高壓直流輸電的整流控制

1、電力系統(tǒng)課程設(shè)計（論文）直流輸電系統(tǒng)整流裝置的設(shè)計論 文 題 目： 姓 名： 張洪威 學(xué) 院： 電氣工程及其自動化 專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 年 級 、 學(xué) 號： 10電42 10284084 指 導(dǎo) 教 師： 賈傳圣 朱呈祥 鄒寬勝 馬兆興 李洪美 高壓直流輸電的整流控制摘要直流輸電是電力系統(tǒng)中近年來迅速發(fā)展的一項新技術(shù)。直流輸電克服了上述電感的損耗.只有導(dǎo)線電阻的損耗.主要應(yīng)用于遠(yuǎn)距離大容量輸電、電力系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)、遠(yuǎn)距離海底電纜或大城市地下電纜送電、配電網(wǎng)絡(luò)的輕型直流輸電等方面。直流 輸電與交流輸電相互配合，構(gòu)成現(xiàn)代電力傳輸系統(tǒng)。隨著電力系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟需求的不斷增長和 提高，直流輸電受到廣泛

2、的注意并得到不斷的發(fā)展。與直流輸電相關(guān)的技術(shù)，如電力電子、微電子、計算機控制、絕緣新材料、光纖、超導(dǎo)、仿真以及電力系統(tǒng)運行、控制和規(guī)劃等的發(fā)展 為直流輸電開辟了廣闊的應(yīng)用前景。由上可見，高壓直流輸電具有線路輸電能力強、損耗小、兩側(cè)交流系統(tǒng)不需同步運行、發(fā)生故障時對電網(wǎng)造成的損失小等優(yōu)點，特別適合用于長距離點對點大功率輸電，而采用交流輸電系統(tǒng)便于向多端輸電。交流與直流輸電配合，將是現(xiàn)代電力傳輸系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。本文在論述了直流輸電基本概念、構(gòu)成、發(fā)展及主要設(shè)備的基礎(chǔ)上，討論了直流輸電的基本工作原理、諧波與無功問題、直流輸電的控制與保護并在MATLAB上搭建并仿真了一些直流線路的運行。通過對仿真出波

3、形的一些不足的分析，聯(lián)系到在實際工程可能存在的問題。目錄第1章 緒論41.1 高壓直流輸電控制部分的課題背景41.2 本課題研究的主要內(nèi)容及選題的意義41.3 高壓直流輸電的構(gòu)成41.4 高壓直流輸電的點優(yōu)缺點及適用場合51.5 高壓直流輸電的歷史與國內(nèi)外的現(xiàn)狀8第2章 高壓直流輸電系統(tǒng)的主要設(shè)備112.1 換流裝置112.2 換流變壓器162.3 無功補償裝置172.4 諧波以及濾波器182.5 平波電抗器192.6 濾波器類型192.7 直流輸電線路22第3章 電網(wǎng)換相直流輸電的控制253.1 基本控制方式253.2 PI控制26第4章 總結(jié)和展望304.1 總結(jié)304.2 高壓直流輸電技

4、術(shù)的簡單展望30第1章 緒論1.1 高壓直流輸電控制部分的課題背景 隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，高壓直流輸電變得可行，且得以充分的發(fā)揮其各方面的優(yōu)點。目前世界上已近有80項高壓直流輸電工程投入運行，我國也有10項高壓直流輸電工程在國家電力網(wǎng)架中應(yīng)用，在優(yōu)化能源配置,保障國家能源安全和促進國民經(jīng)濟發(fā)展中起著重要的作用。隨著國家“西電東送、南北互供、全國聯(lián)網(wǎng)”戰(zhàn)略方針的實施，加快建設(shè)以百萬伏級交流和±660kV、±800kV、±1000kV級直流系統(tǒng)特高壓電網(wǎng)為核心的堅強的電力網(wǎng)架已成為趨勢。中國將建設(shè)世界上輸送容量最大、輸送距離最遠(yuǎn)的高壓直流輸電工程。 在高壓直流輸電中

5、系統(tǒng)控制尤為重要，它決定著整流與逆變能否正常進行。1.2 本課題研究的主要內(nèi)容及選題的意義本課題對±500kV高壓串聯(lián)12脈波直流單級輸電整流部分的PI控制器參數(shù)進行研究，通過不同參數(shù)下整流效果的不同來找到最適合的PI控制器的參數(shù)。選題的意義：高壓直流輸電要想得到穩(wěn)定的直流電壓控制部分必須要做好，通過本課題的研究可以找出定電流控制PI控制得到合適的觸發(fā)角，進而得到很好整流直流電壓。1.3 高壓直流輸電的構(gòu)成1.3.1 高壓直流輸電的概念高壓直流輸電的概念是將發(fā)電廠發(fā)出的交流電，經(jīng)整流器變換成直流電輸送至受電端，再用逆變器將直流電變換成交流電送到受端交流的一種輸電方式。主要應(yīng)用于遠(yuǎn)距離

6、大功率輸電和非同步交流系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)，具有線路投資少、不存在系統(tǒng)穩(wěn)定問題、調(diào)節(jié)快速、運行可靠等優(yōu)點。直流輸電系統(tǒng)：主要由換流站（整流站和逆變站）、直流線路、交流側(cè)和直流側(cè)的電力濾波器、無功補償裝置、換流變壓器、直流電抗器以及保護、控制裝置等構(gòu)成（見圖直流輸電系統(tǒng)的基本構(gòu)成）。其中換流站是直流輸電系統(tǒng)的核心，它完成交流和直流之間的變換，前換流器多數(shù)采用晶閘管可控硅整流管)組成三相橋式整流作為基本單元，稱為換流橋。一般由兩個或多個換流橋組成換流系統(tǒng)，實現(xiàn)交流變直流直流變交流的功能。到目前為止工程上絕大部分直流輸電的由半控型的晶閘管器件構(gòu)成。1.3.2 高壓直流輸電的分類直流輸電按輸電的極數(shù)可分為單極直

7、流輸電、雙極直流輸電、直流多回線輸電和多端直流輸電。現(xiàn)在運行的直流輸電工程中只有很少的運用了多端直流輸電，但也只限于放射式。直流輸電一般采用雙極線路，當(dāng)換流器有一極退出運行時，直流系統(tǒng)可按單極兩線運行，但輸送功率要減少一半。單極高壓直流輸電又分為一線一地和單極兩線的方式，即單極大地回線方式和單極金屬回線方式。 圖1 單極大地回線方式和單極金屬回線方式直流雙極輸電分為中性點兩端接地方式，中性點單端接地方式和中性線方式。圖2 雙極輸電中型點接地方式 直流多回輸電分為線路多回輸電方式和換流器并聯(lián)方式的多回線輸電。線路并聯(lián)多回輸電方式每極線都采用多回輸電線路，可提高輸電的容量、輸電的可靠性及可用率。多

