直流輸電線路運行維護管理

1、直流輸電線路運行維護管理李榮超,湖北超高壓輸變電公司二零零九年九月,主要內(nèi)容,一、直流輸電概述二、直流輸電穩(wěn)態(tài)特性三、直流輸電故障分析與保護四、直流輸電線路過電壓五、直流輸電外絕緣六、直流輸電線路設(shè)計,一、直流輸電概述,系統(tǒng)構(gòu)成直流輸電特點直流輸電應用與工程類型直流輸電發(fā)展,系統(tǒng)構(gòu)成兩端直流：整流站+線路+逆變站多端直流：線路兩端的換流站大于二,一、直流輸電概述,兩端直流系統(tǒng),構(gòu)成一：兩端的交流系統(tǒng)

2、構(gòu)成二：換流站+直流線路構(gòu)成三：控制保護系統(tǒng)構(gòu)成四：接地極+接地極引線可分為：單極、雙極、背靠背三種類型,兩端直流系統(tǒng),單極系統(tǒng)：可采用正極性或負極性，多采用負極性單極大地回線：節(jié)省一極，可靠性、靈活性較差，接地極要求較高，一般應用于海底直流電纜系統(tǒng)。單極金屬回線：避免上述缺點，返回線 一端接地，電壓即為另一側(cè)的電壓降。一般用在短距離、選擇接地極較困難的地區(qū)。,兩端直流系統(tǒng),雙極系統(tǒng)：雙極兩端中性點接地方式（簡稱雙極方式

3、）：兩端換流站中性點接地，大地可作為一極故障時的備用導線，非常靈活。雙極一端中性點接地方式：無以上優(yōu)點，可確保大地中無電流流過。極少采用。雙極金屬中線方式：三線；與雙極方式相同，更可保證大地中無電流流過。,兩端直流系統(tǒng),背靠背系統(tǒng)：無直流線路，整流、逆變都在一個換流站內(nèi)。兩個非同步交流電網(wǎng)互聯(lián)。功率方向快速方便地控制?？稍龃笾绷麟娏鳌⒔档椭绷麟妷?、充分利用大截面晶閘管的通流能力，直流側(cè)諧波因無線路，也不造成無線電干擾；省去直

4、流濾波器，減小平波電抗器電感。,龍泉換流站閥塔,龍泉換流站500kV交流開關(guān)場,直流出線及接地極線路,直流線路大跨越鐵塔,一、直流輸電概述,直流輸電特點——優(yōu)點：兩極導線，節(jié)約線路造價，無電容電流，無需并聯(lián)電抗器直流電纜線路輸送容量大，造價低、損耗小、壽命長、距離不受限制不存在交流輸電的穩(wěn)定問題不同步電網(wǎng)互聯(lián)，不增加短路容量有功功率和換流器無功可快速控制而改善交流系統(tǒng)電網(wǎng)性能，提高經(jīng)濟性利用大地，靈活可靠可分期建設(shè)、增容擴

5、建發(fā)揮效益,一、直流輸電概述,直流輸電特點——缺點：換流站設(shè)備昂貴、復雜、損耗大運行費用高、可靠性低換流器增加了交流系統(tǒng)的諧波晶閘管換流時需要消耗大量無功利用大地回線會產(chǎn)生一些技術(shù)問題無電流過零點，滅弧問題嚴重,一、直流輸電概述,直流輸電應用與工程類型應用：遠距離大容量輸電電力系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)直流電纜送電現(xiàn)有交流系統(tǒng)改造輕型直流輸電,一、直流輸電概述,直流輸電應用與工程類型工程類型：遠距離大容量直流架空線路工程背

6、靠背直流聯(lián)網(wǎng)工程跨海峽海底直流電纜工程向大城市送電的地下直流電纜工程向孤立負荷點或自孤立發(fā)電廠向電網(wǎng)送電的直流工程與交流輸電并聯(lián)的直流輸電工程,一、直流輸電概述,直流輸電發(fā)展汞弧閥換流時期（1901——1977）晶閘管換流時期（1970——2000）新型半導體換流設(shè)備的應用（1990—— )我國直接從晶閘管開始，1974年在西安和上海開始試驗（裝置、工程），1980年代開始直流工程，至今已有多項直流工程建

