换流站及其主要设备

1、换换 流流 站站 及及 其其主主 要要 设设 备备一、概述一、概述 l换流站的主要设备有：换流站的主要设备有：l阀厅阀厅l控制楼控制楼l换流变压器换流变压器l交流开关场交流开关场l滤波器滤波器l无功补偿设备无功补偿设备l接地极接地极l辅助设备辅助设备 站用电系统站用电系统二、换流站主接线二、换流站主接线l）换流器）换流器l它们完成交直流和直一交流转换，由阀桥和它们完成交直流和直一交流转换，由阀桥和有抽头切换器的变压器构成有抽头切换器的变压器构成 。二、换流站主接线二、换流站主接线l）直流平波电抗器）直流平波电抗器 l这些大电抗器具有高达这些大电抗器具有高达1H 的电感，在每个换的电感，在每个换

2、流站与每极串联。流站与每极串联。l作用作用二、换流站主接线二、换流站主接线l）谐波滤波器）谐波滤波器l换流器在交流和直流两侧均产生谐波电压和谐换流器在交流和直流两侧均产生谐波电压和谐波电流。波电流。l作用：滤波作用：滤波 二、换流站主接线二、换流站主接线l）无功功率支持）无功功率支持l换流器内部要吸收无功功率，稳态条件下，所换流器内部要吸收无功功率，稳态条件下，所消耗的无功功率是传输功率的消耗的无功功率是传输功率的50 左右。左右。二、换流站主接线二、换流站主接线l）接地极）接地极二、换流站主接线二、换流站主接线直流线路与接地极线路同塔架设直流线路与接地极线路同塔架设l）直流输电线）直流输电线

3、 l可以是架空线，也可以是电缆。除了导体数和可以是架空线，也可以是电缆。除了导体数和间距的要求有差异外，直流线路与交流线路十间距的要求有差异外，直流线路与交流线路十分相似。分相似。二、换流站主接线二、换流站主接线l）交流断路器）交流断路器l为了排除变压器故障和使直流联络线停运，在为了排除变压器故障和使直流联络线停运，在交流侧装有断路器，它们不是用来排除直流故交流侧装有断路器，它们不是用来排除直流故障的，因为直流故障可以通过换流器的控制更障的，因为直流故障可以通过换流器的控制更快地清除。快地清除。二、换流站主接线二、换流站主接线断路器断路器l8）换流变压器）换流变压器利用原副边的匝数不同取得所需

4、电压，与电力利用原副边的匝数不同取得所需电压，与电力变压器基本相同，但须注意几个问题。变压器基本相同，但须注意几个问题。l9）晶闸管装置的过电压、过电流保护）晶闸管装置的过电压、过电流保护P200l10）触发回路）触发回路P197l11）元件的均压）元件的均压l12）阀的安装形式）阀的安装形式l13）冷却方式）冷却方式二、换流站主接线二、换流站主接线水冷系统水冷系统l1）交流侧）交流侧过电压、过电流、甩负荷过电压、过电流、甩负荷l2）整流桥臂短路）整流桥臂短路元件损坏，导致非特征谐波的产生元件损坏，导致非特征谐波的产生直流侧电压下降直流侧电压下降交流侧电流含直流分量，引起交流互感器二次波形失真

5、。交流侧电流含直流分量，引起交流互感器二次波形失真。与故障元件同一半桥的健全元件也有故障电流通过。与故障元件同一半桥的健全元件也有故障电流通过。三、换流器的故障状态三、换流器的故障状态l3）逆变桥臂短路）逆变桥臂短路逆变阀短路破坏了直流输电的正常运行，但不会造成逆变阀短路破坏了直流输电的正常运行，但不会造成过大的故障电流。过大的故障电流。l4）直流端口出口短路）直流端口出口短路不会产生严重的过电流不会产生严重的过电流对交流侧有扰动，相当于切去有功电源和无功负荷。对交流侧有扰动，相当于切去有功电源和无功负荷。l5）晶闸管不触发）晶闸管不触发脉冲偶尔失落，可自行恢复。脉冲偶尔失落，可自行恢复。脉冲

