直流輸電精品課件

1、關(guān)于直流輸電第一張，PPT共二十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 最后選其中最大的D值作為實(shí)際的空氣間距，由此確定橫擔(dān)長(zhǎng)度和兩根極導(dǎo)線間的距離。 應(yīng)該注意的是：在計(jì)算雷電過(guò)電壓所要求的D3min時(shí)，不應(yīng)簡(jiǎn)單套用交流線路的做法，即要求D3min的臨界沖擊擊穿電壓U50和絕緣子串的臨界沖擊閃絡(luò)電壓UCFO相配合。如取配合比為0.85，則第二張，PPT共二十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 上述配合方法之所以不能應(yīng)用于直流線路，其原因是：直流線路絕緣子串的片數(shù)系按直流工作電壓下不發(fā)生污閃的要求選得，由于直流電壓下集塵效應(yīng)強(qiáng)，污染使直流閃絡(luò)電壓下降較多，因而直流線路所采用的瀉漏比距和總泄漏距離要比同電壓等級(jí)的交流

2、線路大得多。但是表面污染并不會(huì)使絕緣子串的雷電沖擊閃絡(luò)電壓有大的降低，因而按直流工作電壓的要求選得的絕緣子串，在沖擊電壓下往往處于“過(guò)絕緣”狀態(tài)，如果再要求空氣間距和這種“過(guò)絕緣”的絕緣子串相配合，顯然是不合理的。即使取配合比等于0.85，仍將使選得的空氣間距過(guò)大，不必要地增加了桿塔的鋼材消耗量和線路投資。第三張，PPT共二十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 在一般情況下，直流架空線路的塔頭空氣間距取決于內(nèi)部過(guò)電壓的要求，選取方法如下。 (1)確定直流線路的內(nèi)部過(guò)電壓計(jì)算值。 通?？扇≈绷骶€路的內(nèi)部過(guò)電壓計(jì)算倍數(shù)等于1.7，如考慮最大工作電壓可能比額定電壓Udc高出5，則內(nèi)部過(guò)電壓計(jì)算值為： Us1

3、.7X1.05XUdc1.8Udc (2)經(jīng)過(guò)修正的內(nèi)部過(guò)電壓計(jì)算值為: Us=KcKsUs=1.8KcKsUdc式中 Kc裕度系數(shù)，可取1.151.20； Ks操作波形換算系數(shù)，可取1.1。 如有足夠可靠的“導(dǎo)線一桿塔”氣隙的操作沖擊擊穿特性可資利用，即可查得相應(yīng)的最小空氣間距D2min值，并進(jìn)而確定應(yīng)有的塔頭空氣間距D之值。第四張，PPT共二十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月Udc（kV）D2min（m）2501.24002.155002.96004.07506.0塔頭最小間距400kV T型單柱自立桿塔（單位：mm）500kV T桿塔（單位：m）第五張，PPT共二十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月

4、總之，直流架空線路塔頭空氣間距的選擇，一般取決于內(nèi)部過(guò)電壓的要求，由于直流輸電系統(tǒng)中內(nèi)部過(guò)電壓的倍數(shù)小于交流系統(tǒng)的倍數(shù)，所以直流線路的塔頭空氣間距可取得比交流線路更小一些，這是直流線路的優(yōu)點(diǎn)之一。 第六張，PPT共二十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月6、直流架空線路的桿塔 在已有的直流輸電工程中，有兩種雙極桿塔結(jié)構(gòu)獲得比較廣泛的采用，一種是T型單柱自立桿塔，另一種是單柱帶拉線桿塔。 單極直流架空線路的桿塔結(jié)構(gòu)是很特別的，如圖為某直流輸電系統(tǒng)的533kV單極鐵塔，水平橫但上懸掛極導(dǎo)線，向上傾斜的橫擔(dān)則用來(lái)懸掛避雷線。第七張，PPT共二十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月4.3 直流電纜線路1、概述 在許多場(chǎng)合