8、端直流輸電分為并聯(lián)多端直流輸電方式和串聯(lián)多端直流輸電方式。1.4 高壓直流輸電的點優(yōu)缺點及適用場合 高壓直流輸電由于自身的結(jié)構(gòu)和性能，具有一系列的特點。1. 優(yōu)點高壓直流輸電用于遠(yuǎn)距離或超遠(yuǎn)距離輸電，因為它相對傳統(tǒng)的交流輸電更經(jīng)濟。直流輸電線造價低于交流輸電線路但換流站造價卻比交流變電站高得多。一般認(rèn)為架空線路超過600-700km，電纜線路超過20-40km直流輸電較交流輸電經(jīng)濟。隨著高電壓大容量可控硅及控制保護技術(shù)的發(fā)展，換流設(shè)備造價逐漸降低直流輸電近年來發(fā)展較快。我國葛洲壩一上海1100km、±500kV,輸送容量的直流輸電工程，已經(jīng)建成并投入運行。 圖4-2交流輸電和直流輸電

9、線路走廊（a）交流輸電線路走廊；（b）直流輸電線路走廊(1)、功率傳輸特性。隨著輸送容量不斷增長，穩(wěn)定問題越來越成為交流輸電的制約因素。為了滿足穩(wěn)定的要求，常需要采用串補、靜補、調(diào)相機、開關(guān)站等措施，有時甚至不得不提高輸電電壓。但是這將增加很多電器設(shè)備，代價昂貴。直流輸電沒有相位和功角的問題，當(dāng)然也就不存在穩(wěn)定問題，只要電壓降、網(wǎng)損等技術(shù)指標(biāo)符合要求，就可以達(dá)到傳輸?shù)哪康?，無須考慮穩(wěn)定的問題，這是直流輸電的重要特點，也是它的一大優(yōu)勢。輸送功率：（架空線路） 交流對地有效值： =三相交流: Pd = 導(dǎo)體允許通過的交流電有效值： = 直流對地電壓：雙極直流： Pd = 2 導(dǎo)體允許通過的電流：當(dāng)

10、=0.943時 Pa = Pd功率損耗：三相交流: Pa = =雙極直流： Pd = Pd = =當(dāng)Pd = Pa 、=0.943時，= = 輸送功率相同時，直流功率損耗為交流輸電功率損耗的倍。（2）、對線路故障的自防護能力好。交流線路單相接地后，其消除過程一般約0.4-0.8s，加上重合閘時間，約0.61s恢復(fù)。直流線路單極接地，整流、逆變兩側(cè)晶閘管閥立即閉鎖，電壓降到零，迫使直流電流降到零，故障電弧熄滅不存在電流無法過零的困難，直流線路單極故障的恢復(fù)時間一般在0.2-0.35s內(nèi)。若線路上發(fā)生的故障重合(對直流輸電系統(tǒng)為再啟動)過程中重燃，交流線路就三相跳閘了。直流輸電系統(tǒng)則可以用延長留待

11、去游離時間及降壓方式來進行第二、第三次再啟動，創(chuàng)造線路消除故障、恢復(fù)正常運行的條件。對于單片絕緣子損壞，交流系統(tǒng)必然三相切除，直流系統(tǒng)則可降壓運行，而且大多能取得成功。（3）、潮流和功率控制可實現(xiàn)自動化。交流輸電的潮流取決于網(wǎng)絡(luò)參數(shù)、發(fā)電機與負(fù)荷的運行方式，控制難度較大，需由值班人員調(diào)度。直流輸電系統(tǒng)的功率傳輸可全部自動控制。（4）、對短路容量無影響。兩個電網(wǎng)以交流互聯(lián)時，將增加兩側(cè)系統(tǒng)的短路容量，有時會造成部分原有斷路器不能滿足遮斷容量要求而需要更換。如果兩電網(wǎng)以直流系統(tǒng)互聯(lián)(背靠背方式)，無論哪里發(fā)生故障在直流線路上增加的電流都是不大的，因此不會影響交流系統(tǒng)的斷路容量。（5）、調(diào)度管理簡便

12、。由于通過直流系統(tǒng)互聯(lián)的兩端交流系統(tǒng)可以有不同的頻率，輸送功率也可保持恒定(恒功率、恒電流等)。對于送端而言，整流站相當(dāng)于交流系統(tǒng)的一個負(fù)荷。對于受端而言，逆變站則相當(dāng)于交流系統(tǒng)的一個電源。兩個電網(wǎng)相互之間的干擾和影響小，運行管理簡單方便，對我國當(dāng)前發(fā)展的跨大區(qū)互聯(lián)、合同售電、合資辦電等形成的聯(lián)合電力系統(tǒng)非常適用。2相對于直流輸電的好處（1）當(dāng)輸送相同功率時，直流線路造價低，架空線路桿塔結(jié)構(gòu)較簡單，線路走廊窄，同絕緣水平的電纜可以運行于較高的電壓； （2）直流輸電的功率和能量損耗小； （3）對通信干擾??； （4）線路穩(wěn)態(tài)運行時沒有電容電流，沒有電抗壓降,沿線電壓分布較平穩(wěn),線路本身無需無功補償

13、； （5）直流輸電線聯(lián)系的兩端交流系統(tǒng)不需要同步運行，因此可用以實現(xiàn)不同頻率或相同頻率交流系統(tǒng)之間的非同步聯(lián)系； （6）直流輸電線本身不存在交流輸電固有的穩(wěn)定問題，輸送距離和功率也不受電力系統(tǒng)同步運行穩(wěn)定性的限制； （7）由直流輸電線互相聯(lián)系的交流系統(tǒng)各自的短路容量不會因互聯(lián)而顯著增大； （8）直流輸電線的功率和電流的調(diào)節(jié)控制比較容易并且迅速，可以實現(xiàn)各種調(diào)節(jié)、控制。如果交、直流并列運行，有助于提高交流系統(tǒng)的穩(wěn)定性和改善整個系統(tǒng)的運行特性。3. 高壓直流輸電的缺點直流輸電也存在一系列的缺點。直流換流站的設(shè)備多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價高、損耗大、運行費用高、可靠性也較差。換流器在工作過程中會產(chǎn)生大量的諧

14、波，處理不當(dāng)而流入交流系統(tǒng)的諧波就會對交流電網(wǎng)的運行造成一系列問題。因此必須通過設(shè)置大量、成組的濾波器消除這些諧波。其次傳統(tǒng)的電網(wǎng)換相直流輸電在傳送相同的功率時，會吸收大量的無功功率，可以達(dá)到有功功率的50-60。需要大量的無功功率補償設(shè)備及其相應(yīng)的控制策略。另外，直流輸電的接地極問題、直流斷路器問題，都還存在著一些技術(shù)難點。當(dāng)受端交流系統(tǒng)的短路容量與直流輸送容量之比小于2時，稱為弱受端系統(tǒng)，這時為了控制受端電壓的穩(wěn)定性，保證直流輸送的可靠運行，通常要增設(shè)調(diào)相機、靜止無功功率補償器（SVC）或靜止無功發(fā)生器（SVG），且應(yīng)實現(xiàn)HVDC與這些補償設(shè)備的協(xié)調(diào)控制。 1.5 高壓直流輸電的歷史與國內(nèi)

