特高压直流输电的技术特点和工程应用

特高压直流输电李立浧2005年11月·西安的技术特点和工程应用特高压直流输电出现的背景:1、我国电力发展规模庞大2、新增电力装机相对集中在大水电、大火电基地3、中国电网西电东送的格局长期存在，规模逐渐扩大4、直流输电的特点和性能…2004年，全国装机440GW2005年，全国装机突破500GW2010年预计全国装机700GW2020年预计全国装机1000GW每年新增装机50GW左右1、中国电力发展的现状和未来2、新增电力装机相对集中在：大火电基地大水电基地云南小湾水电站和金安桥水电站660万千瓦送电广东1500公里金沙江溪洛渡、向家坝水电站1860万千瓦送电华中、华东，1000—2000公里陕西、山西、宁夏、内蒙火电基地送电华北、华中、华东负荷中心西电东送规模,GW水平年北通道中通道南通道总计20057710》202010202020》6020204040401202030606060180中通道Centralcorridor北通道Northcorridor南通道Southcorridor3、中国电网西电东送的格局长期存在，规模逐渐扩大这种背景下，出现特高压输电是必然的（交流和直流）4、特高压直流输电的特点和性能关于特高压直流的电压等级直流输电工程的电压等级可根据工程的特点而确定直流工程统一的电压等级有利于设备国产化根据我国的国情确定特高压直流的电压等级为±800KV特高压直流与交流相比有其独特优势：送电距离可以更远送电容量更大线路走廊更窄电力系统适应性好控制灵活调度方便直流输电特点：①输送容量大：我国已运行的300万千瓦的有3个项目②送电距离远，现在世界上已有1700公里直流工程我国葛上直流工程1052公里，天广、三常、三广、贵广直流都将近1000公里特高压直流输电具有直流输电的所有特点③输送的功率和大小方向可以快速控制和调节④直流输电接入不会增加原有电力系统的短路容量⑤直流输电线路走廊窄±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⑥直流电缆线路没有电容电流问题远距离海底送电往往采用直流⑦直流工程的一个极发生故障时，另一极可继续运行，并可发挥过负荷能力，保持送电功率或减少功率损失⑧直流系统本身配有调制功能，可以根据系统要求作出反应，对机电振荡产生阻尼，提高电力系统稳定水平⑨使用换流站无功功率控制进行系统的交流电压调节⑩大电网之间通过直流互联（如背靠背方式，送电方式）两个电网间不会互相干扰和影响，必要时可以迅速进行功率支援•长距离、高电压、大功率送电项目•背靠背工程•海底电缆工程•轻型直流输电直流输电项目类型•大容量、远距离送电。•可以送电到2000千米之外。•一项工程可输送功率300－400万千瓦。•可以将电能直接接到负荷中心，送到交流220千伏供电系统中。•电力系统互联。•通过海底电缆送电。这恰是我国电网发展所需要的！！！直流输电适合•起步于50年代•现在已建成高压直流输电60多项其中：–50年代2项–60年代5项–70年代15项–80年代30项–90年代10项直流输电技术的发展项目额定电压（千伏）额定功率（万千瓦）输电距离（公里）投运时间安装地点及供货商卡布拉-巴萨±53319213601978莫桑比克-南非AEG-BBC-SIEMENS因加—沙巴±50011217001981扎伊尔ASEA纳尔逊河二期±5002009401985加拿大AEG-BBC-SIEMENSI.P.P.