特高壓直流輸電的技術特點和工程應用

特高壓直流輸電李立浧2005年11月·西安的技術特點和工程應用特高壓直流輸電出現(xiàn)的背景:1、我國電力發(fā)展規(guī)模龐大2、新增電力裝機相對集中在大水電、大火電基地3、中國電網(wǎng)西電東送的格局長期存在，規(guī)模逐漸擴大4、直流輸電的特點和性能…2004年，全國裝機440GW2005年，全國裝機突破500GW2010年預計全國裝機700GW

2020年預計全國裝機1000GW每年新增裝機50GW左右1、中國電力發(fā)展的現(xiàn)狀和未來2、新增電力裝機相對集中在：大火電基地大水電基地云南小灣水電站和金安橋水電站660萬千瓦送電廣東1500公里金沙江溪洛渡、向家壩水電站1860萬千瓦

送電華中、華東，1000—2000公里陜西、山西、寧夏、內蒙火電基地送電華北、華中、華東負荷中心西電東送規(guī)模

,GW水平年北通道中通道南通道總計20057710》202010202020》6020204040401202030606060180中通道Centralcorridor北通道Northcorridor南通道Southcorridor3、中國電網(wǎng)西電東送的格局長期存在，規(guī)模逐漸擴大這種背景下，出現(xiàn)特高壓輸電是必然的（交流和直流）4、特高壓直流輸電的特點和性能關于特高壓直流的電壓等級

