特高压直流输电成套设计和设备选型

特高压直流输电系统设计和设备选型目录1特高压直流输电技术特点2特高压直流输电系统成套设计3特高压直流输电系统设备选型总结24目录特高压直流输电技术特点1特高压直流输电系统成套设计总结2443特高压直流输电系统设备选型34直流输电的发展1901192819571977198019902008(年)1972199719991954首次试验成功Firstsuccessfultest首次商业运行瑞典哥特兰岛FirstCommercialoperationGotland,Swedish汞弧整流管问世Mercuryarcrectifiersadvent具有栅极控制能力的汞弧阀问世Mercuryarcvalvewithgatecontrolcapabilityadvent汞弧（水银）阀时代Mercuryarcvalveperiod晶闸管阀时代Thyristorvalveperiod晶闸管问世Thyristoradvent首次全部采用晶闸管阀伊尔河工程FirstallusethyristorvalveEelRiver,Canada轻型直流输电首次试验成功HVDCLightsuccessfullytestedforthefirsttime轻型直流输电首次商业运行在瑞典哥特兰FirstcommercialoperationofHVDCLightprojectGotland,Sweden全控型器件迅速发展Full-controlleddevicesdevelopedrapidly交直流电压等级的发展1000kVAC750kVAC800kVDC500kVDC±533kVCahora-Bassa,SouthAfrica1150kVSovietUnion1980s±600kVItaipu,Brazil1000kVJapan1990s直流输电的特点逾金宽闸天＞逾眼宽闸台遵300三升直１700三升直金眼迟筒酉０私游左簧逾眼迟筒与变颁刷０台仪遵制3000六闯逾金碍加症咖天少普吗台仪念钻播刷咖跃蛙私游逾眼撤全与伞墨务去构眼办编肘穷迭宽闸私游逾眼考迭过廓糊–±500KV直流走廊宽度30m，送电300万千瓦–500KV交流走廊宽度55m，送电100万千瓦私游眼脉考迭测构眼宽眼游震龟０酉迟筒满店金眼征征闭看私游私游左簧碍乙中桂取眉旦飞曳０只乙桂台股育邻访０幸台取搅邦躺衬茎办０信掷金眼加症与叙技凑尔加症摆头私游编肘柏适镰构跃刷加茎０台仪楔摩编肘诺泽你击发底０寻柔眼捂荡亨眉韵尽０攒㐙眼办编肘类宛泪年例看摘游紧暂加加症播刷都访编肘碍亥游眼厌跃蛙天眼腰乌露钱邦私游五艾，妙英鬃英普弓－严中眼腰露与伞五秃平拓咖彻哎０忆诺曳台仪那钻都访加症旋攻直流输电的特点±800KV—更具优势的直流方案±800KV速±500KV私游＞眼厌杭㐙＞±800KV望±500KV碍1.6倒㐙厌红碍私游贯复＞摘游叙厌噪友具奥织、粹增奥织、摘游非、错马噪、私游异兴、旋掷瓸棉、考迭肉脚纳攒击杭㐙诺泽杭天碍金眼宽闸互博１庄丝电㐙厌私游＞500三升直吗容垓１下满电㐙厌私游＞640三升直隶展１蝴博电㐙厌私游＞720三升直杭酉碍金眼迟筒互博１庄丝电㐙厌私游＞1418六闯吗容垓１下满电㐙厌私游＞1905六闯隶展１蝴博电㐙厌私游＞2078六闯±800KV—更具优势的直流方案—特高压直流电压等级高、输送容量大，线路路径和线路选型对环境起到关键的影响。—特高压直流运行的电压等级更高，线路走廊和站址的环境较为复杂和恶劣，面临高海拔、污秽、覆冰等复杂恶劣的外绝缘环境条件，国内外没有现成的工程经验可以借鉴，也没有标准规范可以参照。—特高压直流系统输送容量大，受端侧有多条直流线路与交流系统相连。对送受端电网安全稳定运行提出了更严酷的要求。特高压直流输电技术创新面临的挑战—特高压直流工程大多数设备属于世界上首次研制，在技术、设计、制造等方面均存在需要突破的地方。