直流输电线路运行维护管理课件

1、直流输电线路运行维护管理直流输电线路运行维护管理李荣超李荣超湖北超高压输变电公司二零零九年九月 主要内容一、直流输电概述二、直流输电稳态特性三、直流输电故障分析与保护四、直流输电线路过电压五、直流输电外绝缘六、直流输电线路设计一、直流输电概述n系统构成n直流输电特点n直流输电应用与工程类型n直流输电发展n系统构成两端直流：整流站+线路+逆变站多端直流：线路两端的换流站大于二一、直流输电概述两端直流系统构成一：两端的交流系统构成二：换流站+直流线路构成三：控制保护系统构成四：接地极+接地极引线可分为：单极、双极、背靠背三种类型两端直流系统单极系统：可采用正极性或负极性，多采用负极性单极大地回线：

2、节省一极，可靠性、灵活性较差，接地极要求较高，一般应用于海底直流电缆系统。单极金属回线：避免上述缺点，返回线 一端接地，电压即为另一侧的电压降。一般用在短距离、选择接地极较困难的地区。两端直流系统双极系统：双极两端中性点接地方式（简称双极方式）：两端换流站中性点接地，大地可作为一极故障时的备用导线，非常灵活。双极一端中性点接地方式：无以上优点，可确保大地中无电流流过。极少采用。双极金属中线方式：三线；与双极方式相同，更可保证大地中无电流流过。两端直流系统背靠背系统：无直流线路，整流、逆变都在一个换流站内。两个非同步交流电网互联。功率方向快速方便地控制。可增大直流电流、降低直流电压、充分利用大截

3、面晶闸管的通流能力，直流侧谐波因无线路，也不造成无线电干扰；省去直流滤波器，减小平波电抗器电感。直流出线及接地极线路直流线路大跨越铁塔一、直流输电概述n直流输电特点优点：两极导线，节约线路造价，无电容电流，无需并联电抗器直流电缆线路输送容量大，造价低、损耗小、寿命长、距离不受限制不存在交流输电的稳定问题不同步电网互联，不增加短路容量有功功率和换流器无功可快速控制而改善交流系统电网性能，提高经济性利用大地，灵活可靠可分期建设、增容扩建发挥效益一、直流输电概述n直流输电特点缺点：换流站设备昂贵、复杂、损耗大运行费用高、可靠性低换流器增加了交流系统的谐波晶闸管换流时需要消耗大量无功利用大地回线会产生

4、一些技术问题无电流过零点，灭弧问题严重一、直流输电概述n直流输电应用与工程类型应用：远距离大容量输电电力系统联网直流电缆送电现有交流系统改造轻型直流输电一、直流输电概述n直流输电应用与工程类型工程类型：远距离大容量直流架空线路工程背靠背直流联网工程跨海峡海底直流电缆工程向大城市送电的地下直流电缆工程向孤立负荷点或自孤立发电厂向电网送电的直流工程与交流输电并联的直流输电工程一、直流输电概述n直流输电发展汞弧阀换流时期（19011977）晶闸管换流时期（19702000）新型半导体换流设备的应用（1990 )我国直接从晶闸管开始，1974年在西安和上海开始试验（装置、工程），1980年代开始直流工

5、程，至今已有多项直流工程建成运行。二、直流输电稳态特性n工程额定值n最小输送功率n过负荷n降压运行n功率反送n运行方式n系统损耗二、直流输电稳态特性n工程额定值额定功率：规定的系统条件和环境条件下，不投入备用设备连续输送的功率。以一个极为独立运行单位。额定电流：长期连续运行系统直流电流的平均值额定电压：在上述两个条件确定下的电压平均值二、直流输电稳态特性n最小输送功率取决于工程的最小直流电流，由直流断续电流决定。因脉动（6、12）电压叠加有波纹，电流的平均值在小于一定值时会出现断续现象，这是系统不允许的，会在环流变压器、平波电抗器上产生很高的过电压。一般取最小临界值的两倍。与平波电感值、换流器

6、触发角、换流器的脉动数有关。二、直流输电稳态特性n过负荷高于额定值的大小和时间的长短。分连续过负荷、短期过负荷、暂时过负荷n降压运行基于设备特性，直流输电可以方便地降低运行电压。一般在：绝缘问题、需要控制无功功率。一般通过加大换流器的触发角或逆变器的触发角（或关断角）、换流变压器抽头来调节。二、直流输电稳态特性n功率反送直流输电功率方向可人为控制。通过电压极性改变进行反送。分为单向送电的直流工程、对称双向可反送直流工程、非对称双向小反送直流工程。一般有正常反送（潮流反转）、紧急反送（潮流反转）二、直流输电稳态特性n运行方式运行接线方式：前面已有介绍全压与降压运行方式：前述功率正送与反送运行方式