6、永久丢失，逆变电路不能触发，引起换相失败。脉冲永久丢失，逆变电路不能触发，引起换相失败。三、换流器的故障状态三、换流器的故障状态l6）误导通）误导通对整流元件，引起输出电压的不规则（谐波）。对整流元件，引起输出电压的不规则（谐波）。对逆变的误导通会引起换相失败。对逆变的误导通会引起换相失败。l7）换相失败）换相失败反压角太小。反压角太小。电源电压下降，换相电压下降引起失败。电源电压下降，换相电压下降引起失败。换相重叠角太大。换相重叠角太大。交流系统电压不对称，引起交流侧过零时间改变，使交流系统电压不对称，引起交流侧过零时间改变，使反压角改变。反压角改变。直流电流对换相的影响。直流电流对换相的影

7、响。三、换流器的故障状态三、换流器的故障状态 直流输电系统的分类直流输电系统的分类 l由于目前各种类型的直流断路器都还处于研制由于目前各种类型的直流断路器都还处于研制阶段，致使直流输电系统还不能像交流系统一阶段，致使直流输电系统还不能像交流系统一样构成各种复杂的网络，所以目前直流输电大样构成各种复杂的网络，所以目前直流输电大多是两端供电系统。多是两端供电系统。l该系统常见的接线类型有：该系统常见的接线类型有： 直流输电系统的分类直流输电系统的分类l）单极线路方式）单极线路方式l是用一根架空导线或电缆线，以大地或海水作是用一根架空导线或电缆线，以大地或海水作为返回线路组成的直流输电系统为返回线路

8、组成的直流输电系统 直流输电系统的分类直流输电系统的分类l2)双极线路方式双极线路方式 l双极线路方式有两根不同极性（即正、负极）双极线路方式有两根不同极性（即正、负极）的导线，可具有大地回路或中性线回路。的导线，可具有大地回路或中性线回路。l双极两线中性点两端接地方式双极两线中性点两端接地方式l双极两线中性点单端接地方式双极两线中性点单端接地方式直流输电系统的分类直流输电系统的分类l双极中性线方式双极中性线方式l将双极两端的中性点用导线连接起来，就构成将双极两端的中性点用导线连接起来，就构成双极中性线方式双极中性线方式 。这种方式由于增加了一根。这种方式由于增加了一根导线在经济上将增加一定的

9、投资导线在经济上将增加一定的投资 直流输电系统的分类直流输电系统的分类lD “背靠背背靠背”( back-to-back ）换流方式）换流方式 l没有直流输电线路，而将整流站和逆变站建在没有直流输电线路，而将整流站和逆变站建在一起的直流系统称为一起的直流系统称为“背靠背背靠背”换流站。这种换流站。这种方式适用于不同额定频率或者相同额定频率非方式适用于不同额定频率或者相同额定频率非同步运行的交流系统之间的互联。因为没有直同步运行的交流系统之间的互联。因为没有直流输电线路，所以直流系统可选用较低的额定流输电线路，所以直流系统可选用较低的额定电压。这样，整个直流系统的绝缘费用可降低。电压。这样，整个

10、直流系统的绝缘费用可降低。目前世界各国已修建和准备投建的目前世界各国已修建和准备投建的“背靠背背靠背”直流工程较多，其主要用途是系统的增容时限直流工程较多，其主要用途是系统的增容时限制短路容量，从而不致更换大量的电气设备。制短路容量，从而不致更换大量的电气设备。 我国高压直流输电的发展历史我国高压直流输电的发展历史l1、葛洲坝一南桥直流输电工程（简称葛一南、葛洲坝一南桥直流输电工程（简称葛一南直流工程）直流工程） l1982 年开始对葛洲坝水电站向华东送电进行年开始对葛洲坝水电站向华东送电进行可行性研究，由于直流输电在远距离输电和联可行性研究，由于直流输电在远距离输电和联网方面的优点，最终选择

11、了直流输电方案。该网方面的优点，最终选择了直流输电方案。该工程既解决了葛洲坝电站向华东上海地区的送工程既解决了葛洲坝电站向华东上海地区的送电问题，又实现了华中与华东两大电网的非同电问题，又实现了华中与华东两大电网的非同期联网，它具有输电和联网的双重性质。期联网，它具有输电和联网的双重性质。 我国高压直流输电的发展历史我国高压直流输电的发展历史l葛南直流工程为双极葛南直流工程为双极kV 、200A 、1200MW ，输送距离约，输送距离约。l1985 年年10 月开工，月开工，1989 年年9 月极月极 投入运投入运行，行，1990年年8 月全部工程建成，并投人商业运月全部工程建成，并投人商业运