±5001927841986美国ASEA伊泰普一期±6003157961986巴西ASEA伊泰普二期±6003157961987巴西ASEA太平洋联络线±50031013611989美国ABB(BBC)葛上±50012010521989/90中国ABB(BBC)-SIEMENS魁北克多端±50022515001986/90/92加拿大-美国ABB亨德-德里±5001508141992印度ABB-BHEL天广±5001809602000/01中国SIEMENS东南联接±50020014202002印度SIEMENS三常±5003008902003印度ABB世界上长距离高压直流输电项目•葛洲坝—上海直流工程±500千伏，1200安培，1200兆瓦输电距离1052千米1989年单极投产，1990年双极建成•天生桥—广州直流输电工程±500千伏，1800安培，1800兆瓦输电距离960千米2000年12月单极投产2001年6月双极建成我国已投运的直流工程项目•三峡—常州直流输电工程±500千伏，3000安培，3000兆瓦输电距离890千米2003年1月单极投产，2003年6月双极建成•舟山直流工程－100千伏，500安培，50兆瓦输电距离54.1千米（架空线路42.1千米，海底电缆12千米）1987年投运•三峡—广东直流工程±500千伏，3000安培，3000兆瓦输电距离956千米2003年12月单极投产2004年4月双极投产•贵州—广东直流工程±500千伏，3000安培，3000兆瓦输电距离900千米2004年6月单极，2004年10月双极•近期规划的项目有三峡右岸—上海，贵州—广东第二回直流工程，送电容量都是3000兆瓦，2007年投产。±800KV较±500KV直流：①电压更高②送电容量更大③送电距离更远④结构更复杂±800KV是±500KV的1.6倍高压端的直流设备：换流变压器及其套管、穿墙套管、换流阀、避雷器、直流开关、支持瓷柱、线路绝缘等提出更高要求电压更高：送电容量大云广东直流：500万千瓦金沙江、溪洛渡、向家坝水电站送出：640万千瓦相应的直流电流达：3125A、4000A送电距离远云广直流：1500公里溪洛渡、向家坝水电站送华东：2000公里±800KV直流面临的技术挑战①设备制造难度大②设备外绝缘要求高③换流站主接线和基本结构复杂④电磁环境的要求⑤接地极入地的电流大(4000A，3125A）⑥极闭锁故障对电力系统的冲击①设备制造难度大•换流变压器•换流变压器套管•穿墙套管•换流阀…②设备外绝缘要求高•直流的积污效应•绝缘形式（户内开关场）•绝缘材料：合成材料•高海拔对外绝缘的影响•空气净距大③换流站主接线和基本结构复杂•双12脉冲阀串接•换流变压器台数多•运行方式复杂•控制保护的要求高•设备布置难度大④电磁环境的要求•可听噪音•无线电干扰•地面场强⑤接地极入地的电流大(4000A，3125A）•对周围环境的影响•对中性点接地变压器的影响•地面电位场强⑥极闭锁故障对电力系统的冲击•单极故障•双极故障•对交流系统的要求特高压直流的应用前景：规划建设的±800KV直流工程云广±800KV工程送电容量500万千瓦、送电距离1500公里2009年单极投运、2010年双极投运溪洛渡、向家坝水电站送出3回±800KV工程1回送华中：640万千瓦，1000公里2回送华东：640万千瓦，2000公里锦屏水电站送江苏640万千瓦，2000公里以上乌东德水电站送福建白鹤滩水电站送湖北东部火电基地送出：内蒙东部呼盟至沈阳、至华北、至山东宁夏火电基地至华东新疆哈密火电基地至华中均有规划的±800KV世界上印度：规划东北部至南部±800KV直流送电距离约2000公里南非：设想将刚果的水电用±800KV送到南非计划功率300万千瓦，距离3000公里巴西：1990年代即考虑±800KV直流输电±800KV直流输电应用研究1、主接线研究2、主设备的研发3、特高压直流电磁环境问题4、绝缘水平和绝缘裕度5、新技术、新材料的应用6、运行方式…1、主接线的研究阀的主接线单12脉冲阀组结构+800KV-800KV双12脉冲阀组并联结构+800KV双12脉冲阀组串联结构+800KV-800KV双12脉冲阀串联结构组合±400+±400±500+±300±600+±200带旁路开关的双12脉冲阀组串接结构800