关键设备电压等级高、容量大、运输限界小、结构紧凑、制造工艺复杂，所涉及的众多核心技术均是世界难题。—特高压直流输电在科研、设计、设备制造、工程建设和调试等都是第一次，没有现成的工程经验可以借鉴，没有国际标准可以参照。特高压直流输电技术创新面临的挑战特高压直流的关键问题1、设备制造2、外绝缘3、过电压与绝缘配合4、控制保护5、对电网影响及稳控配置6、无功配置7、孤岛运行配置13目录特高压直流输电技术特点1特高压直流输电系统成套设计总结2443特高压直流输电系统设备选型系统设计——换流器布置方案每极单换流器每极双换流器-并联每极双换流器-串联1、练卖2、贯复明闸尔3、拭辖住4、贯复刷铁饭座天5、台鬃懂己6、逾金宽闸尔1、顿住摘游叙刷铁饭座2、治12茨助摘游卖兄台卖疏邻访０台鬃懂㐙3、贯复明闸夜4、拭辖天5、墨务卡场1、攒㐙摘游噪钱游茎办2、播刷、信拿编肘夏柜3、审顺左簧底看速尔系统设计——换流器布置方案眼厌切镰普榜±400kV+±400kV±500kV+±300kV±600kV+±200kV普榜泄钉航警团缘贯复刷铁茎办邦眼厌泪年播刷信拿邻访猜温懂系统设计——平抗布置闭看平弓年涌眼拷噪０切臂圭桂油考咖丰懂油考下凑尔㐙红非而碍板天掷育邻访眼厌崖倾0.00000.00250.00500.00750.01000.01250.01500.01750.0200420410400390380370430440kVV91有平抗临艾碍严12茨助摘游噪丰露油考眼厌泄速000000.00250.00500.00750.01000.01250.01500.01750.0200.900850800750700650600550500950kVV52a有平抗湿玉，52－板㐙眼低摘游叙碍非红眼厌泄速系统设计——平抗布置系统设计——旁路开关旁路开关旁路开关在每个12脉动阀组上并联旁路开关，能够更为灵活的运行方式。每个单阀组可以独立运行合理设置避雷器及平波电抗器分开设置，有效降低绝缘水平—所采用的MOA配置使过电压降低，加上合适的安全裕度可使对设备的绝缘要求相对降低。—±800千伏直流系统绝缘水平比±500kV直流系统绝缘水平的1.6倍降低最大达到30%。系统设计——过电压绝缘配合增设A2避雷器平波电抗器极母线和中性线分设800kV关键设备绝缘水平绝缘水平500kV换流变高压阀侧/(x1.6)换流变高压阀侧平波电抗器前的高压直流极设备平波电抗器后的高压直流极设备SIWV(kV)1175/1880160016001600LIWV(kV)1675/2680180018001950SIWV/LIWV0.7010.8890.8890.821绝缘配合：安全裕度说明绝缘裕度(SIWV/LIWV/STIWV)阀15%/15%/20%换流变（阀侧）15%/20%/25%平波电抗器15%/20%/25%阀厅设备15%/20%/25%直流场15%/20%/25%系统设计——外绝缘直流污闪电压与绝缘距离的关系（a）I-串布置（b）V-串布置在瑞典STRI进行。验证了污闪电压与绝缘距离具有良好的线性关系；憎水性闪络梯度比亲水性高出近150%系统设计——外绝缘决函眼厌舵变电懂单节和双节结构在模拟的塔头布置进行操作冲击和雷电冲击试验，结果表明，单节结构复合绝缘子绝缘性能更优。系统设计——电磁环境±800kV特高压直流线路电磁环境限值直流线路下方地面合成电场：＜30kV/m临近民房的最大合成场强：＜25kV/m离子流密度的限值：＜100nA/m2直流磁场限值：＜10mT直流极线外侧20m处无线电干扰限值：＜58dBμV/m可听噪声限值：＜45dB(A)系统设计——过电压与绝缘配合私游错马噪又明持续运行电压幅值（CCOV）持续运行电压峰值（PCOV）荷电率V：0.95～1A2：0.95左右C2、M1、M2、CB1A、CB1B：0.9左右DB、DL：0.8～0.9左右。直流参考电压（Uref）避雷器的残压特性（V-I曲线）避雷器能量。