15、外的現(xiàn)狀自1954 年瑞典哥特蘭的世界上第一項高壓直流輸電工程投運以來,高壓直流輸電技術(shù)已隨著電力電子技術(shù)的突飛猛進而飛速發(fā)展, 直流輸電具有輸電容量大、穩(wěn)定性好、控制調(diào)節(jié)靈活等優(yōu)點，對于遠(yuǎn)距離輸電、海底電纜輸電及不同頻率系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)，高壓直流輸電擁有獨特的優(yōu)勢。已作為高壓交流輸電技術(shù)的有力補充而在全世界廣泛應(yīng)用。我國幅員遼闊,西電東送、南北互供的電網(wǎng)發(fā)展戰(zhàn)略使高壓直流輸電技術(shù)大有用武之地,預(yù)計將出現(xiàn)一系列高壓直流輸電工程。目前全世界直流輸電工程約80個，其中具有代表性的工程有： 巴西伊泰普直流輸電工程（ Itaipu HVDC transmission project），世界上已建成投運的輸電

16、電壓最高（±750kV）、輸送功率最大（6000MW）的直流輸電工程。魁北克新英格蘭直流輸電工程（QuebecNew England HVDC transmission project），世界上最大的多端（5個換流站）直流輸電工程。我國直流輸電現(xiàn)狀（1）早在50年代初，中國就已關(guān)注直流輸電，當(dāng)時政府派人去學(xué)習(xí)蘇聯(lián)的高壓汞弧閥設(shè)計制造。1978年上海投運一條31kV、150A、送電電纜長9km的直流輸電試驗線，累計運行2300h。（2）舟山直流輸電工程于20世紀(jì)70年代后期開始進行調(diào)查研究與可行性分析。1980年底由中國國家計委和國家科委正式批準(zhǔn)建設(shè)。1981年國家科委與浙江省電力工業(yè)

17、局、西安電力機械制造公司（簡稱西電公司）簽訂了科研總合同。1982年簽訂了新產(chǎn)品研制協(xié)議與供貨合同，由西安電力機械制造公司、北京重型機械廠、紅旗電纜廠和上海繼電器廠承制。1984年開始土建，1986年底完成設(shè)備安裝，1987年進行調(diào)試，于同年12月投入試運行，1989年9月1日通過了國家鑒定，并正式投入運行。該工程的輸電距離為54.1km，其中架空線分三段，總長42.1km；海底電纜分二段，總長12km。第一期工程的規(guī)模為：單極直流-100kV，500A，50MW，采用6脈動換流器。留有擴建二期工程的位置。最終規(guī)模為：雙極直流±100kV，500A，100MW。建設(shè)該工程的目的：除了

18、實行大陸向舟山地區(qū)供電以外，同時通過工程建設(shè)還可促進中國高壓直流輸電技術(shù)的發(fā)展。（3）隨著天生橋一、二級水電站的建設(shè)，天生橋送廣東500kV交流輸電線已有二條。增加一條直流線路，可以利用附加控制功能進行直流調(diào)制，以抑制兩個電力系統(tǒng)間的功率振蕩，同時可以增加原有交流聯(lián)網(wǎng)線路的輸送容量。天廣500kV直流輸電工程西起貴州安龍馬窩，東至廣州北郊，該線1998年4月16日開工，由西門子公司總承包，總投資39.8億元。規(guī)模:±500kV、1.8kA、雙極額定容量1 800MW，線路全長980km。該線已于2000年12月底單極投產(chǎn)，2001年6月26日雙極投產(chǎn)。工程有所創(chuàng)新，采用了有源直流濾波

19、器、直流光纖電流互感器、合成材料穿墻套管等，同時，在工程質(zhì)量、造價控制、建設(shè)速度以及調(diào)試方面都是國內(nèi)最好水平。（4）隨著三峽電站2003年開始投運，國家電力公司部署了“西電東送、南北互聯(lián)、全國聯(lián)網(wǎng)”的方針。全國互聯(lián)電網(wǎng)的基本格局是：以三峽輸電系統(tǒng)為主體，向東西南北方向輻射，形成以北、中、南送電通道為主體，南北電網(wǎng)間多點互聯(lián)，縱向通道聯(lián)系較為緊密的全國互聯(lián)電網(wǎng)格局。北、中、南三大片電網(wǎng)之間原則上采用直流背靠背或常規(guī)直流隔開，以控制交流同步電網(wǎng)的規(guī)模。另一方面，隨著西部開發(fā)號角的吹響，龍灘、公伯峽、洪家渡、索風(fēng)營、烏江渡擴機、百色水利樞紐、紫坪鋪水利樞紐等水電工程的開工，以及后繼工程小灣、三板溪、

20、溪洛渡、景洪、瀑布溝、拉西瓦、彭水等正在編制可行性研究，預(yù)計今后十幾年內(nèi)直流輸電項目不少。以下是已采用的高壓直流輸電的類型：(1)超過30km左右的水下電纜。由于電纜的大電容需要中間補償站，對這么長的距離來說，交流輸電是不切實際的。瑞典FENNO芬蘭SKAN，橫跨海峽，采用220km長的電纜。(2)兩個交流系統(tǒng)之間的異步聯(lián)接。由于直流系統(tǒng)穩(wěn)定性問題或兩系統(tǒng)的額定頻率不同，在這鐘情況下也不適宜采用交流聯(lián)接。另外，兩大系統(tǒng)逐漸發(fā)展需要互聯(lián)，它們雖有相同的頻率，有時卻不同期，采用直流互聯(lián)也是常用手段。這兩種情況在美國最多見，其它(印度、日本、歐洲等)地方也采用。(3)大容量遠(yuǎn)距離架空線輸電。超過70

21、0km距離時，用高壓直流輸電替代交流輸電，極具競爭力美國BPA系統(tǒng)、加拿大納爾遜河輸電系統(tǒng)、我國的葛上直流工程和天廣直流工程均屬此類型。交流輸電線路中,除了有導(dǎo)線的電阻損耗外還有交流感抗的損耗.為了解決交流輸電電阻的損耗,采用高壓和超高壓輸電來減小電流來減小損耗.但是交流電感損耗不能減小.因此交流輸電不能做太遠(yuǎn)距離輸電.如果線路過長輸送的電能就會全部消耗在輸電線路上.交流輸電并網(wǎng)還要考慮相位的一致.如果相位不一致兩組發(fā)電機并網(wǎng)會互相抵消.高壓直流輸電系統(tǒng)具有快速控制傳輸功率的能力。因此，對于與交流電力系統(tǒng)有關(guān)的穩(wěn)定性問題，HVDC系統(tǒng)有明顯的影響。理解HVDC系統(tǒng)的特性，對于電力系統(tǒng)的運行和穩(wěn)

