高压直流输电

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1、高压直流输电人类输送电力，已有一百多年的历史了。输电方式是从直流 输电开始的，1874年俄国彼得堡第一次实现了直流输电，当时输电电 压仅100V，随着直流发电机制造技术的提高，到 1885年，百流输电电 压已提高到6000V，但要进一步提高大功率直流发电机的额定电压， 存在着绝缘等一系列技术困难，由于不能直接给直流电升压，使得输 电距离受到极大的限制。不能满足输送容量增长和输电距离增加的要 求。19世纪80年代末发明了三相交流发电机和变压器。1891年，世界 上第一个三相交流发电站在德国劳风竣工，以3104V高压向法兰克福 输电，此后，交流输电就普遍的代替了直流输电。随着社会经济的快速发展，对

2、用电的需求也快速增长。但是 一次能源分布不均且距离较远，输电通道用地越来越紧张。为了解决 上述问题，提高输电容量，建设更高电压级的输电线路作为主干网用 于远距离输电将是一种新的解决办法。现代输电工程中存在着两种输电方式，高压交流输电和高压直流 输电，而高压交流输电因为有着：提高传输容量和传输距离；提高电 能传输的经济性；节省线路走廊；利用建立在电磁感应原理基础上的 交流发电机可以很经济方便地把机械能、化学能等其他形式的能转化 为电能；交流电源和交流变电站造价较为低廉；交流电可以方便地通 过变压器升压和降压，方便送配电的优点，而被世界各个国家广泛使 用。但是，交流输电在拥有提高传输容量和传输距离

3、；提高电能传输 的经济性；节省线路走廊；利用建立在电磁感应原理基础上的交流发 电机可以很经济方便地把机械能、化学能等其他形式的能转化为电 能；交流电源和交流变电站造价较为低廉；交流电可以方便地通过变 压器升压和降压，方便送配电的优点的同时也存在着一些问题。交流输电线路中，除了有导线的电阻损耗外还有交流感抗的损耗。为了解决交流输电电阻的损耗，采用高压和超高压输电来减小电 流来减小损耗。但是交流电感损耗不能减小。因此交流输电不能做太 远距离输电。如果线路过长输送的电能就会全部消耗在输电线路上； 跨过海峡给海岛输电时要用水下电缆，穿过人口密集的城市输电时要 用地下电缆，电缆在金属芯线的外面包着一层绝

4、缘皮，水和大地都是 导体，被绝缘皮隔开的金属芯线和水（或大地）构成了电容器，在交 流输电的情况下，这个电容对输电线路的受电端起旁路电容的作用， 并且随着电缆增长而增大，旁路电容会增大到交流几乎送不出去；另 外交流输电并网还要考虑相位的一致。如果相位不一致两组发电机并 网会互相抵消。为了解决这些不足，我们在电力输电系统中引入高压 直流输电。形成高压交流、高压直流并存的输电系统。高压直流输电有着许多优点，可以很好的解决高压交流输电中的 不足。高压直流输电不存在系统稳定问题，可实现电网的非同期互联， 而交流电力系统中所有的同步发电机都保持同步运行，直流输电的输 送容量和距离不受同步运行稳定性的限制，

5、还可连接两个不同频率的 系统，实现非同期联网，提高系统的稳定性；限制短路电流，如用交 流输电线连接两个交流系统，短路容量增大，甚至需要更换断路器或 增设限流装置，然而用直流输电线路连接两个交流系统，直流系统的 “定电流控制”将快速把短路电流限制在额定功率附近，短路容量不 因互联而增大；线路造价低，对于架空输电线，交流用三根导线，而 百流一般用两根采用大地或海水作回路时只要一根，能节省大量的线 路建设费用。对于电缆，由于绝缘介质的直流强度远高于交流强度， 如通常的油浸纸电缆，百流的允许工作电压约为交流的3倍，百流电 缆的投资少得多；年电能损失小，直流架空输电线只用两根，导线电 阻损耗比交流输电小