5、必須采用電纜線路，成為選用直流輸電的決定性因素。 在己建成投運(yùn)的直流電纜線路中，絕大部分用作海島供電或跨海峽聯(lián)網(wǎng)。 由于特殊原因(例如需要跨越水域、難以解決架空線路走廊用地問(wèn)題等等）而不得不采用電纜來(lái)送電時(shí)，往往需要采用直流輸電，其主要理由如下： 第八張，PPT共二十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 首先，電纜在直流電壓作用下的絕緣強(qiáng)度幾乎等于交流下的三倍，所以同樣一根電纜用于直流輸電，其工作電壓可取得比交流輸電時(shí)高得多，輸電容量亦相應(yīng)增大；由于這個(gè)原因，再加上電纜本身的制造價(jià)格十分昂貴，所以電纜線路的交、直流輸電等價(jià)距離要比架空線路小得多(只有幾十公里)。 其次，眾所周知，電纜的電容是相當(dāng)大的，因

6、此交流下的電容電流也很可觀，每相電容電流為式中C0單位長(zhǎng)度電纜美相的電容量（F/km）； l 電纜長(zhǎng)度（km）； U額定電壓（V）。第九張，PPT共二十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 電流Ic通過(guò)纜芯，勢(shì)必減小它的有效負(fù)載能力。因此，當(dāng)需要敷設(shè)的電纜長(zhǎng)度超過(guò)一定數(shù)值(例如3540km）時(shí)，如果用于交流下必然出現(xiàn)電容電流將占用電纜線芯的全部有效負(fù)軟能力。 實(shí)際上，對(duì)每一種交流電纜都可以求出某一臨界長(zhǎng)度lcr，這時(shí)的電容電流Ic正好等于容許負(fù)載電流Ip，所以 由此可知，臨界長(zhǎng)度隨電壓的提高而縮短，在一般條件下，其數(shù)量級(jí)只有數(shù)十公里。與此形成對(duì)照的是直流電纜的容許長(zhǎng)度幾乎投有什么限制，因?yàn)樵谥绷飨?，其穩(wěn)

7、態(tài)電容電流僅由紋波電壓所引起，數(shù)值甚小。第十張，PPT共二十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 除了上述主要優(yōu)點(diǎn)外，在跨越海蛺的場(chǎng)合采用直流電纜輸電還有一個(gè)好處即在必要時(shí)，可僅用一根單芯電纜利用海水作為回流電路，來(lái)輸送一定電力。第十一張，PPT共二十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 目前實(shí)際使用的高壓直流電纜有下列幾種： (1)粘性浸漬紙絕緣電纜。這種直流電纜采用得最早，也用得最名。它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。價(jià)格也較便宜但其工作場(chǎng)強(qiáng)只能達(dá)到25kVmm左右，這一限制決定了這種電纜的工作電壓只能制造到250300kV為止。這種電纜適合于作長(zhǎng)距離海底敷設(shè)，因?yàn)樗恍枰郊拥墓┯突蚬庠O(shè)備，而且海水的良好冷卻作用能避免浸漬劑

8、的流動(dòng)。這種電纜不宜作大落差敷設(shè)，因?yàn)樵谶@種條件下運(yùn)行，容易發(fā)生浸漬劑的流失。 (2)充油電纜。它具有較好的絕緣性能、較高的工作場(chǎng)強(qiáng)和較高的運(yùn)行溫度。所以，當(dāng)額定電壓超過(guò)250kV時(shí)，大多采用這種電纜。近年來(lái)，由于較好地解決了長(zhǎng)距離供油技術(shù)問(wèn)題，更加擴(kuò)大了它的應(yīng)用范圍。第十二張，PPT共二十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 (3)充氣電纜。它的電介質(zhì)通常選用高密度浸漬紙?jiān)俪湟詨嚎s氣體(例如氮?dú)?組成，有較高的絕緣強(qiáng)度，其工作場(chǎng)強(qiáng)可達(dá)25kVmm以上。它適宜于作長(zhǎng)距離海底敷設(shè)及大落差敷設(shè)。但是，由于增大充氣壓力并不能使絕緣的沖擊擊穿場(chǎng)強(qiáng)顯著提高，而對(duì)電纜及其附件的密封性與機(jī)械強(qiáng)度卻提出了很高的要求，所