7、成運行。,二、直流輸電穩(wěn)態(tài)特性,工程額定值最小輸送功率過負荷降壓運行功率反送運行方式系統(tǒng)損耗,二、直流輸電穩(wěn)態(tài)特性,工程額定值額定功率：規(guī)定的系統(tǒng)條件和環(huán)境條件下，不投入備用設(shè)備連續(xù)輸送的功率。以一個極為獨立運行單位。額定電流：長期連續(xù)運行系統(tǒng)直流電流的平均值額定電壓：在上述兩個條件確定下的電壓平均值,二、直流輸電穩(wěn)態(tài)特性,最小輸送功率取決于工程的最小直流電流，由直流斷續(xù)電流決定。因脈動（6、12）電壓疊加有波紋，電

8、流的平均值在小于一定值時會出現(xiàn)斷續(xù)現(xiàn)象，這是系統(tǒng)不允許的，會在環(huán)流變壓器、平波電抗器上產(chǎn)生很高的過電壓。一般取最小臨界值的兩倍。與平波電感值、換流器觸發(fā)角、換流器的脈動數(shù)有關(guān)。,二、直流輸電穩(wěn)態(tài)特性,過負荷高于額定值的大小和時間的長短。分連續(xù)過負荷、短期過負荷、暫時過負荷降壓運行基于設(shè)備特性，直流輸電可以方便地降低運行電壓。一般在：絕緣問題、需要控制無功功率。一般通過加大換流器的觸發(fā)角或逆變器的觸發(fā)角（或關(guān)斷角）、換流變壓器抽頭來

9、調(diào)節(jié)。,二、直流輸電穩(wěn)態(tài)特性,功率反送直流輸電功率方向可人為控制。通過電壓極性改變進行反送。分為單向送電的直流工程、對稱雙向可反送直流工程、非對稱雙向小反送直流工程。一般有正常反送（潮流反轉(zhuǎn)）、緊急反送（潮流反轉(zhuǎn)）,二、直流輸電穩(wěn)態(tài)特性,運行方式運行接線方式：前面已有介紹全壓與降壓運行方式：前述功率正送與反送運行方式雙極對稱與不對稱運行方式定功率控制與定電流控制、定無功控制方式,二、直流輸電穩(wěn)態(tài)特性,系統(tǒng)損耗換流站損耗

10、：空載損耗、負荷損耗直流線路損耗：電壓（電暈、絕緣子泄露）、電流（電阻發(fā)熱）接地極系統(tǒng)損耗：接地極線路損耗、接地極損耗,三、直流輸電故障分析與保護,直流輸電故障大部分來自換流站、開關(guān)場、接地極等，來自線路的故障主要有雷擊、對地閃絡(luò)、斷線、通過樹木等高阻接地、與交流線路碰線等，將在運行維護講課中討論。直流保護接線復雜，一般分區(qū)保護，線路有單獨的保護區(qū)。,線路故障再啟動和永久性故障保護,在直流線路保護動作后，整流側(cè)立即移相至150&#

11、176;（觸發(fā)角），使整流器到全逆變狀態(tài)運行，對直流線路放電，迅速將直流電壓降到0V，故障點熄弧保持180ms(150ms)（去游離時間）。全壓再啟動，對電壓進行60ms積分，若電壓大于故障前直流電壓，或?qū)嶋H電壓已大于故障前的40%，則判斷再啟動成功。若再啟動失敗，故障點熄弧保持200ms，則進行第二次再啟動，只是電壓升到0.7P.U的降壓再啟動。又不成功，則稱為永久故障。設(shè)計規(guī)定在4分鐘之內(nèi)，總再啟動次數(shù)達到3次時，即發(fā)出緊急停