系统设计——过电压与绝缘配合绝缘裕度设备绝缘裕度(SIWV/LIWV/STIWV)非15%/15%/20%摘游叙非侯15%/20%/25%年拷15%/20%/25%私游圾贯复15%/20%/25%特高压直流输电控制系统结构•播刷编肘镰臂碍堂柏诺泽–台鬃懂’播刷编肘提以碍汤窝懂–台看症’播刷编肘碍暂旦飞汤帽邻访•牛进堂柏镰臂诺泽碍抢沫–夜闲北播刷编肘闭看夜中台看钱铺碍聋桃帽课夜闲北普榜＞反钱铺０上受于–切居聋桃直流输电控制保护从工程设计到系统试运行的工作过程30目录特高压直流输电技术特点1特高压直流输电系统成套设计总结243特高压直流输电系统设备选型工程实践——云广特高压直流输电工程楚雄换流站穗东换流站云广直流工程西起云南楚雄州禄丰县，东至广东省广州增城市，途经云南、广西、广东三省（区），线路全长1373km，额定电压±800kV，输电容量500万kW，总投资140.7亿元。工程2009年12月28日单极投运，2010年6月18日双极投运。楚雄侧接地极穗东侧接地极工程概况工程建设规模：云南侧楚雄换流站、广东侧穗东换流站直流线路1373km，接地极线路楚雄侧109km、穗东侧94km楚雄侧接地极，穗东侧和贵广二回直流工程共用接地极工程建设规模工程实践——云广特高压直流输电工程不同的运行方式通过对直流场和阀组的连接配置实现。每极双12脉动阀组串联结构使运行方式多样化工程实践——云广特高压直流输电工程反桂邻访，21箔－宏星反桂3/4反桂1/2反桂卖桂邻访，20箔－宏星卖桂闻山郎因天场郎因1/2卖桂闻山郎因天场郎因OLT赏㐕，12箔－卖非而OLT卖桂OLT乙桂OLT０寻桂邻访工程实践——云广特高压直流输电工程典型运行方式：整流站与交流系统联网运行、整流站孤岛运行特高压直流输电系统的基本运行方式：1)双极全压运行方式2)双极半压运行方式3)双极一极全压一极半压运行方式4)单极全压金属回线方式5)单极全压大地回路方式6)单极半压金属回线方式7)单极半压大地回路方式特高压直流的关键设备换流变压器套管（穿墙套管和换流变套管）换流阀旁路开关平波电抗器控制保护设备选型交流滤波器换流变压器换流变阀侧套管换流阀穿墙套管旁路开关旁路刀阀平波电抗器电压分压器电容器隔离开关直流线路直流滤波器电容器避雷管接地刀阀交流系统设备选型——换流变压器运输限界小和特高压电压作用下的绕组绝缘结构设计外置式阀侧引线出线装置真空型有载调压开关阀侧套管高端换流变漏磁分布、杂散损耗以及局部过热的控制冷却器高端换流变压器的抗短路设计高强度紧凑型油箱结构设备选型——平波电抗器多层绕组并联，干式空心，自然空气冷却，户外布置，采用支柱绝缘子支撑。平抗分别布置在极线和中性母线上，每两台串连为一组。因平抗的支撑结构长期运行在特高压直流户外场中，综合考虑直流耐受能力、污耐压、抗震等性能要求，采用合成支柱5英寸光控晶闸管800kV/3125A特高压晶闸管换流阀阀塔结构设计，采用双12脉动、悬吊式双重阀单阀塔串联结构，换流阀最大的技术挑战来自于型式试验，包括多重阀绝缘试验，运行试验等试验项目和试验判据设备选型——换流阀母饮摘游紧＞4组DT11/24双调谐滤波器、4组DT13/36滤波器、2组HP3滤波器、8组并联电容器。穗丝摘游紧＞4组DT11/24双调谐滤波器、3组DT13/36滤波器、8组并联电容器。设备选型——交流滤波器互庄左簧＞无源滤波器三调谐(TT12/24/45)每站每极装设1组设备选型——交流滤波器41±800kV私游晰迭异兴＞复合外套绝缘子额定直流电流：4000A开断直流电流：4000A雷电冲击耐受电压：1950kV操作冲击耐受电压：1600kV设备选型——直流旁路开关42±800kV私游颠筒异兴＞复合外套绝缘子额定直流电流：4000A瞬时直流电流：20kA雷电冲击耐受电压：1950kV操作冲击耐受电压：1600kV设备选型——直流隔离开关43±800kV私游