换流站与变电站-为何采用高压直流输电

换流站与变电站，为何采纳高压直流输电总论电厂的任务是发电，电厂要能正常发电就须要运用和维护设备，运用和维护设备就是电厂的主要工作内容。变电站是将电厂发出的电能通过电力设备进行各种变换，然后输送出去。其主要工作任务是：运用和维护电力设备，使之保证长期连续对外供电。监控电力设备运行状况，作好各项监控记录，以便将来作为技术或故障分析的原始资料。有些变电站还具有监控线路运行状况的功能。换流站高压直流输电的一种特殊方式，将高压直流输电的整流站和逆变站合并在一个换流站内，在同一处完成将沟通变直流，再由直流变沟通的换流过程，其整流和逆变的结构、沟通侧的设施与高压直流输电完全一样，具有常规高压直流输电的最基本的优点，可实现异步联网，较好地实现不同沟通电压的电网互联，将2个沟通同步电网隔离，能有效地隔断各互联的沟通同步网间的相互影响，限制短路电流，且联络线功率限制简洁，调度管理便利。与常规直流输电比较，其优点更突出：没有直流线路，直流侧损耗小；直流侧可选择低压大电流运行方式，以降低换流变压器、换流阀等有关设备的绝缘水平，降低造价；直流侧谐波可全部限制在阀厅内，不会产生对通信设备的干扰；换流站不须要接地极，无需直流滤波器、直流避雷器、直流开关场、直流载波等直流设备，因而比常规的高压直流输电节约投资。换流站是直流输电工程中直流和沟通进行相互能量转换的系统，除有沟通场等与沟通变电站相同的设备外，直流换流站还有以下特有设备：换流器、换流变压器、交直流滤波器和无功补偿设备、平波电抗器。换流器主要功能是进行交直流转换，从最初的汞弧阀发展到现在的电控和光控晶闸管阀，换流器单位容量在不断增大。换流变压器是直流换流站交直流转换的关键设备，其网侧与沟通场相联，阀侧和换流器相联，因此其阀侧绕组需承受沟通和直流复合应力。由于换流变压器运行与换流器的换向所造成的非线性亲密相关，在漏抗、绝缘、谐波、直流偏磁、有载调压和试验方面与一般电力变压器有着不同的特点。交直流滤波器为换流器运行时产生的特征谐波供应入地通道。换流器运行中产生大量的谐波，消耗换流容量40％～60％的无功。沟通滤波器在滤波的同时还供应无功功率。当沟通滤波器供应的无功不够时，还须要采纳特地的无功补偿设备。平波电抗器能防止直流侧雷电和陡波进入阀厅，从而使换流阀免于遭遇这些过电压的应力；能平滑直流电流中的纹波。另外，在直流短路时，平波电抗器还可通过限制电流快速变更来降低换向失败概率。变电站简介变更电压的场所。为了把发电厂发出来的电能输送到较远的地方，必需把电压上升，变为高压电，到用户旁边再按须要把电压降低。这种升降电压的工作靠变电站来完成。变电站的主要设备是开关和变压器。按规模大小不同，称为变电所、配电室等。组成变电站(Substation）是把一些设备组装起来，用以切断或接通、变更或者调整电压，在电力系统中，变电站是输电和配电的集结点，变电站主要分为：升压变电站，主网变电站，二次变电站，配电站。变电站是电力系统中变换电压、接受和安排电能、限制电力的流向和调整电压的电力设施，它通过其变压器将各级电压的电网联系起来。变电站起变换电压作用的设备是变压器，除此之外，变电站的设备还有开闭电路的开关设备，汇合电流的母线，计量和限制用互感器、仪表、继电爱护装置和防雷爱护装置、调度通信装置等，有的变电站还有无功补偿设备。变电站的主要设备和连接方式，按其功能不同而有差异。工作原理变压器是变电站的主要设备，分为双绕组变压器、三绕组变压器和自耦变压器即高、低压每相共用一个绕组，从高压绕组中间抽出一个头作为低压绕组的出线的变压器。电压凹凸与绕组匝数成正比，电流则与绕组匝数成反比。变压器按其作用可分为升压变压器和降压变压器。前者用于电力系统送端变电站，后者用于受端变电站。变压器的电压需与电力系统的电压相适应。为了在不同负荷状况下保持合格的电压有时须要切换变压器的分接头。按分接头切换方式变压器有带负荷有载调压变压器和无负荷无载调压变压器。有载调压变压器主要用于受端变电站。电压互感器和电流互感器。它们的工作原理和变压器相像，它们把高电压设备和母线的运行电压、大电流即设备和母线的负荷或短路电流按规定比例变成测量仪表、继电爱护及限制设备的低电压和小电流。在额定运行状况下电压互感器二次电压为l00V，电流互感器二次电流为5A或1A。