12、運命令,四、直流輸電線路過電壓,雷電過電壓：后述操作過電壓：雙極運行、一極對地短路；對開路的線路不受控充電（空載加壓），多發(fā)生最小觸發(fā)角解鎖。,五、直流輸電外絕緣,直流輸電外絕緣電氣特性大氣環(huán)境對外絕緣電氣性能的影響外絕緣選擇,五、直流輸電外絕緣,直流輸電外絕緣電氣特性空氣間隙放電特性：在疊加操作過電壓后，桿塔-導線間隙放電特性由線性變得向下彎曲，耽誤棒-板間隙明顯。負極性雷電過電壓對正極性導線危害更大，疊加后放電電壓降低。絕

13、緣子污閃特性：發(fā)展速度較低的沿面閃絡(luò)。但因直流電流不過“零”，電弧更趨穩(wěn)定，持續(xù)時間較長。污閃電壓低于交流。與絕緣子串長呈線性關(guān)系。,五、直流輸電外絕緣,大氣環(huán)境對外絕緣電氣性能的影響直流電場靜電吸塵作用，絕緣子表面積污嚴重，但分布不均。覆冰越嚴重（橋接），閃絡(luò)電壓越低。極性影響不明顯，與串長不是線性關(guān)系，絕緣子外形對閃絡(luò)電壓影響較大，鐘罩形優(yōu)于雙傘形，V形串優(yōu)于直線串。海拔高度對絕緣子污閃電壓的影響呈指數(shù)關(guān)系，但小于對交流絕緣子

14、的影響,五、直流輸電外絕緣,外絕緣選擇直流絕緣子選擇：受傘裙結(jié)構(gòu)影響較大，爬電距離對絕緣高度的比值大于交流絕緣子。直流電壓下瓷與玻璃中鈉離子的定向遷移會引起絕緣老化，鋼腳的腐蝕嚴重，需要加強防腐鋅套的余度。直流復合絕緣子：直流電弧對硅橡膠電蝕比交流嚴重得多，持續(xù)潮濕下表面憎水性會暫失，兩端金屬金具需加強陽極保護，護套密封要求更高，芯棒要具備盡可能小的離子遷移率，需要更大的爬電比距和適當?shù)膫汩g距。,六、直流輸電線路設(shè)計,直流架空線路

15、直流電纜線路直流接地極引線,六、直流輸電線路設(shè)計,直流架空線路機械結(jié)構(gòu)方面與交流線路無明顯區(qū)別，電氣有自身特點。每個極可以單獨完成其輸送任務(wù)。導線截面選擇類似于交流，但直流電阻一般略小于交流電阻，輸送容量略高。一般導線載流量余度要遠大于換流器過負荷余度。電暈損失在不良天氣下增加不多，明顯不同于交流線路。年平均損失為交流的50—60%。,六、直流輸電線路設(shè)計,直流架空線路絕緣水平：操作過電壓倍數(shù)小于交流系統(tǒng)，為1.7。直流線路兩極

16、天然具有絕緣不平衡性，運行可靠性提高。塔頭空氣間隙、防雷保護、導線對地距離及交叉跨越距離、線路走廊寬度及居民區(qū)房屋拆遷范圍等，與交流類似，基于綜合的計算和評定。絕緣子：瓷質(zhì)、玻璃絕緣子的損壞率明顯高于交流線路，前已表述原因。,六、直流輸電線路設(shè)計,直流電纜線路絕緣老化較慢，輸送距離遠，容量大。需要耐受電纜內(nèi)極性的快速反轉(zhuǎn)。電纜直流擊穿強度較高。電場分布復雜。種類與結(jié)構(gòu)：稍作了解，與交流有很多相似之處。一般用銅做電芯，有防蝕

17、層和鎧裝。,六、直流輸電線路設(shè)計,接地極引線將直流電流引入大地的合適位置。線路電壓較低，不足十千伏。距離較短，一般為幾十公里。近接地極附近鐵塔與地面絕緣，架空地線與鐵塔間絕緣（10km)，防止入地電流在地線、塔腳間流動。,六、直流輸電線路設(shè)計,接地極電磁效應產(chǎn)生改變磁場、大地電位升高、出現(xiàn)跨步電壓和接觸電勢、干擾無線電通訊。熱力效應嚴重的會產(chǎn)生土壤燒結(jié)。電化效應腐蝕接地極電極及低下金屬構(gòu)件。接地極的綜合考慮多注重于電化學