12、行。原瑞士行。原瑞士BBC 公司和德国西门子公司提供。公司和德国西门子公司提供。 我国高压直流输电的发展历史我国高压直流输电的发展历史我国高压直流输电的发展历史我国高压直流输电的发展历史l2、天生桥广州直流输电工程（简称天一、天生桥广州直流输电工程（简称天一广直流工程）广直流工程）l1991 年开始进行可行性研究，年开始进行可行性研究，1997 年与德国年与德国西门了公司签订了供货合同，西门了公司签订了供货合同，2000年年12 月极月极 投人运行，投人运行，2001 年工程全部建成。该工程年工程全部建成。该工程为西电东送工程的一部分。直流工程为双极为西电东送工程的一部分。直流工程为双极500

13、 、 1800 A 、1800，西起天生，西起天生桥水电站附近的马窝换流站，东至广州的北郊桥水电站附近的马窝换流站，东至广州的北郊换流站。全长约换流站。全长约960 。 我国高压直流输电的发展历史我国高压直流输电的发展历史我国高压直流输电的发展历史我国高压直流输电的发展历史l3、嵊泗直流输电工程l嵊泗直流输电工程是中国自行设计和建造的双极海底电缆直流工程。主要解决从上海向嵊泗岛及宝钢马迹山码头的送电问题，同时也专虑到嵊泗岛上的风力发电发展到一定规模时也具有向上海反送的功能，工程的主要特点是受端为弱交流系统。工程为双极50、A 、，共66.2km，其中59.7km为海底电缆。我国高压直流输电的发

14、展历史我国高压直流输电的发展历史l1996 年完成各种研究工作，年完成各种研究工作，1997 年进行设备年进行设备订货，订货，2002 年工程全部建成。除控制保护装年工程全部建成。除控制保护装装置由许继电气股份有限公司供货外，其余全装置由许继电气股份有限公司供货外，其余全部设备均由西安电力机械股份有限公司承包部设备均由西安电力机械股份有限公司承包 。我国高压直流输电的发展历史我国高压直流输电的发展历史我国高压直流输电的发展历史我国高压直流输电的发展历史l4、三峡常州直流输电工程（简称三、三峡常州直流输电工程（简称三常直流工程）常直流工程）l主要为解决三峡水电站向华东电网的送电问题，主要为解决三

15、峡水电站向华东电网的送电问题，同时也加强了华中与华东两大电网的非同期联同时也加强了华中与华东两大电网的非同期联网。工程为双极网。工程为双极500 、3000 A 、 3000，全长约，全长约860 k。工程于。工程于2002 年年12月极月极1 投入运行，投入运行，2003 年年5 月全部建成月全部建成 。我国高压直流输电的发展历史我国高压直流输电的发展历史我国高压直流输电的发展历史我国高压直流输电的发展历史l2004以后投入的直流工程以后投入的直流工程l三峡广东直流输电工程三峡广东直流输电工程(2004.2-6)l工程为双极工程为双极500 、3000 A 、 3000，全长约全长约960

16、km。ABBl贵州广东直流输电工程贵州广东直流输电工程(2004.6)l工程为双极工程为双极500 、3000 A 、 3000，全长约全长约960 km。siemensl灵宝背靠背直流工程灵宝背靠背直流工程 （2005）l360MW、120kV、3000A我国高压直流输电的发展历史我国高压直流输电的发展历史l新建成的直流线路：新建成的直流线路：l）三峡上海（）三峡上海（500kV,2007）l）贵州广东第回直流输电）贵州广东第回直流输电(500kV,2007)我国高压直流输电的发展历史我国高压直流输电的发展历史l新建成的直流线路：新建成的直流线路：l3 ）云南广东）云南广东（800千伏直流输

17、电工程千伏直流输电工程 ） 南网超高压输电公司安宁局（以下简称安宁局）位南网超高压输电公司安宁局（以下简称安宁局）位于云南省安宁市，成立于于云南省安宁市，成立于2008年年6月月27日，属国有大型日，属国有大型企业。全局现有职企业。全局现有职171人，平均年龄人，平均年龄2923岁，其中本岁，其中本科及以上学历科及以上学历50人，硕士研究生人，硕士研究生3人。目前安宁局设有综人。目前安宁局设有综合科、安生部、变电部、输电部合科、安生部、变电部、输电部4个部门，主要负责国家个部门，主要负责国家“西电东送西电东送”和西部大开发战略中云南至广东和西部大开发战略中云南至广东800千伏千伏直流输电工程（