9、以它沒(méi)有獲得廣泛的采用。 (4)擠壓塑料電纜。這種電纜的絕緣層采用擠壓成型的聚乙烯或交聯(lián)聚乙烯，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而堅(jiān)固，工藝過(guò)程山簡(jiǎn)單。用作海底電纜是比較合適的。 總的來(lái)說(shuō)，實(shí)際采用的直流電纜絕大多數(shù)是粘性浸漬紙絕緣電纜與充油電纜。但是，擠壓塑料電纜由于在某些方面具有突出優(yōu)點(diǎn)，所以在近年來(lái)亦受到廣泛的注意。第十三張，PPT共二十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2、直流電纜絕緣工作條件的特點(diǎn) 直流電纜及其接頭盒和交流電纜及其接頭盒的工作條件差別很大，尤其是它們的絕緣層中的介質(zhì)現(xiàn)象迥然不同。說(shuō)明直流電纜絕緣工作條件特點(diǎn)的最好方法是將交、直流電纜進(jìn)行對(duì)比。 （1）電位分布 在交流電纜的情況下，介質(zhì)中的電位分布取決

10、于電容率(單位與電容率成反比關(guān)系)，而在直流下，穩(wěn)態(tài)電位分布取決于電阻率(正比關(guān)系)，這是一個(gè)首要的特點(diǎn)。 第十四張，PPT共二十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 當(dāng)溫度和電場(chǎng)強(qiáng)度在運(yùn)行條件的范圍內(nèi)變化時(shí)，電容率基本上保持不變，不受影響，可見(jiàn)交流電纜中的電位分布幾乎和溫度及場(chǎng)強(qiáng)無(wú)關(guān)。與此相反，在直流電纜的情況，絕緣電阻與溫度和場(chǎng)強(qiáng)的關(guān)系很密切。當(dāng)纜芯中流過(guò)負(fù)荷電流時(shí)，絕緣層內(nèi)各處的溫度不等，因而電位分布也隨之發(fā)生顯著的空化。另一方面，當(dāng)電纜受到過(guò)電壓(它們隨時(shí)間而快速變化)的作用時(shí)，電位分布卻又取決于電容率 ，而不是取決于絕緣電阻。因此，直流電纜的電位分布問(wèn)題要比交流電纜復(fù)雜得多，必須對(duì)無(wú)負(fù)荷、有負(fù)

11、荷、直流工作電壓、過(guò)電壓等不同情況分別考慮。在油浸紙絕緣電纜中，由于紙和油的電阻率與電容率各不相同，所以在直流電壓下，強(qiáng)電場(chǎng)出現(xiàn)在紙質(zhì)部分；而在電壓瞬時(shí)大幅度變化或過(guò)電壓下，則出現(xiàn)在油層部分。第十五張，PPT共二十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 （2）最大電場(chǎng)強(qiáng)度 在交流電纜中，最大場(chǎng)強(qiáng)總是位于電纜芯線表面處；而在直流電纜中，最大場(chǎng)強(qiáng)可以出現(xiàn)在電纜芯線表面處，也可以出現(xiàn)在絕緣層外邊界處(如有鉛包護(hù)套時(shí)，即出現(xiàn)在鉛包內(nèi)表面)，視溫度或溫度梯度的條件而定。通常在空載時(shí)，最大場(chǎng)強(qiáng)位于導(dǎo)電芯線外表面，帶負(fù)荷時(shí)轉(zhuǎn)移到鉛包內(nèi)表面，如圖所示。在電壓瞬時(shí)大幅度變化或過(guò)電壓下，最大場(chǎng)強(qiáng)一般均出現(xiàn)在芯線側(cè)。直流電纜中