22、定控制都是極其重要的。尤為關(guān)鍵的是，HVDC控制的正確設(shè)計是使整個交、直流系統(tǒng)具有滿意運行性能的重要保證。第2章 高壓直流輸電系統(tǒng)的主要設(shè)備高壓直流輸電是將三相交流電通過換流站整流變成直流電，然后通過直流輸電線路送往另一個換流站逆變成三相交流電的輸電方式。它基本上由兩個換流站和直流輸電線組成， 兩個換流站與兩端的交流系統(tǒng)相連接。在這個過程中，換流裝置時高壓直流輸電系統(tǒng)中最重要的電氣一次設(shè)備，除此之外，為了滿足交、直流系統(tǒng)對安全穩(wěn)定及電能質(zhì)量的要求，高壓直流輸電系統(tǒng)還需要裝設(shè)其他重要設(shè)備，如：換流變壓器、平波電抗器、無功補償裝置、濾波器、直流接地極、交直流開關(guān)設(shè)備、直流輸電線路以及控制與保護裝置

23、、遠(yuǎn)程通信系統(tǒng)等。從系統(tǒng)構(gòu)成上劃分，高壓直流輸電系統(tǒng)由三部分構(gòu)成，即：整流站、 直流輸電線路和逆變站。其中，整流站和逆變站統(tǒng)稱為換流站。本章重點對換流裝置、換流變壓器、平波電抗器、無功補償裝置、濾波器、和直流輸電線路進行介紹。2.1 換流裝置由電力電子器件組成，具有將交流電變?yōu)橹绷麟娀驅(qū)⒅绷麟娮優(yōu)榻涣麟姷脑O(shè)備統(tǒng)稱為換流裝置，或稱為換流器。其中，工作在將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姇r，換流器處于整流狀態(tài)，此時的換流器也稱為整流器；工作在將直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟姞顟B(tài)時，換流器處于逆變狀態(tài)，此時的換流器又稱為逆變器。在高壓直流輸電系統(tǒng)中換流器通常采用三相橋式全控?fù)Q流電路作為最基本單元，如圖3所示，由于該電路的直流

24、側(cè)整流電壓在一個工頻周期中具有6個波頭，所以三相橋式全控?fù)Q流電路又稱為6脈動換流器。當(dāng)兩個6脈動換流器采用直流端串聯(lián)、同時交流端并聯(lián)方式連接后構(gòu)成12脈動換流器。如圖4所示 圖3 三相全控電路 圖4 12脈動換流器圖中1-6和1-6分別代表一組6脈動換流器。現(xiàn)代高壓直流輸電工程均采用12脈動換流器作為基本換流單元。在高壓直流輸電系統(tǒng)中，換流器不僅具有整流和逆變的功能，而且整流器還具有開關(guān)的功能。通過對整流器實施快速控制，實現(xiàn)高壓直流輸電系統(tǒng)的啟動和停運。在交、直流輸電系統(tǒng)故障以及故障后的恢復(fù)過程中，對整流器的快速控制可有效保護直流輸電系統(tǒng)，同時也是交流電網(wǎng)安全和穩(wěn)定運行的重要保障。2.1.1

25、器件 組成換流器的基本器件為各種電力電子器件。電力電子器件可以分為半控型器件、全控型器件和不可控型器件，其中晶閘管為半控型器件，承受電壓和電流容量在所有器件中最高；電力二極管為不可控器件，結(jié)構(gòu)和原理簡單，工作可靠；還可以分為電壓驅(qū)動型器件和電流驅(qū)動型器件，其中 GTO、GTR為電流驅(qū)動型器件，IGBT、電力MOSFET為電壓驅(qū)動型器件。在已經(jīng)投運的近90項直流輸電工程中，絕大數(shù)直流輸電工程采用晶閘管換流器，只有10項左右的輕型直流輸電工程采用絕緣柵雙極型晶體管換流器。本章將主要論述晶閘管換流器。 晶閘管，因其工作可靠、壽命長、體積小、開關(guān)速度快，而在電力電子電路中得到廣泛應(yīng)用，它是耐壓水平最高

26、、輸出容量最大的電力電子器件。20世紀(jì)50年代，電力電子器件主要是汞弧閘流管和大功率電子管，從加拿大伊爾河背靠背直流輸電工程于1972年投運以來，所有常規(guī)直流輸電工程全部采用晶閘管器件，從而解決了早期直流輸電工程由于使用逆弧故障率高、可靠性低、制造技術(shù)復(fù)雜、價格昂貴和運行維護不便的汞弧閥而出現(xiàn)的直流輸電工程可靠性不高、投資大以及運行不便的難題。 晶閘管T在工作過程中，它的陽極A和陰極K與電源和負(fù)載連接，組成晶閘管的主電路，晶閘管的門極G和陰極K與控制晶閘管的裝置連接，組成晶閘管的控制電路。 晶閘管的工作條件： (1). 晶閘管承受反向陽極電壓時，不管門極承受何種電壓，晶閘管都處于關(guān)斷狀態(tài)。 (

27、2). 晶閘管承受正向陽極電壓時，僅在門極承受正向電壓的情況下晶閘管才導(dǎo)通。 (3). 晶閘管在導(dǎo)通情況下，只要有一定的正向陽極電壓，不論門極電壓如何，晶閘管保持導(dǎo)通，即晶閘管導(dǎo)通后，門極失去作用。 (4). 晶閘管在導(dǎo)通情況下，當(dāng)主回路電壓（或電流）減小到接近于零時，晶閘管關(guān)斷。 圖5 晶閘管的外形圖晶閘管的伏安特性 晶閘管陽極A與陰極K之間的電壓與晶閘管陽極電流之間關(guān)系稱為晶閘管伏安特性,如圖6所所示。正向特性位于第一象限,反向特性位于第三象限。            &

28、#160;         圖6  晶閘管伏安特性參數(shù)示意圖反向特性:當(dāng)門極G開路,陽極加上反向電壓時(見圖7),J2結(jié)正偏,但J1、J2結(jié)反偏。此時只能流過很小的反向飽和電流,當(dāng)電壓進一步提高到J1結(jié)的雪崩擊穿電壓后,同時J3結(jié)也擊穿,電流迅速增加,如圖5的特性曲線OR段開始彎曲,彎曲處的電壓URO稱為“反向轉(zhuǎn)折電壓”。此后,晶閘管會發(fā)生永久性反向擊穿。    圖7  陽極加反向電        

29、; 圖8  陽極加正向電壓正向特性: 當(dāng)門極G開路,陽極A加上正向電壓時(見圖8),J1、J3結(jié)正偏,但J2結(jié)反偏,這與普通PN結(jié)的反向特性相似,也只能流過很小電流,這叫正向阻斷狀態(tài),當(dāng)電壓增加,如圖6的特性曲線OA段開始彎曲,彎曲處的電壓UBO稱為“正向轉(zhuǎn)折電壓”。由于電壓升高到J2結(jié)的雪崩擊穿電壓后,J2結(jié)發(fā)生雪崩倍增效應(yīng),在結(jié)區(qū)產(chǎn)生大量的電子和空穴,電子進入N1區(qū),空穴進入P2區(qū)。進入N1區(qū)的電子與由P1區(qū)通過J1結(jié)注入N1區(qū)的空穴復(fù)合。同樣,進入P2區(qū)的空穴與由N2區(qū)通過J3結(jié)注入P2區(qū)的電子復(fù)合，雪崩擊穿后，進入N1區(qū)的電子與進入P2區(qū)的空穴各自不能全部復(fù)合掉。這樣，在N1

