障屢有發(fā)