电流互感器的二次绕组常常与负荷相连近于短路,请留意：绝不能让其开路，否则将因高电压而危及设备和人身平安或使电流互感器烧毁。开关设备。它包括断路器、隔离开关、负荷开关、高压熔断器等都是断开和合上电路的设备。断路器在电力系统正常运行状况下用来合上和断开电路故障时在继电爱护装置限制下自动把故障设备和线路断开，还可以有自动重合闸功能。在我国，220kV以上变电站运用较多的是空气断路器和六氟化硫断路器。隔离开关（刀闸)的主要作用是在设备或线路检修时隔离电压，以保证平安。它不能断开负荷电流和短路电流，应与断路器协作运用。在停电时应先拉断路器后拉隔离开关，送电时应先合隔离开关后合断路器。假如误操作将引起设备损坏和人身伤亡。负荷开关能在正常运行时断开负荷电流没有断开故障电流的实力，一般与高压熔断丝协作用于10kV及以上电压且不常常操作的变压器或出线上。为了削减变电站的占地面积近年来主动发展六氟化硫全封闭组合电器(GIS)。它把断路器、隔离开关、母线、接地开关、互感器、出线套管或电缆终端头等分别装在各自密封间中集中组成一个整体外壳充以六氟化硫气体作为绝缘介质。这种组合电器具有结构紧凑体积小重量轻不受大气条件影响，检修间隔长，无触电事故和电噪声干扰等优点，具有发展前765kV已在变电站投入运行。目前，它的缺点是价格贵，制造和检修工艺要求高。其它相关变电站还装有防雷设备，主要有避雷针和避雷器。避雷针是为了防止变电站遭遇干脆雷击将雷电对其自身放电把雷电流引入大地。在变电站旁边的线路上落雷时雷电波会沿导线进入变电站，产生过电压。另外，断路器操作等也会引起过电压。避雷器的作用是当过电压超过肯定限值时，自动对地放电降低电压爱护设备放电后又快速自动灭弧，保证系统正常运行。目前，运用最多的是氧化锌避雷器。为什么采纳高压直流输电？追溯历史，最初采纳的输电方式是直流输电，于1874年出现于俄国。当时输电电压仅100V。随着直流发电机制造技术的提高，到1885年，直流输电电压已提高到6000V。但要进一步提高大功率直流发电机的额定电压，存在着绝缘等一系列技术困难。由于不能干脆给直流电升压，输电距离受到极大的限制，不能满意输送容量增长和输电距离增加的要求。19世纪80年头末，人类独创了三相沟通发电机和变压器。1891年，世界上第一个三相沟通电厂在德国竣工。此后，沟通输电普遍代替了直流输电。随着电力系统的快速扩大，输电功率和输电距离的进一步增加，沟通输电遇到了一系列技术困难。大功率换流器（整流和逆变）的探讨胜利，为高压直流输电突破了技术上的障碍，直流输电重新受到人们的重视。1933年，美国通用电器公司为布尔德坝枢纽工程设计出高压直流输电装置；1954年，建起了世界上第一条远距离高压直流输电工程。之后，直流输电在世界上得到了较快发展，现在直流输电工程的电压等级大多为±275～±500kV，投入商业运营的直流工程最高电压等级为±600kV（巴西伊泰普工程），我国安排在西南水电送出的直流工程中采纳±800kV电压等级。在现代直流输电系统中，只有输电环节是直流电，发电系统和用电系统仍旧是沟通电。在输电线路的送端，沟通系统的沟通电经换流站内的换流变压器送到整流器，将高压沟通电变为高压直流电后送入直流输电线路。直流电通过输电线路送到受端换流站内的逆变器，将高压直流电又变为高压沟通电，再经过换流变压器将电能输送到沟通系统。在直流输电系统中，通过限制换流器，可以使其工作于整流或逆变状态。我国目前建成的高压直流输电工程均为两端直流输电系统。两端直流输电系统主要由整流站、逆变站和输电线路三部分组成。两端直流输电系统可以采纳双极和单极两种运行方式。在双极运行方式中，利用正负两极导线和两端换流站的正负极相连，构成直流侧的闭环回路。两端接地极所形成的大地回路可作为输电系统的备用导线。正常运行时，直流电流的路径为正负两根极导线。事实上，它们是由两个独立运行的单极大地回路系统构成。正负两极在地中的电流方向相反，地中电流为两极电流之差。两极电流之差形成的电流为不平衡电流，由接地极导引入地。在双极运行时，不平衡电流一般限制在额定电流的1%之内。单极运行方式又分为单极金属返回和单极大地返回两种运行方式。在单极金属返回运行方式中，利用两根导线构成直流侧的单极回路，直流线路中的一根导线用作正或负极导线，另一根用作金属返回线。在此运行方式中，地中无电流通过。