30、區(qū)就有電子積累，在P2區(qū)就有空穴積累，結(jié)果使P2區(qū)的電位升高，N1區(qū)的電位下降，J2結(jié)變成正偏，只要電流稍有增加,電壓便迅速下降，出現(xiàn)所謂負(fù)阻特性，見圖2中的虛線AB段。這時J1、J2、J3三個結(jié)均處于正偏，晶閘管便進入正向?qū)щ姞顟B(tài)通態(tài),此時，它的特性與普通的PN結(jié)正向特性相似，如圖6的BC段。觸發(fā)導(dǎo)通:在門極G上加入正向電壓時(如圖8所示),因J3正偏,P2區(qū)的空穴進入N2區(qū),N2區(qū)的電子進入P2區(qū),形成觸發(fā)電流IGT。在晶閘管的內(nèi)部正反饋作用(如圖2)的基礎(chǔ)上,加上IGT的作用,使晶閘管提前導(dǎo)通,導(dǎo)致圖6中的伏安特性O(shè)A段左移,IGT越大,特性左移越快。   

31、                                  圖9  陽極和門極均加正向電壓晶閘管的主要參數(shù):(1)斷態(tài)重復(fù)峰值電壓UDRM門極開路,重復(fù)率為每秒50次,每次持續(xù)時間不大于10ms的斷態(tài)最大脈沖電壓,UDRM=90%UDSM,UDSM為斷態(tài)不重復(fù)峰

32、值電壓。UDSM應(yīng)比UBO小,所留的裕量由生產(chǎn)廠家決定。(2) 高壓直流輸電系統(tǒng)的自協(xié)調(diào)自適應(yīng)控制方案URRM其定義同UDRM相似,URRM=90%URSM,URSM為反向不重復(fù)峰值電壓。(3)額定電壓 選UDRM和URRM中較小的值作為額定電壓,選用時額定電壓應(yīng)為正常工作峰值電壓的23倍,應(yīng)能承受經(jīng)常出現(xiàn)的過電壓。2.1.2換流閥由圖3可見,6脈動換流器和12脈動換流器分別有6個和12 個橋臂組成,分別用VT1-VT6或VT1-VT12來表示.其中的數(shù)字代表橋臂導(dǎo)通的順序。如6脈動換流器的6個橋臂導(dǎo)通順序為VT1導(dǎo)通，60°后VT2導(dǎo)通，60°后VT3導(dǎo)通當(dāng)VT6導(dǎo)通60

33、°后，VT1再次導(dǎo)通，如此周而復(fù)始，循環(huán)往復(fù)。在直流輸電系統(tǒng)中，橋臂也稱為換流閥，閥臂，或簡稱閥。換流閥室換流器的基本單元，是進行換流的關(guān)鍵設(shè)備。晶閘管換流閥由幾十到數(shù)百個晶閘管器件串聯(lián)而成。與高壓直流輸電工程的高電壓相比，單片晶閘管所能承受的電壓太小，必須通過多元件的串聯(lián)才能滿足工程運行電壓的需要。晶閘管整流閥的觸發(fā)角一般為15°，最小 5°。晶閘管的關(guān)斷角為15°-18°，最小值為15°。2.1.3 換流單元接線方式直流輸電換流站由基本換流單元組成，基本換流單元有6脈動換流單元和12脈動換流單元兩種類型。每個基本換流單元主要包括換

34、流器、換流變壓器、交直流濾波器、控制與保護裝置以及交直流開關(guān)及測量設(shè)備等。由6脈動換流器在交直流側(cè)產(chǎn)生的低次諧波更多，因此現(xiàn)代高壓直流輸電工程均采用12脈動換流單元。6脈動換流單元6脈動換流單元采用6脈動換流器。換流變壓器既可以采用三相結(jié)構(gòu)也可采用單相結(jié)構(gòu)，其網(wǎng)側(cè)繞組一定為星形接線方式，閥側(cè)繞組可以是星形接線也可以是三角形接線。2.2 換流變壓器在高壓直流輸電系統(tǒng)中，換流變壓器是最重要的設(shè)備之一，它不僅參與了換流器的交流電與直流電的相互轉(zhuǎn)換，而且還承擔(dān)著改變交流電壓數(shù)值、抑制直流電流等作用。此外換流變壓器容量大、設(shè)備復(fù)雜、價格昂貴，因此更換流變壓器的可靠性、可用率、以及投資對整個直流輸電系統(tǒng)起

35、著關(guān)鍵性的影響。2.2.1換流變壓器的功能（1） 參與實現(xiàn)交流電與直流電之間的相互變換。（2） 實現(xiàn)電壓變換。將交流系統(tǒng)的高電壓降低至適合換流器需要的交流電壓。（3） 抑制直流故障電流。換流變壓器的漏抗限制了閥臂短路和直流母線短路時的故障電流，能有效保護換流閥。（4） 消弱交流系統(tǒng)侵入直流系統(tǒng)的過電壓。（5） 減少換流器注入交流系統(tǒng)的諧波。換流變壓器的漏抗對換流器產(chǎn)生的諧波電流具有一定的抑制作用。（6） 實現(xiàn)交直流系統(tǒng)的電氣隔離。2.2.2換流變壓器的特點 （1） 短路阻抗大：換流變壓器的短路阻抗分?jǐn)?shù)通常為12%-18% 。短路阻抗大會使換流器正常運行時吸收無功增加，增加無功補償設(shè)備并導(dǎo)致?lián)Q相

36、壓降過大。（2） 絕緣要求高：換流變壓器閥側(cè)同時承受交流電壓和直流電壓，因此換流變壓器的閥側(cè)繞組除承受正常交流電壓產(chǎn)生的應(yīng)力外，還須承受直流電壓產(chǎn)生的應(yīng)力。（3） 噪聲大：換流器產(chǎn)生的交流諧波全部流過換流變壓器，這些諧波頻率低、容量大，導(dǎo)致?lián)Q流變壓器磁滯伸縮而產(chǎn)生噪聲。（4） 損耗高（5） 有載調(diào)壓范圍寬：換流變壓器有載調(diào)壓范圍高達(dá)20%-30% 。（6） 直流偏磁嚴(yán)重 （7） 試驗復(fù)雜換流變壓器具有四種結(jié)構(gòu)形式，即三相三繞組式、三相雙繞組式、單相雙繞組式和單相三饒組式 。2.3 無功補償裝置由晶閘管構(gòu)成的換流器是一個典型的非線性設(shè)備，它在實現(xiàn)有功功率的交直、直交轉(zhuǎn)換的同時，需要從交流系統(tǒng)吸收