6、；没有感抗和容抗的无功损耗；没有集肤效应， 导线的截面利用充分，百流架空线路的“空间电荷效应”使其电晕损 耗和无线电干扰都比交流线路小；调节快速，运行可靠，直流输电通 过可控硅换流器能快速调整有功功率，实现“潮流翻转”（功率流动方向的改变），在正常时能保证稳定输出，在事故情况下，可实现健 全系统对故障系统的紧急支援，也能实现振荡阻尼和次同步振荡的抑 制，在交直流线路并列运行时，如果交流线路发生短路，可短暂增 大直流输送功率以减少发电机转子加速，提高系统的可靠性；没有电 容充电电流，直流线路稳态时无电容电流，沿线电压分布平稳，无空、 轻载时交流长线受端及中部发生电压异常升高的现象，也不需要并联

7、电抗补偿；大幅度降低线路建设投资成本，节省输电走廊，提高线路 传输能力。直流电能的输送只需1根（单极）或2根（双极）导线与大地 构成传输回路。例如500kV蔡白线输电线路的两极导线（每极均为 四分裂导线），分别与在三峡蔡家冲和上海白鹤两头的换流站接地极 （大地）构成传输回路，使设计输送功率达到300万kW；与同等交流 输电容量等级的线路相比，百流输电线路的铁塔与铁塔基础设计要小 得多；换流站少，例如蔡白线就只有两座换流站。因此，直流输电方 式比较适合远距离大功率的电力输送；线路在运行中产生的电磁幅射 非常小，其电晕损耗和无线电干扰均比交流架空输电线路小很多，属 于绿色输电；交流电并网输电需要严

8、格掌握“同相序”、“同频率”、 “同电压”，直流并网输电只需掌握“同极”、“同电压”即可；高压 直流输电特别适合使用海底电缆为载体的传输。因此，高压直流输电可以用于远距离大功率输电；联系不同频率 或相同频率而非同步运行的交流系统；作网络互联和区域系统之间的 联络线（便于控制、又不增大短路容量）以海底电缆作跨越海峡送 电或用地下电缆向用电密度高的大城市供电；在电力系统中采用交、 直流输电线的并列运行，利用直流输电线的快速调节，控制、改善电 力系统的运行性能。以解决高压交流输电所不能解决的问题和领域。但是高压直流输电也存在着许多问题问题。换流装置较昂贵。这是限制直流输电应用的最主要原因。在输送 相

9、同容量时，直流线路单位长度的造价比交流低，而直流输电两端换 流设备造价比交流变电站贵很多。这就引起了所谓的“等价距离”问 题。消耗无功功率多。一般每端换流站消耗无功功率约为输送功率的40%60%,需要无功补偿。产生谐波影响。换流器在交流和直流侧都 产生谐波电压和谐波电流，使电容器和发电机过热、换流器的控制不 稳定，对通信系统产生干扰。不能用变压器来改变电压等级。线路污 秽外绝缘。线路电晕环境。线路离子流场。百流偏磁问题。输电系统 的稳定性。缺乏直流开关。直流无波形过零点，灭弧比较困难。日前 把换流器的控制脉冲信号闭锁，能起到部分开关功能的作用，但在多 端供电式，就不能单独切断事故线路，而要切断整个线路。虽然高压直流输电仍然存在着上述几个大问题，但是我们更应该 看清它的优点和优势。我国能源与负荷分布的严重不平衡以及未来电 力发展的巨大空间迫切需要特高压直流输电技术。特高压直流输电技 术符合电力工业发展规律和电网技术的发展方向，而且根据20世纪 80年代特高压输电工程的试验研究和输电设备研制技术的积累，日 前我国已具备特高压输电工程的建设条件。虽然在少数技术方面还需 加以研发，如换流变压器和绝缘套管，但我们应该抱着乐观的态度积 极的思想，相信在技术上没有不可逾越的障碍，期待几年之内即可确 保特高压设计方案用于实际的应用项日上。