在单极大地返回运行方式中，利用一根或两根导线和大地构成直流侧的单极回路。在该运行方式中，两端换流站均需接地，大地作为一根导线，通过接地极入地的电流即为直流输电工程的运行电流。高压直流输电与沟通输电相比，具有诸多优点：高压直流输电具有明显的经济性。输送相同功率时，直流输电线路所用线材仅为沟通输电的1/2～2/3。直流输电采纳两线制，与采纳三线制三相沟通输电相比，在输电线路导线截面和电流密度相同的条件下，若不考虑趋肤效应，输送相同的电功率，输电线和绝缘材料可节约约1／3。假如考虑到趋肤效应和各种损耗，输送同样功率沟通电所用导线截面积大于或等于直流输电所用导线截面积的1.33倍。因此，直流输电所用的线材几乎只有沟通输电的一半。另外，直流输电线路的杆塔结构也比同容量的三相沟通输电线路的简洁，线路走廊占地面积也大幅削减。但是，直流输电系统中的换流站的造价和运行费用要比沟通输电系统变电站的高，当输电距离增加到肯定值后，直流输电线路所节约的费用刚好抵偿了换流站所增加的费用，此时这个输电距离即被称为沟通输电与直流输电的等价距离。假如把沟通输电和直流输电两种输电方式在输送肯定功率时，所需的费用和输电距离之间的关系绘成曲线，两曲线交点的横坐标就是等价距离。在电缆输电线路中，高压直流输电线路不产生电容电流，而沟通输电线路存在电容电流，引起损耗。在一些特殊场合，如输电线路经过海峡时，必需采纳电缆。由于电缆芯线与大地之间构成同轴电容器，在沟通高压输电线路中，空载电容电流极为可观。而在直流输电线路中，由于电压波动很小，基本上没有电容电流加在电缆上。采纳直流输电时，线路两端沟通系统不需同步运行，而沟通输电必需同步运行。采纳远距离沟通输电时，沟通输电系统两端电流的相位存在显著差异；并网的各子系统沟通电的频率虽然规定为50Hz，但事实上常产生波动。这两种因素导致沟通系统不同步，须要用困难而浩大的补偿系统和综合性很强的技术加以调整，否则就可能在设备中形成强大的环流而损坏设备，或造成不同步运行而引起停电事故。采纳直流输电线路将两个沟通系统互连时，其两端的沟通电网可以按各自的频率和相位运行，不需进行同步调整。高压直流输电限制便利、速度快，发生故障的损失比沟通输电的小。两个沟通系统若用沟通线路互连，则当一侧系统发生短路时，另一侧要向故障侧输送短路电流。因此，将使两侧系统原有断路器切断短路电流的实力受到威逼，须要更换断路器。若用直流输电将两个沟通系统互连，由于采纳可控硅装置，电路功率能快速、便利地进行调整，直流输电线路向发生短路的沟通系统输送的短路电流不大，故障侧沟通系统的短路电流与没有互连时几乎一样。因此不必更换两侧原有开关及载流设备。在高压直流输电工程中，各极是独立调整和工作的，彼此没有影响。所以，当一极发生故障时，只需停运故障极，另一极仍可输送至少50%的电能。但在沟通输电线路中，任一相发生永久性故障，必需全线停电。高压直流输电也有其缺点：直流换流站比沟通变电站的设备多、结构困难、造价高、损耗大、运行费用高；谐波较大；直流输电工程在单极大地回路方式下运行时，入地电流会对旁边的地下金属体造成肯定腐蚀，窜入沟通变压器的直流电流会使变压器噪声增加;若要实现多端输电，技术比较困难。由上可见，高压直流输电具有线路输电实力强、损耗小、两侧沟通系统不需同步运行、发生故障时对电网造成的损失小等优点，特殊适合用于长距离点对点大功率输电。而采纳沟通输电系统便于向多端输电。沟通与直流输电协作，将是现代电力传输系统的发展趋势。在现代直流输电系统中，只有输电环节是直流电，发电系统和用电系统仍旧是沟通电。在输电线路的送端，沟通系统的沟通电经换流站内的换流变压器送到整流器，将高压沟通电变为高压直流电后送入直流输电线路。直流电通过输电线路送到受端换流站内的逆变器，将高压直流电又变为高压沟通电，再经过换流变压器将电能输送到沟通系统。什么是变电站的一次接线图（即模拟图）？答：将变电站的一次接线用规定的设备文字和图形符号按工作依次排列，具体地表示电气设备或成套装置（GIS）的全部组成和连接关系的单线接线图，称为变电站的一次接线图。也可认为是模拟图。将电站'>变电站的一次接线用规定的设备文字和图形符号按工作依次排列，具体地表示电气设备或成套装置（GIS）的全部组成和连接关系的单线接线图，称为电站'>变电站的一次接线图。也可认为是模拟图。用来表示限