37、無功功率。一般來說，整流器和逆變器吸收的無功功率分別為所傳輸直流功率的30%-50%和40%-60%如此巨大的無功容量如果全部或大部分由換流站所連接的交流電網(wǎng)供給，則交流輸電線路的線損則大幅度增加，線路電壓損失加大，導(dǎo)致?lián)Q流站交流母線電壓大幅度降低，換流器及交流場中的設(shè)備將無法正常運行，危及高壓直流輸電系統(tǒng)及交流電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。因此，換流器所需的無功功率只能采取無功就地平衡的無功補償原則，在換流站中裝設(shè)足夠容量的無功補償裝置。換流站無功補償裝置是指用于補償換流器消耗的無功功率而需要安裝的武功設(shè)備。機械頭切式無功補償裝置：這類設(shè)備包括機械頭切式并聯(lián)電容器、并聯(lián)電抗器以及交流濾波器。它的主要優(yōu)

38、點是無功補償容量巨大、投資低，其缺點是調(diào)節(jié)速度慢、不能實現(xiàn)平滑調(diào)節(jié)、不能頻繁操作。靜止無功補償裝置：一般由晶閘管控制電抗器，晶閘管投切電容器或固定電容器組合而成?？蛇B續(xù)調(diào)解發(fā)出和吸收的無功功率。其調(diào)節(jié)速度快，可用于抑制直流單極故障引起的換流站交流母線的暫時過電壓，抑制交流濾波器或并聯(lián)電容器投切時導(dǎo)致的換流母線暫態(tài)電壓波動。在大擾動時，可提高交直流混合系統(tǒng)的故障恢復(fù)能力。禁止無功補償裝置是平衡電網(wǎng)無功功率和穩(wěn)定電網(wǎng)電壓的有效手段。禁止無功補償裝置的缺點投資大。同步調(diào)相機：采用調(diào)相機、投資大、占地多、運行可靠性低、維護工作量大，因此不宜采用。 2.4 諧波以及濾波器2.4.1 諧波以及諧波的危害

39、諧波是指對周期性非正弦交流量進行傅里葉級分解所得到的大于基波頻率整數(shù)倍的各次分量，通常稱為高次諧波。諧波源為高壓直流輸電中的電力電子器件。諧波的危害有很多，大體概括為：（1） 旋轉(zhuǎn)電動機（換流變壓器過負(fù)荷）等的附加諧波損耗與發(fā)熱，縮短使用壽命。（2） 諧波諧振過電壓，造成電氣元件及設(shè)備的故障與損壞。（3） 電能計量錯誤。（4） 對通信系統(tǒng)產(chǎn)生電磁干擾，使電信質(zhì)量下降。（5） 使重要的和敏感的自動控制、保護裝置誤動作。（6） 危害到功率處理器自身的正常運行。換流站交流側(cè)的諧波電流流入交流系統(tǒng)后，由于系統(tǒng)阻抗的原因?qū)⒁鸶鞔沃C波電壓將，使電壓出現(xiàn)畸變，諧波電壓與諧波電流會對交流系統(tǒng)和用電設(shè)備產(chǎn)生不

40、良的影響和危害；換流站直流側(cè)的諧波電壓將在直流線路上產(chǎn)生諧波電壓、諧波電流分布，使鄰近的通信線路受到干擾。為了限制諧波電壓和諧波電流，通常需要采取措施對抑制。2.4.2 消除諧波的方法以及諧波抑制設(shè)備增加換流裝置的脈動數(shù)可以減少特征諧波的組成成分，并提高最低次特征諧波的次數(shù)，從而達(dá)到抑制諧波的目的。采用濾波裝置是對高壓直流輸電所產(chǎn)生的諧波進行抑制的有效方法。在換流站的交流側(cè)，濾波裝置大都并聯(lián)在換流變壓器交流側(cè)的母線上，只有少數(shù)直流輸電工程將濾波裝置連接到換流變壓器的第三繞組。諧波抑制設(shè)備可以分為以下三種。1.濾波器 2.平波電抗器 3.中性點沖擊電容器：中性點沖擊電容器是指裝設(shè)在換流站的中性點

41、與大地之間起濾波作用的電容器，裝設(shè)該電容器的作用是為直流側(cè)以3的倍次諧波為主要成分的電流提供低阻抗通道。根據(jù)3脈波模型，良好的中性點濾波系統(tǒng)對降低整個直流系統(tǒng)的諧波水平有較明顯的作用。中性點濾波系統(tǒng)有兩大類。一類為由電容、電感和電阻組成的濾波器、濾波效果好，但存在占地大、成本高的缺點。另類是目前工程中采用的中性點電容器。這種電容器除參與濾波外，還能緩沖接地極引線落雷時的過電壓。由于換流變壓器繞組存在對地雜散電容，為直流諧波特別是較低次的直流諧波電流提供了通道，因此應(yīng)針對這種諧波來確定中性點電容器的參數(shù)，一般來說，該電容器電容值的選擇范圍應(yīng)為十幾微法至數(shù)毫發(fā)，同時還應(yīng)避免與接地極線路的電感在臨界

42、頻率上產(chǎn)生并聯(lián)諧振。2.5 平波電抗器平波電抗器是換流站的重要設(shè)備之一,安裝于直流極限出口 。功能（1）防止輕載時直流電斷續(xù)。（2）抑制直流故障電流的快速增加，減小逆變器繼發(fā)換相失敗的幾率。（3）減小直流電流紋波，與直流濾波器一起共同構(gòu)成換流站直流諧波濾波電路。（4）防止直流線路或直流開關(guān)站產(chǎn)生的陡波沖擊波進入閥廳，從而使換流閥免遭過電壓應(yīng)力過大而損壞。平波電抗器的電感量通常為0.27-1.5H（針對直流架空線路）或12-200MH（針對直流電纜線路）。平波電抗器分為干式和油浸式兩種形式。干式與油浸式平波電抗器有各自的優(yōu)缺點，在電感量相同的情況下，油浸絕緣平波電抗器的設(shè)備費用大概是干式平波電抗

43、器的2倍多，而且油浸式電抗器的冷卻系統(tǒng)還需要輔助電源。對于所要求的大電感，如果需要2臺干式電抗器才能滿足要求，則需要選擇干式電抗器的總費用幾乎和一臺油浸式電抗器的費用相當(dāng)。直流負(fù)荷較大時，宜采用油浸式平波電抗器，反之適合選用空氣絕緣干式平波電抗器。2.6 濾波器類型按照用途分類，濾波器分為交流濾波器和直流濾波器兩種，分別接于交直流母線上，抑制換流器產(chǎn)生的注入交流系統(tǒng)或直流系統(tǒng)的諧波。按照連線方式分類，濾波器還可分為串聯(lián)濾波器和并聯(lián)濾波器。用作換流器諧波抑制用途的濾波器一定為并聯(lián)連接形式。按照電源特性分類，濾波器也分為有源濾波器和無源濾波器。無源濾波器由電容器、電抗器和電阻元件組合而成。其優(yōu)點是