12、的電場(chǎng)強(qiáng)度第十六張，PPT共二十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 （ 3）耐壓強(qiáng)度 電纜絕緣的直流耐壓強(qiáng)度要比交流耐壓強(qiáng)度大得多，所以直流電纜的工作場(chǎng)強(qiáng)往往可取之等于交流電纜的2 .02.5倍，甚至更大。這是直流電纜的突出優(yōu)點(diǎn)之一。 （4）溫度極限 交流電纜的溫度極限是按材料的物理特性與敷設(shè)方式規(guī)定出來(lái)的，而直流電纜的溫度極限不僅受到材料與結(jié)構(gòu)的限制，而且還取決于溫度改變時(shí)介質(zhì)中場(chǎng)強(qiáng)的變化情況。 第十七張，PPT共二十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 （5）作用電壓 除了直流電壓外，直流電纜絕緣在運(yùn)行中還會(huì)受到和交流系統(tǒng)中相似的雷電過(guò)電壓(全程均用直流電纜的線路例外)和某些內(nèi)部過(guò)電壓的作用。尤其要強(qiáng)調(diào)的是

13、：在直流系統(tǒng)中還會(huì)出現(xiàn)一些特有的內(nèi)部過(guò)電壓(例如直流電壓分量和操作波疊加在一起的內(nèi)部過(guò)電壓)和潮流反向使電壓極性反轉(zhuǎn)等特殊工作條件，這是在研究直流電纜絕緣問(wèn)題時(shí)必須特別注意的。第十八張，PPT共二十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月3、高壓直流電纜的結(jié)構(gòu) （1）導(dǎo)電芯線 導(dǎo)線芯線的材料一般為銅。截面積按額定電流、允許電壓、短路容量等因素選定。在選擇芯線結(jié)構(gòu)肘，應(yīng)著重考慮發(fā)生故障時(shí)海水通過(guò)芯線內(nèi)縫隙滲透的問(wèn)題，一般可采取壓緊、焊接、涂水密材料等堵水措施。 （2）絕緣層 直流電纜絕緣層的厚度取決于所用的絕緣材料與絕緣結(jié)構(gòu)，并應(yīng)滿(mǎn)足以下四方面的要求：在額定直流電壓下，空載時(shí)芯線表面處的場(chǎng)強(qiáng)應(yīng)在允許值以下；在

14、額定直流電壓下，在最大允許超載時(shí)鉛包內(nèi)表面處的場(chǎng)強(qiáng)應(yīng)在允許值以下；能耐受沖擊試驗(yàn)電壓的作用；在額定電流下，芯線表面處的溫度不超過(guò)允許值。第十九張，PPT共二十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 （3）外護(hù)層 電纜外護(hù)層結(jié)構(gòu)的選擇和敷設(shè)條件有關(guān)，直流電纜大多為水下敷設(shè)，所以下面以海底電纜為例進(jìn)行介紹。海底電纜外護(hù)層包括：金屬護(hù)套：從耐蝕性、可撓性等要求出發(fā)，海底電纜不宜用鋁護(hù)套，而希望用鉛包，鉛護(hù)套的厚度一般為2.53.0mm；防蝕層：通常只要加一層由塑料制成的護(hù)套，即可防止電腐蝕，但一旦蘇塑料防蝕層受損傷，將出現(xiàn)局部性的加速腐蝕，所以有些電纜用浸瀝青絕緣膠的紙帶組成輕防蝕層，或在幾層橡膠帶之間涂上瀝青絕緣膠。 第二十張，PPT共二十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月鎧裝：由于海底電纜在敷設(shè)過(guò)程中會(huì)受到很大的張力，敷設(shè)后會(huì)受到潮汐、波浪的磨損，錨具、漁具等也可能造成外傷，所以對(duì)于海底電纜的鎧裝必須十分重視，一般可用直徑為68mm的鍍鋅鋼絲作鎧裝，受外傷的可能性較大者，更需采用雙層鎧裝。 海底電纜在敷設(shè)和撈起檢修時(shí)，由于電纜的自重很大，會(huì)使電纜受到很大的機(jī)械應(yīng)力：同時(shí)，在復(fù)雜的海洋環(huán)境中，電纜還會(huì)受到海水、海洋生物等的侵蝕、潮水和波浪造成的磨損和錨具與漁具的傷害。這一切都對(duì)海底電纜的外護(hù)層提出了很高的要求。實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，外護(hù)層的質(zhì)量直接影響海底電纜的使用壽命何運(yùn)行可靠性。第二