直流輸電工程的電壓等級可根據(jù)工程的特點而確定直流工程統(tǒng)一的電壓等級有利于設備國產(chǎn)化根據(jù)我國的國情確定特高壓直流的電壓等級為±800KV特高壓直流與交流相比有其獨特優(yōu)勢：送電距離可以更遠送電容量更大線路走廊更窄電力系統(tǒng)適應性好控制靈活調度方便直流輸電電特點：：①輸送容容量大：：我國已已運行的的300萬千瓦瓦的有3個項項目②送電距離離遠，現(xiàn)在在世界上已已有1700公里直直流工程我國葛上直直流工程1052公公里，天廣、三常常、三廣、、貴廣直流流都將近1000公公里特高壓直流流輸電具有有直流輸電電的所有特特點③輸送的的功率和大大小方向可可以快速控控制和調節(jié)節(jié)④直流輸輸電接入不不會增加原原有電力系系統(tǒng)的短路路容量⑤直流輸輸電線路走走廊窄±500KV直流走走廊寬度30m,送送電300萬千瓦500KV交流走廊廊寬度55m,送電電100萬萬千瓦⑥直流電電纜線路沒沒有電容電電流問題遠距離海底底送電往往往采用直流流⑦直流工工程的一個個極發(fā)生故故障時，另另一極可繼繼續(xù)運行，，并可發(fā)揮揮過負荷能能力，保持持送電功率率或減少功功率損失⑧直流系系統(tǒng)本身配配有調制功功能，可以以根據(jù)系統(tǒng)統(tǒng)要求作出出反應，對對機電振蕩蕩產(chǎn)生阻尼尼，提高電電力系統(tǒng)穩(wěn)穩(wěn)定水平⑨使用換換流站無功功功率控制制進行系統(tǒng)統(tǒng)的交流電電壓調節(jié)⑩大電網(wǎng)之之間通過直直流互聯(lián)（（如背靠背背方式，送送電方式））兩個電網(wǎng)間間不會互相相干擾和影影響，必要要時可以迅迅速進行功功率支援長距離、高高電壓、大大功率送電電項目背靠背工程程海底電纜工工程輕型直流輸輸電直流輸電項項目類型大容量、遠遠距離送電電?？梢运碗姷降?000千米之外外。一項工程可可輸送功率率300－－400萬萬千瓦?？梢詫㈦娔苣苤苯咏拥降截摵芍行男?，送到交交流220千伏供電電系統(tǒng)中。。電力系統(tǒng)互互聯(lián)。通過海底電電纜送電。。這恰是我國國電網(wǎng)發(fā)展展所需要的的?。?！直流輸電適適合起步于50年代現(xiàn)在已建成成高壓直流流輸電60多項其中：50年代2項60年代5項70年代15項80年代30項90年代10項直流輸電技技術的發(fā)展展項目額定電壓（千伏）額定功率（萬千瓦）輸電距離（公里）投運時間安裝地點及供貨商卡布拉-巴薩±53319213601978莫桑比克-南非AEG-BBC-SIEMENS因加—沙巴±50011217001981扎伊爾ASEA納爾遜河二期±5002009401985加拿大AEG-BBC-SIEMENSI.P.P.±5001927841986美國ASEA伊泰普一期±6003157961986巴西ASEA伊泰普二期±6003157961987巴西ASEA太平洋聯(lián)絡線±50031013611989美國ABB(BBC)葛上±50012010521989/90中國ABB(BBC)-SIEMENS魁北克多端±50022515001986/90/92加拿大-美國ABB亨德-德里±5001508141992印度ABB-BHEL天廣±5001809602000/01中國SIEMENS東南聯(lián)接±50020014202002印度SIEMENS三?！?003008902003印度ABB世界上長距距離高壓直直流輸電項項目葛洲壩—上上海直流工工程±500千千伏，1200安培培，1200兆瓦輸電距離1052千米1989年年單極投產(chǎn)產(chǎn)，1990年雙極極建成天生橋—廣廣州直流輸輸電工程±500千千伏，1800安培培，1800兆瓦輸電距離960千米米2000年年12月單單極投產(chǎn)2001年年6月雙極極建成我國已投運運的直流工工程項目三峽—常州州直流輸電電工程±500千千伏，3000安培培，3000兆瓦輸電距離890千米米2003年年1月單極極投產(chǎn)，2003年年6月雙極極建成舟山直流工工程－100千千伏，500安培，，50兆瓦瓦輸電距離54.1千千米（架空線路路42.1千米，海海底電纜12千米））1987年年投運三峽—廣東東直流工程程±500千千伏，3000安培培，3000兆瓦輸電距離956千米米2003年年12月單單極投產(chǎn)2004年年4月雙雙極投產(chǎn)貴州—廣東東直流工程程±500千千伏，3000安培培，3000兆瓦輸電距離900千米米2004年年6月單極極，2004年10月雙極近期規(guī)劃的的項目有三三峽右岸——上海，貴州—廣東東第二回直直流工程，，送電容量量都是3000兆瓦瓦，2007年投產(chǎn)產(chǎn)。±800KV較±500KV直流：①電壓更高高②送電容量量更大③送電距離離更遠④結構更復復雜±800KV是±500KV的1.6倍倍高壓端的直直流設備：：換流變壓壓器及其套套管、穿墻套管、、換流閥、、避雷器、、直流開關關、支持瓷柱、、線路絕緣緣等提出更更高要求電壓更高：：送電容量大大云廣東直流流：500萬千瓦金沙江、溪溪洛渡、向向家壩水電電站送出：：640萬萬千瓦相應的直流流電流達：：3125A、4000A送電距離遠遠云廣直流：：1500公里溪洛渡、向向家壩水電電站送華東東：2000公里±800KV直流面臨的的技術挑戰(zhàn)戰(zhàn)①設備制造難難度大②設備外絕緣緣要求高③換流站主接接線和基本本結構復雜雜④電磁環(huán)境的的要求⑤接地極入地地的電流大大(4000A，3125A）⑥極閉鎖故障障對電力系系統(tǒng)的沖擊擊①設備制造難難度大換流變壓器器換流變