直流输电线路运行维护管理.ppt

直流输电线路运行维护管理李荣超,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,系统构成 直流输电特点 直流输电应用与工程类型 直流输电发展,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：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。,龙泉换流站阀塔,龙泉换流站500kV交流开关场,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,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,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,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,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,直流输电发展 汞弧阀换流时期（1901——1977） 晶闸管换流时期（1970——2000） 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年代开始直流工程，至今已有多项直流工程建成运行。,二、直流输电稳态特性,工程额定值 最小输送功率 过负荷 降压运行 功率反送 运行方式 系统损耗,二、直流输电稳态特性,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,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、换流器触发角、换流器的脉动数有关。,二、直流输电稳态特性,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 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,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,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 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,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,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。 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,雷电过电压：后述 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,直流输电外绝缘电气特性 大气环境对外绝缘电气性能的影响 外绝缘选择,五、直流输电外绝缘,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,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，但小于对交流绝缘子的影响,五、直流输电外绝缘,外绝缘选择 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。 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,直流架空线路 直流电缆线路 直流接地极引线,六、直流输电线路设计,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50—60%。,六、直流输电线路设计,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,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,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,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、干扰无线电通讯。 热力效应严重的会产生土壤烧结。 电化效应腐蚀接地极电极及低下金属构件。 接地极的综合考虑多注重于电化学分析和对其他设备的影响，因此需要距离换流站不小于一定值但也不能大于某一值（10—50km），需要宽阔而导电性能良好的大地散流区，土壤具有足够的水分，附近无复杂和重要的地下金属管道及铁路，地面平坦，接地极引线走线方便、造价低廉。,谢谢大家,湖北超高压输变电公司 2009年8月,