7、双极对称与不对称运行方式定功率控制与定电流控制、定无功控制方式二、直流输电稳态特性n系统损耗换流站损耗：空载损耗、负荷损耗直流线路损耗：电压（电晕、绝缘子泄露）、电流（电阻发热）接地极系统损耗：接地极线路损耗、接地极损耗三、直流输电故障分析与保护n直流输电故障大部分来自换流站、开关场、接地极等，来自线路的故障主要有雷击、对地闪络、断线、通过树木等高阻接地、与交流线路碰线等，将在运行维护讲课中讨论。n直流保护接线复杂，一般分区保护，线路有单独的保护区。线路故障再启动和永久性故障保护在直流线路保护动作后，整流侧立即移相至150（触发角），使整流器到全逆变状态运行，对直流线路放电，迅速将直流电压降到

8、0V，故障点熄弧保持180ms(150ms)（去游离时间）。全压再启动，对电压进行60ms积分，若电压大于故障前直流电压，或实际电压已大于故障前的40%，则判断再启动成功。若再启动失败，故障点熄弧保持200ms，则进行第二次再启动，只是电压升到0.7P.U的降压再启动。又不成功，则称为永久故障。设计规定在4分钟之内，总再启动次数达到3次时，即发出紧急停运命令四、直流输电线路过电压n雷电过电压：后述n操作过电压：双极运行、一极对地短路；对开路的线路不受控充电（空载加压），多发生最小触发角解锁。五、直流输电外绝缘n直流输电外绝缘电气特性n大气环境对外绝缘电气性能的影响n外绝缘选择五、直流输电外绝缘

9、n直流输电外绝缘电气特性空气间隙放电特性：在叠加操作过电压后，杆塔-导线间隙放电特性由线性变得向下弯曲，耽误棒-板间隙明显。负极性雷电过电压对正极性导线危害更大，叠加后放电电压降低。绝缘子污闪特性：发展速度较低的沿面闪络。但因直流电流不过“零”，电弧更趋稳定，持续时间较长。污闪电压低于交流。与绝缘子串长呈线性关系。五、直流输电外绝缘n大气环境对外绝缘电气性能的影响直流电场静电吸尘作用，绝缘子表面积污严重，但分布不均。覆冰越严重（桥接），闪络电压越低。极性影响不明显，与串长不是线性关系，绝缘子外形对闪络电压影响较大，钟罩形优于双伞形，V形串优于直线串。海拔高度对绝缘子污闪电压的影响呈指数关系，但

10、小于对交流绝缘子的影响五、直流输电外绝缘n外绝缘选择n直流绝缘子选择：受伞裙结构影响较大，爬电距离对绝缘高度的比值大于交流绝缘子。直流电压下瓷与玻璃中钠离子的定向迁移会引起绝缘老化，钢脚的腐蚀严重，需要加强防腐锌套的余度。n直流复合绝缘子：直流电弧对硅橡胶电蚀比交流严重得多，持续潮湿下表面憎水性会暂失，两端金属金具需加强阳极保护，护套密封要求更高，芯棒要具备尽可能小的离子迁移率，需要更大的爬电比距和适当的伞间距。六、直流输电线路设计n直流架空线路n直流电缆线路n直流接地极引线六、直流输电线路设计n直流架空线路机械结构方面与交流线路无明显区别，电气有自身特点。每个极可以单独完成其输送任务。导线截

11、面选择类似于交流，但直流电阻一般略小于交流电阻，输送容量略高。一般导线载流量余度要远大于换流器过负荷余度。电晕损失在不良天气下增加不多，明显不同于交流线路。年平均损失为交流的5060%。六、直流输电线路设计n直流架空线路绝缘水平：操作过电压倍数小于交流系统，为1.7。直流线路两极天然具有绝缘不平衡性，运行可靠性提高。塔头空气间隙、防雷保护、导线对地距离及交叉跨越距离、线路走廊宽度及居民区房屋拆迁范围等，与交流类似，基于综合的计算和评定。绝缘子：瓷质、玻璃绝缘子的损坏率明显高于交流线路，前已表述原因。六、直流输电线路设计n直流电缆线路绝缘老化较慢，输送距离远，容量大。需要耐受电缆内极性的快速反转。电缆直流击穿强度较高。电场分布复杂。种类与结构：稍作了解，与交流有很多相似之处。一般用铜做电芯，有防蚀层和铠装。六、直流输电线路设计n接地极引线将直流电流引入大地的合适位置。线路电压较低，不足十千伏。距离较短，一般为几十公里。近接地极附近铁塔与地面绝缘，架空地线与铁塔间绝缘（10km)，防止入地电流在地线、塔脚间流动。六、直流输电线路设计n接地极电磁效应产生改变磁场、大地电位升高、出现跨步电压和接触电势、干扰