44、結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、維護方便。缺點是其頻率特性對電網(wǎng)頻率變化和組成元件參數(shù)的改變比較敏感，容易失諧，從而減低甚至失去濾波效果。元件老化以及溫度、濕度、電磁污染等環(huán)境條件都將不同程度的引發(fā)組成元件的參數(shù)變化。此外，交流濾波器在某些頻率下的阻抗可能會與電網(wǎng)阻抗產(chǎn)生諧波放大，甚至發(fā)生諧振，導(dǎo)致設(shè)備過電壓或過電流，危害交直流系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。有源濾波器串接或并接在主回路中，產(chǎn)生一個與系統(tǒng)諧波電壓（或諧波電流）幅值相等但相位相反的電壓（或電流），以抵消諧波電壓（或電流），從而起到減小諧波危害的作用。有源濾波器的優(yōu)點是濾波頻率范圍寬，沒有失諧效應(yīng)，產(chǎn)生串、并聯(lián)諧振的可能性小，占地面積少。其缺點是性價比較

45、低，還處于研究發(fā)展階段，缺乏工程經(jīng)驗。按照濾波器的阻抗頻率特性分類，濾波器可分為調(diào)諧濾波器、高通濾波器和調(diào)諧高通濾波器三種類型。無論調(diào)諧濾波器、高通濾波器還是調(diào)諧高通濾波器都屬于無源濾波器。換流器中的濾波器多為無源、并聯(lián)式濾波器。如果長距離直流架空線路工程，換流站配置交流濾波器和直流濾波器；如果為直流電纜工程，則只安裝交流濾波器。 2.6.1交流濾波器 交流濾波器位于換流站交流場中，并連接于交流濾波器小母線上，主要作用是抑制換流器產(chǎn)生的注入交流系統(tǒng)的諧波電流，同時部分補償換流器吸收的無功功率。1 交流濾波器配置原則 交流濾波器的配置主要遵循以下原則：（1） 濾波器額定電壓等級一般應(yīng)與換流站交流

46、母線電壓等級相同。（2） 合理配置濾波器類型。類型不宜太多，以2-3種為宜。（3） 在滿足濾波性能要求的和換流站無功平衡的前提下，濾波器分組應(yīng)盡可能少，盡量使用電容器分組。（4） 全部濾波器投入運行時，應(yīng)達(dá)到滿足連續(xù)過負(fù)荷及降壓運行的要求。（5） 任意一組濾波器退出運行時，均可滿足額定工況運行時的性能要求。（6） 輕負(fù)荷運行時，投運的濾波器容量最小，以避免換流站交流母線過電壓。2. 交流濾波器接入系統(tǒng)方式 為了減小交流濾波器投入和切除對換流母線電壓的沖擊，換流站交流濾波器通常分成很多組，其接入系統(tǒng)的方式有以下四種：（1） 交流濾波器大組接換流站交流母線，或接入3/2串。通常交流濾波器大組由幾個

47、交流濾波器分組接在一個濾波器小母線上而形成。（2） 交流濾波器大組T接在換流變壓器進線上。（3） 交流濾波器分組接在換流站交流母線，或接入3/2串中。（4） 交流濾波器分組接換流變壓器單獨繞組。3. 交流濾波器安裝方式交流濾波器主要包括高壓電容器以及低壓電容器、電抗器和電阻單元。高壓電容器有支撐式和懸掛式兩種安裝方式。一般直流工程多采用支撐式安裝方式。支撐式電容器安裝時，高電位在上部，和母線連接的導(dǎo)體從頂部引接。交流濾波器的其他單元設(shè)備電位較低，尺寸和重量較小，均采用支撐式安裝。2.6.2直流濾波器 直流濾波器位于換流站直流場中，并聯(lián)連接于直流極線上，主要作用是抑制換流器產(chǎn)生的注入直流線路的諧

48、波電流。1. 直流濾波器配置原則直流濾波器的配置應(yīng)遵循以下原則：(1) 如果是直流電纜出線，不安裝直流濾波器。（2）宜裝設(shè)兩組直流濾波器。當(dāng)一臺直流濾波器故障退出運行，仍能滿足濾波要求。 （3）可選擇雙調(diào)諧濾波器或三調(diào)諧濾波器。 （4）在中性母線上安裝一臺小電容值的中性點沖擊電容器，對經(jīng)換流變壓器繞組對地雜散電容及大地的3的倍次諧波電流提供低阻抗的通道，從而抑制這些非特征諧波。2.6.3 交、直流濾波器的比較 它們的差別如下： （1）交流濾波器要向換流站提供無功功率，因此通常將其無功容量設(shè)計成大于濾波特性所要求的無功容量，而直流濾波器則無此要求。 （2）交流濾波器的高壓電容器的高壓電容器上的電

49、壓可以認(rèn)為是均勻分布在多個串聯(lián)連接的電容器上。直流濾波器的高壓電容器起隔離直流電壓并承受直流高電壓的作用。由于直流泄露電阻的存在，若不采取措施，直流電壓將沿泄露電阻不均勻的分布。因此，必須在電容器單元內(nèi)部裝設(shè)并聯(lián)均壓電阻。 （3）與交流濾波器并聯(lián)連接的交流系統(tǒng)等值阻抗變化范圍大，在特定的系統(tǒng)運行狀態(tài)下，可能引發(fā)交流濾波器與系統(tǒng)產(chǎn)生并聯(lián)諧振，危及交直流系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。為此交流濾波器通常采用帶高通的雙調(diào)諧濾波器。換流站直流側(cè)的阻抗一般來說是恒定的，因此直流濾波器一般不帶高通性。2.7 直流輸電線路 直流輸電線路指直流正極、負(fù)極傳輸導(dǎo)線、金屬返回線以及直流接地極線，其作用是為整流站向逆變站傳送直

50、流電流或直流功率提供通路。其傳輸距電流大、直流極線對地電位高，絕緣要求相應(yīng)增高。金屬返回線處于地電位，絕緣要求低。此外，對于雙極直流輸電系統(tǒng)，正常運行時金屬返回線路中只有不足1額定極線電流，因此金屬返回線路的投資很小。 直流輸電線路分為架空線路、電纜線路以及架空電纜混合線路三種類型。采用何種類型的直流輸電線路應(yīng)根據(jù)直流輸電工程類型、換流站位置、線路沿途地形、線路用地情況等情況因素加以綜合考慮。直流輸電架空線路結(jié)構(gòu)簡單，線路造價低。線路走廊較窄，線路損耗小，運行費用較省。因此與交流架空線路相比，直流輸電架空線路一般輸送距離較長；直流輸電電纜線路承受的電壓高，輸送容量大，壽命長，與交流電纜相比較，