KV400KV带旁路开关的双12脉冲阀组运行图带平波电抗器等设备的配置图+800KV-800KV双12脉冲阀全电压运行图+800KV-800KV双12脉冲阀一极全压、一极半压运行图2、换流站主设备研发交流滤波器换流变压器换流变阀侧套管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换流阀交流系统换流变压器采用双12脉冲阀组串接时，每站24台，（不含备用）高压端（±800KV）制造难度大可控硅阀送电容量500万千瓦电流3125安φ125阀片送电容量640万千瓦电流4000安φ150阀片平波电抗器（干式）平波电抗器（油浸式）穿墙套管换流阀侧套管其它特高压直流设备直流避雷器直流PLC设备直流隔离开关旁路开关直流电压分压器支持瓷柱直流电流互感器……±800KV避雷器800600400U旁路开关性能要求•单次谐波畸变率Dn不计入背景谐波D3，D5≤1.25%或1%其他奇次Dn≤1%偶次谐波畸变率Dn≤0.5%•总谐波畸变率≤1.5%（或1.75%)•电话谐波波形系数T.H.F.F≤1%交流滤波器性能要求•等效干扰电流值•双极方式≤500mA•单极方式≤1000mA直流滤波器3GC500kVDCcapacitor±800KV直流滤波器控制保护系统适应双12脉冲阀组串接的接线方式运行方式更灵活更可靠的软硬件平台安全可靠、方便灵活、功能齐全3、特高压直流电磁环境问题•可听噪音换流站直流线路•无线电干扰•接地极入地电流地电位升高周围金属的腐蚀变压器直流偏磁±800KV电磁环境指标•地面合成场强30KV/m(临近民房，50%测量值不超过15KV/m，最大值不超过25KV/m）•输电线路下方，离子流密度100nA/m2•无线电干扰58dBμV/m（线投影外侧20m处,0.5MHz）•噪声50dBA（人口稠密地区按45dBA控制）4、±800KV过电压水平绝缘水平位置换流变压器阀侧高压极顶侧高压直流母线SLWL（KV）160016001600LIWL（KV）180018001900绝缘裕度操作冲击/雷电冲击/陡波冲击•阀10/10/15•换流变压器15/20/25•平波电抗器15/20/25•直流阀厅设备15/15/25•直流场15/20/255、新技术、新材料应用•增加避雷器以限制过电压•平波电抗器在极线和中心线平衡布置•采用合成绝缘材料绝缘•避雷器和平波电抗器配置方案6、运行方式•双极全电压运行（±800KV）•一极全电压，一极半电压运行（+800KV–400KV或+400KV–800KV）•双极半电压运行（±400KV）•单极大地回线运行•单极金属回线运行双12脉冲阀全电压运行图+800KV-800KV+400KV-400KV双12脉冲阀一极全压、一极半压运行图+800KV-800KV+400KV-400KV直流电压±800KV直流电流3125A送电功率5000MW送电距离1500Km1.工程规模云广±800KV直流输电工程简况2.送端换流站：受端换流站：云南省禄丰县（楚雄换流站）广东省增城市(穗东换流站)云广直流地理接线示意图3.工程进度2009年6月单极投运2010年双极投运4.主要技术方案•阀组接线：双12脉冲阀组串联±400KV+±400KV组合•换流变单相双绕组短路电抗18%或16%•平波电抗器高压端和中性母线平衡布置•避雷器配置方案•无功和交流滤波器两站的无功均自身平衡交流滤波器按大、小组接入，可用三调谐型式•直流滤波器无源滤波器指标：500mA/1000mA•直流输电线路导线6×630直线绝缘采用合成绝缘子覆冰区绝缘正在研究中耐张用瓷或玻璃•接地极接地体材料：钢＋碳粉形状：双园形广东侧拟与在建的贵广Ⅱ±500KV工程共用接地极云广±800KV直流输电工程，世界上第一个特高压直流工程，面临许多技术挑战。依靠新技术、新材料、新设备，能够应对技术挑战，解决技术难题，按计划建成。谢谢！