18、以下简称直流输电工程（以下简称“云广特高压直流工程云广特高压直流工程”）楚）楚雄换流站以及雄换流站以及800干伏输电线路部分段设备的运行维护干伏输电线路部分段设备的运行维护工作。工作。 云广直流工程两端换流站共云广直流工程两端换流站共56台换流变压器（含备用台换流变压器（含备用8台）。其中台）。其中28台台800千伏高端换流变由西门子公司和沈变、千伏高端换流变由西门子公司和沈变、西变、保变等国内三大变压器厂联合设计、共同制造，其西变、保变等国内三大变压器厂联合设计、共同制造，其中，中，17台由西门子公司生产，台由西门子公司生产，11台由国内三大变压器厂生台由国内三大变压器厂生产。产。28台台4

19、00千伏低端换流变压器全部由国内厂家自主设千伏低端换流变压器全部由国内厂家自主设计和制造。计和制造。800千伏换流变运输重量千伏换流变运输重量333吨，属超宽超高超吨，属超宽超高超重，运输十分困难。重，运输十分困难。 云云广特高压直流工程于广特高压直流工程于2006年年12月月19日开工建日开工建设。工程途经云南、广西、广东三省（区），线路全长设。工程途经云南、广西、广东三省（区），线路全长1373公里，额定直流电压为公里，额定直流电压为800千伏，输送容量千伏，输送容量500万千瓦。万千瓦。 2009年年12月底，云月底，云广特高压直流单极投运，输广特高压直流单极投运，输送容量达到送容量达到

20、260万千瓦。万千瓦。2010年年6月双极投产后，输送月双极投产后，输送容量达到容量达到500万千瓦。万千瓦。 重达重达530吨的吨的800千伏楚雄换流站高端变压器千伏楚雄换流站高端变压器 1.4 直流输电的优缺点直流输电的优缺点l优点：l一、输送相同功率时，线路造价低l对于架空线路，交流输电通常采用3 根导线，而直流只需1 根（单极）或2 根（双极）导线。直流输电对其线路走廊、铁塔高度、占地面积等方面，也比交流输电优越。对于电缆线路，直流电缆与交流电缆相比，其投资费和运行费都更为经济 。直流输电的优缺点直流输电的优缺点l二、线路有功损耗小l由于直流架空线路仅使用根或2 根导线，所以在导线上的

21、有功损耗较小。同时，由于直流线路没有感抗和容杭，在线路上也就没有无功损耗 。直流输电的优缺点直流输电的优缺点l三、适宜于海下输电l海下输电必须采用电缆。电缆的绝缘在直流电压和交流电压作用下的电位分布、电场强度和击穿强度都不相同，以同样截面积的油浸纸绝缘电缆为例，用于直流时的允许工作电压比在交流下约高3 倍。因此，在有色金属和绝缘材料相同的条件下，2 根芯线的直流电缆线路输送的功率比3 根芯线的交流电缆线路输送的功率P大得多。所以海下输电采用直流电统在投资上比采用交流电缆经济得多。l四、没有系统的稳定问题l在交流输电系统中，所有连接在电力系统的同步发电机必须保持同步运行。所谓“系统稳定”，就是指

22、在系统受到扰动后所有互联的同步发电机具有保持同步运行的能力。由于交流系统具有电抗，输送的功率有一定的极限，当系统受到某种扰动时，有可能使线路上的输送功率超过它的极限。 直流输电的优缺点直流输电的优缺点l五、能限制系统的短路电流l用交流输电线路连接两个交流系统时，由于系统容量增加，将使短路电流增大，有可能超过原有断路器的遮断容量，这就要求更换大量设备，增加大量的投资。而用直流输电线路连接两个交流系统时，就不存在上述问题，这对于交流系统的互联具有极大的实用价值。直流输电的优缺点直流输电的优缺点l六、调节速度快，运行可靠l直流输电通过晶闸管换流器能够方便、快速地调节有功功率和实现潮流翻转。这不仅在正常运行时保证稳定地输出功率，而且在事故情况下，可通过正常的交流系统一侧由直流线路对另一侧事故系统进行紧急支援。或者在交、直流线路并联运行时，当交流系统发生短路，可暂时增大直流输送的功率以减小发电机转子加速，从而提高系统运行的稳定性。 l单极运行直流输电的缺点直流输电的缺点l一、换流站的设备较昂贵l二、换流装置要消耗大量的无功功率l三、换流装置是一个谐波源，在运行中要产生谐波，影响系统的运行l四、换流装置几乎没有过载能力，所以对直流系统的运行不利直流输电的优缺点直流输电的优缺点l五、由于目前高压直流断路器还