51、直流電纜線路的輸送距離很長。 1. 直流輸電架空線路 直流輸電架空線路一般采取分裂導(dǎo)線布置方式。對于500KV超高壓直流架空線路，通常采用4分裂形式。影響超高壓直流架空線路導(dǎo)線選擇的派生效應(yīng)主要有：離子流、電暈損耗、電暈無線電干擾、電視干擾、可聽噪音等。     線路防雷  雙極直流輸電線路的兩極導(dǎo)線工作電壓極性相反，雷擊桿塔或避雷線時，兩極絕緣子串承受的電壓是不同的，因此，雙極直流輸電線路具有不平衡絕緣的特性，雷電過電壓下其可靠性與同桿架設(shè)雙回不平衡絕緣交流線路相當(dāng)。此外，直流輸電系統(tǒng)具有可降低運行電壓的特點，利用這一特點可減輕直流

52、架空線發(fā)生雷擊閃絡(luò)造成的危害。     在直流架空線路上也須架設(shè)避雷線進行防雷保護。導(dǎo)線與避雷線在檔距中央的最小距離、導(dǎo)線與避雷線規(guī)格的配合等，與交流線路相同。直流線路避雷線對地不絕緣，也不需換位。     空氣間隙與對地距離   直流架空線路帶電部件對桿塔的間隙一般考慮三種情況，即工作電壓，內(nèi)過電壓和帶電作業(yè)。若與相同電壓等級的交流線路等同進行對比，則直流線路對地電壓是交流線路對地電壓峰值的 倍，所以最大風(fēng)速時，直流線路帶電部分對桿塔的空氣間隙也約為相同電壓等級的交流線路的 倍；直流

53、系統(tǒng)內(nèi)過電壓倍數(shù)一般較交流系統(tǒng)低，在內(nèi)過電壓和帶電作業(yè)情況下，直流線路帶電部分對塔身的空氣間隙與交流線路相當(dāng)。雷電過電壓不是選擇直流線路帶電部分對塔身的空氣間隙的決定因素。     直流線路地面最大靜電場與交流電場相近，但由于離子流的影響，地面合成場強比靜電場大數(shù)倍。一般直流線路對地最小距離按地面合成場強小于30 kV/m選取確定。在我國的“葛上”和“天廣”直流輸電工程設(shè)計中，考慮到我國人口眾多的特點，直流線路在非居民區(qū)對地最小距離取12.5 m，此時的地面合成場強在20 kV/m以下。線路絕緣子  直流線路絕緣子的工作條件和技術(shù)要求

54、與交流線路絕緣子是有差別的，其主要特點是集塵效應(yīng)強、污閃電壓低、易老化、鋼腳的電腐蝕嚴(yán)重等。由于這些特點，一般交流線路絕緣子不能用于直流線路上，而應(yīng)采用直流線路絕緣子。直流線路絕緣子結(jié)構(gòu)型式一般采用耐污型，即具有較長的表面泄漏距離，其目的就是為了縮短絕緣子串長。目前世界上已建成投運的直流線路采用的絕緣子大都是玻璃絕緣子或瓷絕緣子，少數(shù)污穢嚴(yán)重的直流工程或地段也有采用合成絕緣子。價格上，一根直流合成絕緣子大約只是一串直流玻璃或瓷絕緣子的一半。     桿塔   世界上已建成投運的直流工程多為雙極線路，線路桿塔一般為 T 型單柱

55、自立式和單柱拉線式，正負(fù)極導(dǎo)線對稱地布置在桿塔兩側(cè)。南非卡布拉巴薩533kV單極直流工程線路采用G形桿塔。T形塔也可用于單極線路。2. 直流輸電電纜線路直流輸電電纜線路 (DC transmission cable line)  利用電纜輸送電力的直流線路。一般用于不能或不宜采用架空線路的場合，如跨海峽輸電工程，向大城市中心供電等。     電纜線路主要特點  必須采用電纜線路送電往往是選擇直流輸電方式的理由之一，其主要理由是： 由于絕緣層內(nèi)的電場分布、電纜內(nèi)的發(fā)熱情況等方面的差異，電纜在直流電壓作用下的絕緣強度幾

56、乎等于交流電壓下的3倍或更大，也就是說同樣的電纜在直流下的工作電壓可比交流高得多，輸電容量也相應(yīng)增大。又由于電纜本身的造價十分昂貴，所以只要電纜線路達(dá)到一定長度，采用直流輸電方式在經(jīng)濟上比較合算。­ 電纜電容要比架空線路大得多，如果采用交流輸電方式并且當(dāng)電纜長度超過一定數(shù)值（如4060 km）時，就會出現(xiàn)電容電流占用電纜芯線全部有效負(fù)載能力的情況。而采用直流輸電方式，其穩(wěn)態(tài)電容電流僅是由紋波電壓引起的，數(shù)值很小，電纜的送電長度幾乎不受電容電流的限制。     電纜選擇  直流電纜本身的結(jié)構(gòu)與交流電纜雖基本相同，但由于交

57、、直流電纜中介質(zhì)現(xiàn)象有差別，所以直流電纜參數(shù)的選擇原則與交流電纜有所不同：在直流電纜絕緣介質(zhì)中的電位分布在穩(wěn)態(tài)下與絕緣介質(zhì)電阻率成正比，且隨著負(fù)荷電流的變化，絕緣層內(nèi)各點溫度不等，電位分布也會隨之改變。而在暫態(tài)過電壓的作用下，電位分布又取決于絕緣介質(zhì)的介電系數(shù)。直流電纜在暫態(tài)和空載下與交流一樣，最大場強通常發(fā)生在導(dǎo)體表面，而在負(fù)載下直流電纜最大場強發(fā)生在絕緣層表面。此外，直流電纜在帶負(fù)荷下當(dāng)極性發(fā)生反轉(zhuǎn)時會引起絕緣層電場增大50%以上。因此，直流電纜線路對電纜型式和規(guī)格的選擇應(yīng)充分考慮上述特點。實際使用的高壓直流電纜有粘性浸漬絕緣電纜、充油電纜、固體擠壓聚合電纜等類型。當(dāng)額定電壓超過250kV時，大多采用充油電纜。     直流電纜線路敷設(shè)  海底電纜的溫升計算一般是以15環(huán)境溫度為基礎(chǔ)，陸地電纜則取決于大地?zé)釋?dǎo)率，敷設(shè)深度及電纜間隔。因直流電纜絕緣和護皮間不發(fā)生損耗，電纜間傳熱情況較交流好，故電纜敷設(shè)間隔可較交流近些。直流電纜終端套管的選擇原則與交流電纜有所不同。由于直流輸電系統(tǒng)內(nèi)過電壓水平較低，直流電纜終端套管在直流作用下表面積污較嚴(yán)重，污染后閃絡(luò)電壓又低，因而直流電纜終端套管表面泄漏距離起決于直流工作電壓的要求，并盡可能選用直流耐污型瓷套，使其爬電距離滿足要求，如：輕度污染區(qū)約為4