壓器器套管穿墻套管換流閥…②設備外絕緣緣要求高直流的積污污效應絕緣形式（（戶內開關關場）絕緣材料：：合成材料料高海拔對外外絕緣的影影響空氣凈距大大③換流站主接接線和基本本結構復雜雜雙12脈沖沖閥串接換流變壓器器臺數(shù)多運行方式復復雜控制保護的的要求高設備布置難難度大④電磁環(huán)境的的要求可聽噪音無線電干擾擾地面場強⑤接地極入地地的電流大大(4000A，3125A）對周圍環(huán)境境的影響對中性點接接地變壓器器的影響地面電位場場強⑥極閉鎖故障障對電力系系統(tǒng)的沖擊擊單極故障雙極故障對交流系統(tǒng)統(tǒng)的要求特高壓直流流的應用前前景：規(guī)劃建設的的±800KV直流工程云廣±800KV工程送電容量500萬千千瓦、送電電距離1500公里里2009年年單極投運運、2010年雙極極投運溪洛渡、向向家壩水電電站送出3回±800KV工程1回送華中中：640萬千瓦，，1000公里2回送華東東：640萬千瓦，，2000公里錦屏水電站站送江蘇640萬萬千瓦，2000公公里以上烏東德水電電站送福建建白鶴灘水電電站送湖北北東部火電基地送送出：內蒙東部呼呼盟至沈陽陽、至華北北、至山東東寧夏火電基基地至華東東新疆哈密火火電基地至至華中均有規(guī)劃的的±800KV世界上印度：規(guī)劃劃東北部至至南部±800KV直流送電距離約約2000公里南非：設想想將剛果的的水電用±800KV送到南非計劃功率300萬千千瓦，距離離3000公里巴西：1990年代代即考慮±800KV直流輸電±800KV直流輸電應用研究1、主接線線研究2、主設備備的研發(fā)3、特高壓壓直流電磁磁環(huán)境問題題4、絕緣水水平和絕緣緣裕度5、新技術術、新材料料的應用6、運行方方式…1、主接線線的研究閥的主接線線單12脈沖沖閥組結構構+800KV-800KV雙12脈沖沖閥組并聯(lián)聯(lián)結構+800KV雙12脈沖沖閥組串聯(lián)聯(lián)結構+800KV-800KV雙12脈沖沖閥串聯(lián)結結構組合±400+±400±500+±300±600+±200帶旁路開關關的雙12脈沖閥組組串接結構構800KV400KV帶旁路開關關的雙12脈沖閥組組運行圖帶平波電抗抗器等設備備的配置圖圖+800KV-800KV雙12脈沖沖閥全電壓壓運行圖+800KV-800KV雙12脈沖沖閥一極全全壓、一極極半壓運行行圖2、換流站站主設備研研發(fā)交流流濾濾波波器器換流流變壓壓器器換流流變變閥閥側套套管管穿墻墻套套管管旁路路開關關旁路路刀刀閥閥平波波電抗抗器器電壓壓分壓壓器器電容容器器隔離離開關關直流流線線路路直流流濾濾波波器器電容容器器避雷雷管管接地地刀刀閥閥換流流閥閥交流流系系統(tǒng)統(tǒng)換流流變變壓壓器器采用用雙雙12脈脈沖沖閥閥組組串串接接時時，，每站站24臺臺，，（（不不含含備備用用））高壓壓端端（（±800KV））制造造難難度度大大可控控硅硅閥閥送電電容容量量500萬萬千千瓦瓦電流流3125安安φ125閥閥片片送電電容容量量640萬萬千千瓦瓦電流流4000安安φ150閥閥片片平波波電電抗抗器器（干干式式））平波波電電抗抗器器（油油浸浸式式））穿墻墻套套管管換流流閥閥側側套套管管其它它特特高高壓壓直直流流設設備備直流流避避雷雷器器直流流PLC設設備備直流流隔隔離離開開關關旁路路開開關關直流流電電壓壓分分壓壓器器支持持瓷瓷柱柱直流流電電流流互互感感器器………±800KV避雷雷器器800600400U旁路路開開關關性能能要要求求單次次諧諧波波畸畸變變率率Dn不計計入入背背景景諧諧波波D3，，D5≤≤1.25%或或1%其其他他奇奇次次Dn≤≤1%偶次次諧諧波波畸畸變變率率Dn≤≤0.5%總諧諧波波畸畸變變率率≤≤1.5%（（或或1.75%)電話話諧諧波波波波形形系系數(shù)數(shù)T.H.F.F≤≤1%交流流濾濾波波器器性能能要要求求等效效干干擾擾電電流流值值雙極極方方式式≤≤500mA單極極方方式式≤≤1000mA直流流濾濾波波器器3GC500kVDCcapacitor±800KV直流流濾濾波波器器控制制保保護護系系統(tǒng)統(tǒng)適應應雙雙12脈脈沖沖閥閥組組串串接接的接接線線方方式式運行行方方式式更更靈靈活活更可可靠靠的的軟軟硬硬件件平平臺臺安全全可可靠靠、、方方便便靈靈活活、、功能能齊齊全全3、、特特高高壓壓直直流流電電磁磁環(huán)環(huán)境境問問題題可聽聽噪噪音音換流流站站直流流線線路路無線線電電干干擾擾接地地極極入入地地電電流流地電電位位升升高高周圍圍金金屬屬的的腐腐蝕蝕變壓壓器器直直流流偏偏磁磁±800KV電磁磁環(huán)環(huán)境境指指標標地面合成場強強30KV/m(臨近民房，，50%測量量值不超過15KV/m，最大值不不超過25KV/m）輸電線路下方方，離子流密密度100nA/m2無線電干擾58dBμV/m（線投影外側20m處,0.5MHz）噪聲50dBA（人人口稠密地區(qū)區(qū)按45dBA控制）4、±800KV過電壓水平絕緣水平位置換換流變變壓器閥側高高壓極頂頂側高高壓直流母線線SLWL（KV）160016001600LIWL（KV）180018001900絕緣裕度操作沖擊/雷雷電沖擊/陡陡波沖擊閥10/10/15換流變壓器15/20/25平波電抗器15/20/25直流閥廳設備備15/15/25直流場15/20/255、新技術、、新材料應用用增加避雷器以以限制過電壓壓平波電抗器在在極線和中心心線平衡布置置采用合成絕緣緣材料絕緣避雷器和平波波電抗器配置置方案6、運行方式式雙極全電壓運運行（±800KV）一極全電壓，，一極半電壓壓運行（+800KV–400KV或+400KV–800KV）